含裂纹沥青路面的施工技术及动力学分析

靳庆花

（邢台市信都区地方道路管理站，河北邢台 054000）

1 工程概况

案例工程为某地一条重要公路，其项目处在炎热地区，四季变化并不分明，一年中多数时间为干旱、干燥季节，天气炎热。该沥青混凝土公路的设计路基宽为8.5m，路面宽6m，全长约为170km。该工程项目的沥青路面建设流程大致是：施工前准备→沥青拌和站管控，材料运输→摊铺工序→碾压施工→接缝浇筑→试验检查。

2 沥青路面施工要点

2.1 拌和站管控及物料输送措施

为保质保量提供沥青混合料，应对公路项目所配套的沥青拌和站（LB1000 型）进行常规性、科学性的管控[1]。混合料的运输车应保证自身干净，使用前及时加以清洗，同时涂抹一定量的油料，以防止车辆黏料。沥青必须在出站之前插入式电子温感仪测试其温度情况，确认无问题后，使用专用被子罩好，避免货运路上的热能损失及环境污染，同时做好防水、防雨等相关方案。当运输设备在途中发生问题时，应迅速提供救援车辆进行倒料[2]。

2.2 摊铺

沥青摊铺正式开始前，必须对沥青摊铺机的运营性能进行全部检测，对熨平板进行0.5～1.0h 的预热操作，安排专人负责指挥运送车辆，以免摊铺施工时与摊铺机碰撞。同时，由专人接收沥青运送凭证，以免沥青混合物料无法溯源。根据试验所确定的摊铺系数，进行松铺厚度的控制。施工中，对坡度控制仪进行调整，保证符合设计的横坡角度值，并在已经拉紧的钢丝绳上，放置相应的弓字架传感器，摆放时应参考路基两边的控制线。

施工物料准备工作完毕后，启动沥青摊铺机上的送料系统进行摊铺施工，施工中送料斗内的混合料保持不低于2/3 的量，以保证供应能力。施工2～3m 的区段后，迅速对道路坡度、标高、层厚等相关参数进行检测，以便指导摊铺机上的物料调整。松铺厚度在符合3%纵坡差的条件下，可在一定范围内浮动，并尽量采用自动调整设施。

混合料摊铺过程中，提前策划铺筑进度，并根据拌和站的生产能力进行灵活部署，以保证混合料摊铺的高度连续性。摊铺施工过程中，对于发生局部沥青离析或滑裂的情况，可由专门人工进行修复和更换新料，但要尽量避免大范围的人工操作。多部沥青摊铺机同时进行摊铺时，其间距尽可能保证在30m 以上。

2.3 碾压施工

本项目进行碾压施工时，按照初压、复压、终压顺序[3]进行操作。

（1）初压：采用8t 双钢轮压路机，方向为从路肩逐渐碾压至路拱，且与线路中心线尽量保持并行，具体操作方式为进行2遍静压。静压施工时，尽量避免机器急启急停的状况。

（2）复压：采用8t双钢轮压路机进行约4遍的振动碾压，碾压后，应保证路面没有显著的轮迹，并使压实度达到设计要求。

（3）终压：复压操作后，使用25t 轮胎压路机进行碾压，保证路面没有轮迹，方式为静压2遍。条件允许的情况下，可再用双钢轮压路机进行1遍静压，最后进行光面。

（4）在碾压操作时，同一处位置不能长期停驻压路机，以免产生压痕，机械要轮流互换。机械车轮应干净，物料粘轮时需要尽快处理，部分机械难以压实处应采用人工方式热夯。

2.4 接缝施工

（1）横向接缝的施工：路段处理完成后，由摊铺机操作熨平板使其离开接缝处，再人工采用靠尺对两侧路面进行平整度的检测，不平处及时修缮到位。下一道工序开始前，再次检测接缝处是否有坍塌或松垮等不良情况，若有则采用切割机对缺陷进行切除，进行热沥青涂刷后，再次实施正常的沥青路面施工。

（2）纵向接缝的施工：一般由两部摊铺机同时进行操作，使纵向接缝热接成型。在半幅路面施工工况下不能使用切缝机，应对该侧路面喷涂少量的黏层油，再进行另一侧路面摊铺，并保证有10cm宽的接缝。残留的前半幅填料应及时铲掉，再按照热接缝法进行两侧路面的跨接碾压，以避免裂缝、剥落等质量问题。

2.5 试验检测

路面摊铺和接缝完成处理后，试验人员需对现场实体进行钻芯取样。取出的样品由实验室进行性能检测，保证所施工的路段质量符合设计要求。

3 几何模型建立

在研究荷载作用时，应在沥青路面裂纹一侧选择受力最不利的地方进行。假设承受的外来荷载是对称分布的，则可以将裂缝的顶点设置为裂尖应力场的坐标原点。故此，针对剪切型裂缝的平面应变问题，可以对其裂缝顶端周围的水平位移进行合理验算。

本项目沥青路面构造共有4层，且为一个弹性的连续系统，该多层体系包括土基、灰土、半刚性基层以及沥青面层等，组成顺序为自下而上。

为对有限元模型的具体大小进行合理确定，可综合考虑位移衰减规律，即在选定路面模型的水平尺寸时，荷载的作用点与边界之间的距离至少为5m，同时要求有3m 至少的深度。在路面的4 层构造组成中，均将其材质考虑为各向同性，且均设定为均匀的线弹性模型。本项目四节点划分模型的平面见图1。

图1 模型网格划分

对于炎热地区的沥青路面，按我国相关路面设计规范，以简化荷载的方式，将半正弦模式替换其静载，并将车轮压力考虑为面荷载，作用于沥青路面的右侧。

4 正交试验

4.1 试验方案

针对车辆机械的移动速度和沥青路面的裂缝长度，在不同的取值条件下，应有差别地进行不同的技术分析。本次设计了正交试验，其因素和水平见表1，具体试验方案设计见表2。

表1 正交试验因素与水平

表2 试验设计方案

4.2 结果分析

参考表2 所列的9 种试验方法，依次对在120km/h、80km/h、40km/h 的车速条件下的实施方案进行有限元计算，得出沥青路面的裂缝长分别为44mm、24mm 和11mm。在该情况下的应力强度因子敏感性见表3。

表3 应力强度因子敏感性分析

根据计算结果，在应力强度因子的极差方面，车速、动弹模以及裂纹长度三者的排序依次为：RD＜RE＜RF，且RF比RE和RD大得多，因此，可以推测认为，对路面裂缝发展的影响程度最低的是面层的动弹模，而裂缝长和车速则均有重要的影响作用。

由正交试验结果可知，当应力强度因子取最大值时，沥青路面裂缝发展最快的试验方案为E3F3D3。在该方案下，沥青路面裂纹长44mm，面层弹模为6 110MPa，车速则为40km/h。

在40km/h、80km/h、120km/h 的车速条件下，设置沥青路面裂纹长44mm，面层弹模为4 730MPa，对剪切强度因子的时程曲线进行模拟，见图2。由图可知，车速变化时，应力强度因子也随之变化，且趋势较为吻合，整体呈现正弦曲线。而当荷载为零时，则出现局部振荡。因此，在实践中，对于拐弯、上坡等路段应考虑慢速通过，在路面材料方面应保证其抗裂性能。

图2 应力强度因子时程曲线

5 试验结论

综合以上的正交试验结果以及应力强度因子的变化曲线，可以分析得出如下试验结论：

（1）当沥青路面开始发生开裂倾向时，应实时进行修整处理，及早阻止其裂缝的蔓延与发展，将危害控制在早期。

（2）在不同的行车速度下，应力强度因子呈现正弦曲线形状，一般情况下，两者之间具有负相关关系，当车速较慢时，实际施工中应重点保证路面沥青混合料的抗裂性。

（3）面层的动弹模对路面裂缝发展影响较大，且该因素与环境温度之间息息相关。一般温度变高时该值变小，即为负相关关系，因此在实际选择沥青路面材料时，应结合当地环境情况综合考虑。

6 质量通病解决方法

（1）离析问题。在摊铺施工过程中出现沥青混合料离析现象时，应及时对已铺填路段进行整改处理，保证成型质量。同时，应采取预防措施，比如将路面打扫干净，保证无细砂、碎块等杂质；在搅拌站生产时，注意混合料的均匀性，接料时控制好速度和前后车辆间距。

（2）平整度偏低问题。沥青路面碾压完毕后，若发现平整度整体偏低，则应及时处理。具体措施为先对不平的路段进行靠尺量测，观察其具体的凹陷数值，再对其不足之处进行修补、摊铺与碾压，保证与主体结构密实连接，修补料应为热细料。

7 结语

本文阐述了在炎热地区的沥青路面的具体施工流程和工艺控制，针对其含裂纹的现象，进行了动力学分析，找出影响裂纹发展的各因素之间的关系，研究表明，沥青路面裂缝的长度与车速对裂缝的开展具有较为重要的影响，裂缝的应力强度因子随面层动弹模的增大而增大。工程完成后，本项目沥青路面经常长时间服役运营，基本的路用性能均达标，路面较为平整，行驶体验感良好。由此可见，本文所述的摊铺、碾压以及接缝处理工艺科学合理，符合设计及规范的相关要求。希望本文总结的施工措施与试验结论能为炎热地区含裂纹沥青路面的施工质量控制与裂缝预防整治提供参考。