市政工程沥青混凝土路面裂缝的探究

2024-05-26王原宁

甘肃科技 2024年2期

王原宁

（兰州市政建设集团有限责任公司，甘肃兰州 730000）

随着城市化进程的不断推进，市政道路建设得到了广泛的关注。在市政工程中，沥青混凝土路面是一种常见的路面结构形式，具有行车舒适、噪声低、耐磨性好等优点。兰州新区位于兰州北部秦王川盆地，气温变化较大，四季分明，气候干燥少雨，风速较大且持续时间长，气温年差较大，最高温可达30 ℃以上，最低温可达零下20 ℃以下。作为甘肃省的国家级新区，在过去几年间，基础设施建设不断完善，交通网络日益发达，道路面层几乎全部采用沥青混凝土面层，然而，在实际使用过程中，沥青混凝土路面出现横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝，严重影响路面的使用寿命和行车安全。因此，分析沥青混凝土路面裂缝的产生原因，并采取有效的防治措施，对于提高市政工程的质量和安全性具有重要意义。

1 沥青混凝土路面裂缝的成因

对兰州新区多条市政道路沥青混凝土路面裂缝分析，其横向裂缝占比最大，其次是纵向裂缝，最后是网状裂缝。产生这些裂缝的主要原因有以下几方面：

1.1 材料因素对沥青混凝土路面的质量有着至关重要的影响

沥青混凝土路面是目前道路工程中广泛采用的高级路面，其裂缝的产生原因和材料因素密切相关。沥青的黏度、温度敏感性、延展性等性能参数都会影响路面的裂缝产生。例如，黏度较低的沥青在高温下容易软化，导致路面变形，进而产生裂缝。同时，温度敏感性较高的沥青在温度变化时容易发生收缩或膨胀，从而产生裂缝。集料的强度、耐磨性、吸水性等性能参数也会影响路面的裂缝产生。如果集料强度不足，容易在车辆荷载作用下发生破碎，导致路面裂缝。此外，吸水性强的集料在水分侵蚀下容易发生膨胀，进而产生裂缝。为了改善沥青混凝土路面的性能，通常会添加一些添加剂，如抗剥落剂、抗车辙剂等。这些添加剂对路面的裂缝产生也有一定影响。例如，抗剥落剂可以增强沥青与集料的黏附性，减少水分渗透，从而降低路面裂缝的产生。然而，过量使用抗剥落剂可能会降低路面的耐久性，增加裂缝产生的可能性[1]。

1.2 设计因素对沥青混凝土路面裂缝的影响

如果路面结构设计不合理，如基层厚度不足、面层厚度不均等，会导致路面的强度和稳定性下降，致使路面承载能力不足，产生裂缝。道路排水设计不良会导致路面长时间积水，加速沥青混凝土的老化、剥落和开裂。沥青混凝土的配合比设计不合理，也会导致路面抗裂性能下降，产生裂缝。

1.3 施工因素对沥青混凝土路面裂缝的影响

如果施工工艺不合理，如拌和温度控制不当、运输环节控制不到位、摊铺碾压设备行驶速度把控不严、压实度不足、碾压不到位、接缝处理不当等，会导致路面的密实度不足，产生裂缝。施工质量不达标，如路基压实度不足、路面厚度不均、碾压温度控制不当等，都会导致路面的强度和稳定性受到影响，也会导致路面裂缝的产生。工期过短，导致路面养护时间不足，也会影响路面的质量。

1.4 环境因素对沥青混凝土路面裂缝的影响

温度变化会导致路面材料热胀冷缩，产生温度裂缝。兰州新区市政道路沥青混凝土路面受温度变化的影响较大。在高温季节，路面温度升高，沥青混合料变软，容易出现车辙和推移现象，形成网状裂缝。在低温季节，路面温度下降，沥青混合料收缩，容易产生收缩裂缝。湿度变化会导致路面材料性能变化，产生裂缝。例如，长期受到雨水冲刷、阳光暴晒等自然因素的影响，路面材料容易老化、变形，从而导致路面出现纵缝。降雨会使路面长时间处于湿润状态，导致沥青混合料的黏附性降低，容易出现剥落和松散现象，形成网状裂缝。交通载荷是引起市政道路沥青混凝土路面网状裂缝的重要因素之一。如果车辆载荷过大或者分布不均，会使路面产生过大的应力，导致路面开裂。车辆行驶速度过快会使路面受到的冲击力增大，也容易导致路面开裂。

1.5 市政工程道路基层对沥青混凝土面层裂缝的影响

基层施工质量是影响沥青混凝土面层裂缝的主要因素之一。如果基层施工质量控制不严格，如压实度不足、厚度不均等，会导致基层出现不均匀沉降，进而在沥青混凝土面层产生裂缝。如果基层材料质量不佳，如水泥剂量不足、含泥量高等，会导致基层强度不足，容易在沥青混凝土面层产生裂缝。兰州新区道路沥青混凝土面层的横向裂缝，大部分是由基层反射到沥青混凝土面层的，主要表现为3～5 m 一道的横向裂缝，其产生的原因主要为基层材料由半刚性材料变成了刚性材料。

2 沥青混凝土路面裂缝的类型

2.1 横向裂缝

横向裂缝是指与道路中线近于垂直的裂缝，这类裂缝通常由于温度变化、半刚性基层收缩等引起。横向裂缝分为荷载性裂缝和非荷载性裂缝，荷载性裂缝主要是由于交通荷载引起的结构性破坏裂缝，而非荷载性裂缝主要是由于沥青面层温度收缩和半刚性基层的收缩裂纹引起的。横向裂缝最初并不会对行车辆行驶造成太大影响，但横向裂缝病害不断演化后，将会对道路结构和行车安全造成影响[2]。兰州新区昼夜温差较大，沥青混凝土路面的横向裂缝大部分属于非荷载性裂缝。

2.2 纵向裂缝

纵向裂缝是指与道路中线基本平行的裂缝，这类裂缝通常由于路基回填材料质量、施工工艺等因素引起。纵向裂缝一般发生在高填方路段或加宽路段，或者由于路基不均匀沉降引起的。兰州新区市政道路沥青混凝土路面纵向裂缝主要体现在道路中线位置和地下管线沟槽位置。

2.3 网状裂缝

网状裂缝是指相互交错的裂缝，这类裂缝通常由于沥青与集料配比不当、施工工艺等因素引起。网状裂缝一般表现为路面强度不足，承载能力差。兰州新区市政道路沥青混凝土路面的网状裂缝相对来说比较少，主要是在高温季节车辆行驶产生的推移和车辙引起的。

2.4 反射裂缝

反射裂缝是指由基层裂缝反射到面层。现在市政道路绝大部分采用水泥稳定碎石和水泥稳定砂砾作为基础材料，该材料为半刚性材料，容易产生裂缝。

3 沥青混凝土路面裂缝的防治措施

结合兰州新区市政工程沥青混凝土路面产生裂缝的原因分析和路面裂缝的构成，为防范新建项目出现同样的问题，减少沥青混凝土路面的裂缝，主要从以下几方面进行防治。

3.1 加强对材料的质量控制

选择优质的沥青、水泥、砂、石等材料，确保材料质量符合规范要求；加强原材料的检验和试验工作，确保材料性能稳定可靠；对于不合格的材料应及时进行更换或处理，避免使用劣质材料影响工程质量。保证材料的配合比合理，在施工过程中随时根据进场材料的检测数据对施工配合比进行修正，以提高路面的抗裂性能。同时，加强材料的运输和储存管理，防止材料受潮或污染。其中，对沥青主要关注其性质、等级、种类以及含量。根据不同的施工环境和工程需求，选择合适的沥青，确保其具有良好的黏结性、耐久性和抗疲劳性能。同时，对于进场的沥青，需要进行严格的检测，确保其质量符合相关标准。对粗集料要求具有足够的强度和耐磨性，同时保持适当的颗粒级配。常用的粗集料有碎石、碎砾石等。在选择粗集料时，要确保其干净、干燥，并具有稳定的物理和化学性质。对细集料要求具有较好的嵌挤性和黏附性，同时保持适当的颗粒级配。常用的细集料有天然砂、机制砂等。对于细集料的选择，同样需要确保其干净、干燥，并符合相关质量标准。对填料要求具有较好的填充效果，同时能够改善沥青混凝土的物理和化学性能。常用的填料有矿粉、石灰岩粉等。对于填料的选择，需要确保其干燥、无杂质，并符合相关质量标准。

3.2 优化结构设计增加路面的承载能力

兰州新区位于黄河上游，地处甘肃中部黄土高原低丘缓坡区域，土质疏松、湿陷性强、保水能力差，在沥青砼路面设计中，要优化结构，增加路面的承载能力。例如，增加基层厚度、采用双层沥青面层等。在结构设计过程中，充分考虑温度变化对路面结构的影响，采取相应的措施降低温度应力。例如，可采用柔性基层或设置应力吸收层，降低温度应力对路面的影响。同时，应考虑排水设计，避免路面长时间积水。在路面结构中设置防水层，防止水分渗透对路面造成破坏。防水层可采用改性沥青防水涂料或卷材防水层。同时，在路面排水系统设计中，应充分考虑防水要求，防止水分渗透对路面造成破坏。此外，结构设计要充分考虑车辆荷载、交通量等因素。基层结构形式可采用水泥稳定碎石、水泥稳定砂砾、级配碎石等，提高基层的承载能力和水稳定性。

3.3 优化施工工艺提高施工质量

在以后的沥青混凝土路面施工时，要合理确定拌和时间，确保沥青混凝凝土充分混合。严格控制拌和过程中温度，避免过高或过低影响沥青混凝土的性能。选择大型专业的运输车辆，规划好运输路线，确保沥青混凝土在运输过程中不发生离析、渗漏等问题。根据摊铺设备性能和道路宽度，合理选择摊铺机数量，减少纵向冷接缝。采用先进的碾压设备和技术，保证路面的密实度和平整度。加强施工现场的质量监管，确保材料质量和施工质量符合要求。合理安排工期，保证路面有足够的养护时间。在路基施工过程中，要保证压实度足够；在路面摊铺过程中，要保证摊铺厚度均匀、碾压温度控制适当；在施工过程中要注意排水系统的设置，避免积水对路面造成损害;同时，应合理安排施工时间，避免低温施工等不利条件。在施工过程中，要严格按照规定的温度和碾压工艺进行操作，保证路面的压实度和均匀性。重视接缝处理工作，采取合理的接缝处理技术，确保接缝质量。严格控制原材料质量，对进场的原材料进行严格检验，确保其符合设计要求。加强混合料施工配合比设计，对沥青混凝土的混合料配合比进行设计，并进行检测。通过检测混合料的性能指标，如抗压强度、抗折强度、稳定性等，确保混合料的配合比满足工程要求并具有良好的路用性能。加强施工过程检测，主要包括混合料的温度、压实度、厚度、平整度等方面的检测。通过施工过程的检测，确保沥青混凝土的施工质量符合相关规范和标准。沥青混凝土施工完成后，进行成品检测。主要包括外观质量、尺寸偏差、强度等方面的检测。通过成品检测，确保沥青混凝土的施工质量符合设计要求和相关规范。

3.4 充分考虑环境因素对路面的影响

应充分考虑兰州新区环境因素对沥青混凝土路面的影响，采取相应的措施。例如，针对温度变化较大的影响，可以选择温度稳定性好的材料，或者在基层和面层之间设置应力吸收层来缓解温度应力。在夏季和秋季高温时段，可以通过喷水、遮阳等方法降低路面温度，避免因温度过高导致路面车辙和推移现象的产生。在冬季低温时段，可以通过撒盐、喷洒防冻液等方法防止路面结冰，避免因温度过低导致路面收缩裂缝的产生。同时，应加强对交通荷载的限制和管理，避免超载车辆对路面的损害。通过限制车辆载荷的大小和分布，可以减少因车辆载荷过大对路面的损害。可以在路面上设置限载标志或者采取其他交通管理措施来限制车辆载荷。通过控制车辆行驶速度，可以减少因车辆行驶速度过快对路面的冲击力。可以在路面上设置限速标志或者采取其他交通管理措施来控制车辆行驶速度。

3.5 加强基层施工质量管理

为了确保基层施工质量，应严格控制基层材料的配合比和水泥剂量，确保基层强度符合设计要求；加强基层施工过程中的质量监管，确保压实度、厚度等关键指标符合规范要求；对于特殊地质条件或环境因素，应采取相应的施工措施，如加强排水、降低地下水位等。对于已经出现的裂缝基层应及时进行处理和修复，避免裂缝反射到沥青混凝土面层。例如，兰州新区市政道路工程在施工过程中发现了水泥稳定碎石基层出现裂缝问题。经过调查和分析发现，主要是由于基层刚性太强，新区早晚温差大基层收缩引起的。为了解决这一问题，施工单位采取了以下措施：首先在保证基层钻心取样满足要求的前提下，将设计的5%水泥稳定碎石配合比调整到4.5%左右；其次提高了材料质量标准；最后延长基层养护时间，由常规的7 d 延长到14 d，并做好保温和保湿措施。经过一段时间的施工后发现基层裂缝问题得到了有效解决并且工程质量得到了显著提高。对已出现的基层裂缝采用灌缝处理并铺设聚酯玻纤布，防止裂缝发射到沥青混凝土面层。

3.6 加强养护管理

在兰州新区市政工程沥青混凝土路面使用过程中，应加强养护管理。定期对路面进行检查和维护，及时发现并处理裂缝等病害。对于已经出现的裂缝，应根据具体情况采取相应的处理措施，对于3 mm 以下的裂缝一般情况下可以不作处理；3～5 mm 的裂缝，要先对裂缝区域进行清扫，然后将空气抽空，倒入沥青将其堵住。在处理大于5 mm的裂缝时，需要将裂缝的上、中层铣刨，然后再进行处理。根据裂缝的大小和程度选择合适的修补方法，可以采用热补、冷补、灌缝等技术进行修补。同时，加强路面的平整度和排水设施的检查和维护，防止积水对路面造成损害[3]。