半剛性基層瀝青路面開裂原因及防治措施研究

顧炯炯

摘要：在高等級公路中，其路面大多是半剛性基層瀝青路面，為保障公路行車安全、延長公路使用壽命，必須加強對半剛性基層瀝青路面質量的控制，預防病害發(fā)生。在半剛性基層瀝青路面中，受各方面因素影響，經常會出現(xiàn)開裂問題，影響路面質量，給行車安全造成威脅，做好裂縫的防治十分必要。因此，研究半剛性基層瀝青路面開裂發(fā)生的原因，探索有效的防治措施，是當前公路行業(yè)的重大課題。

關鍵詞：半剛性基層瀝青路面；開裂原因；防治措施

近些年來，物流行業(yè)發(fā)展迅猛，私家車擁有量成倍增加，給交通運輸帶來了極大壓力，高等級公路的建設成為基礎設施建設中的重要內容。在高等級公路建設中，為提高路面承載能力、穩(wěn)定性，通常采用強度、剛度以及穩(wěn)定性良好的半剛性瀝青路面，但是，因為材料對濕度、溫度抗性較差，容易發(fā)生開裂損壞，降低路面安全，需要采取合適防治措施來解決。

一、半剛性基層瀝青路面開裂原因分析

就半剛性基層瀝青路面裂縫而言，從裂縫形成機制上來說，主要包括結構性裂縫、疲勞裂縫、收縮裂縫以及反射裂縫幾種，裂縫發(fā)生的原因分別如下所述。

（一）結構性裂縫成因

結構性裂縫是指由于路面結構本身因素造成的開裂，具體原因有路基處理不到位，存在不均勻沉降；路面攤鋪的平整度或密實度不足，縱向接縫沒有處理好，材料配合比設計或控制存在問題，導致瀝青混合料抗剪強度偏低，無法滿足路面荷載標準。

（二）疲勞裂縫成因

疲勞裂縫是指瀝青路面在長期使用過程中，在車輛荷載的反復作用下，路面本身不斷進行應力應變的交替變換，造成結構強度的持續(xù)降低。當結構強度下降到一定程度后，繼續(xù)給予其車輛荷載作用，就會造成結構底部開裂，且裂縫會不斷擴展，造成瀝青路面開裂，出現(xiàn)疲勞斷裂破壞。

（三）收縮裂縫成因

收縮裂縫的成因與溫度有密切關系，主要是指路面內部與外部之間出現(xiàn)較大溫差，主要發(fā)生在冬季溫度低的地區(qū)，在出現(xiàn)突然降溫、或者較大幅度降溫是，路面表面的環(huán)境溫度較低，會導致瀝青面層收縮受阻，產生過大拉應力，由于得不到及時松弛時，會出現(xiàn)拉應力大于瀝青混凝土強度的情況，引起混凝土橫向裂縫，最終會貫穿瀝青面層[1]。

（四）反射裂縫成因

反射裂縫的成因是半剛性基層開裂，而半剛性基層開裂的成因包括兩方面：一是荷載造成的裂縫，半剛性基層底板是荷載承受的主要結構，荷載傳遞到底板后，會使底板產生拉應力，如果荷載過大，拉應力值就會超出材料的抗拉強度最大值，造成底板開裂，且這種開裂會隨著時間延長繼續(xù)擴展。

二是非荷載因素造成的裂縫，其中最多的是溫度裂縫，在溫度應力作用下，半剛性材料內外受力不均勻，造成裂縫，主要體現(xiàn)為低溫收縮裂縫、溫度疲勞裂縫兩種。

二、半剛性基層瀝青路面開裂防治措施

半剛性基層瀝青路面開裂會造成路面性能的降低、威脅行車安全、縮短公路使用壽命等嚴重后果，必須做好開裂防治工作。在半剛性基層瀝青路面開裂防治中，需要針對不同裂縫形成原因的差異，采取適宜的防治措施，具體包括：

（一）瀝青面層的防治措施

針對瀝青面層的開裂，采取的防治措施主要包括：一是設計合理的瀝青面層厚度。通常而言，15cm厚的瀝青面層就可以有效降低路面反射裂縫的發(fā)生，但在我國高等級公路中，15cm瀝青面層依然會出現(xiàn)發(fā)射裂縫，究其原因，主要是因為瀝青面層不同期施工、水泥穩(wěn)定粒料強度較高等因素造成的。因此，在瀝青路面設計時，需要通過鋪筑試驗路段，來探索適合施工地區(qū)的路面結構模式，設計合理的瀝青面層厚度，起到減少反射裂縫、提高整體抗彎拉強度以及對半剛性基層隔熱隔溫的作用。

二是加強瀝青混合料品質控制。瀝青混合料質量高低是影響溫縮裂的關鍵性因素，做好瀝青混合料品質控制，可以起到防治溫縮裂縫的作用，在瀝青混合料的選用中，應當盡量選擇延度大、進度模量大、溫敏性低、抗老化和耐久性好的瀝青或改性瀝青，在條件允許時，可以選擇高粘度瀝青[2]。

同時，為提高瀝青混合料品質，在配合比設計時，可以將瀝青用量適當增大，以起到降低混合料空隙率的作用；對于集料，需要選用具有一定級配的，優(yōu)先使用連續(xù)型密級配中?；虼至＃档筒牧蠝貪裥?。

此外，還可以通過在瀝青中添加纖維、樹脂等方式，來增強瀝青混合料抗拉強度，從而起到增強抗裂性、防治開裂的效果，使用的纖維有聚丙烯纖維、玻璃纖維或者鋼纖維等。

最后，提高基層透油層的粘結性，加強半剛性基層、瀝青面層粘結的強度，使混合料應力松弛性能充分發(fā)揮，產生的溫度應力有效傳遞到基層中，避免面層中溫度應力堆積，減小裂縫發(fā)生的概率。

（二）半剛性基層的防治措施

針對半剛性基層開裂的成因，其防治措施也需要從材料抗拉強度、內部收縮兩個方面入手，具體措施為：首先，在材料抗拉強度方面，當基層為二灰穩(wěn)定類時，可以加入適量早強劑，起到增強基層早期強度的作用，在基層拉模量不改變前提下，抗彎拉強度顯著增大、溫濕效應明顯減小，基層耐用和抗裂性得到大幅度提高。

其次，在內部收縮方面，可以通過加入膨脹劑或合成纖維的方式，對內部收縮進行補償或限制，達到提高半剛性基層抗裂能力的效果。

第三，做好混合料材料用量控制，水泥劑量會影響到半剛性基層材料的強度、干縮系數(shù)、溫縮系數(shù)以及彈性模量等，其中，水泥用量增多后，強度、彈性模量以及收縮系數(shù)都是相應增加的，所以，應盡量減少水泥盡量，來控制收縮系數(shù)和彈性模量；在級配選擇上，應選擇骨架密實結構礦料級配，來降低溫縮系數(shù)，減少細骨料的用量，以降低內部空隙率，避免間斷級配。

（三）施工過程中的防治措施

半剛性基層瀝青路面開裂有相當一部分是由于施工質量不到位造成的，所以，需要在施工過程中，針對容易導致半剛性基層瀝青路面開裂的因素進行防治。

首先，在基層上設置預切縫。在開始鋪筑瀝青面層前，先在基層上切出預切縫，將基層分成多段，減小基層相對程度，預防基層內部中發(fā)生干縮、溫縮應力的大量累及，減小基層對面層的約束，為面層瀝青混合料的充分松弛提供保障。但是，如果基層預切縫施工不當，反而會起到反效果，比如間距過小會降低路面整體強度、間距過大會導致溫度翹曲應力增加等，所以，需要通過預先試驗，采取合理的預切縫深度、間距值[3]。

同時，在實際應用中，受行車荷載、環(huán)境因素影響，瀝青面層容易在預切縫位置產生應力集中的情況，對此，在預切縫設置時，還需要通過在其上鋪設防水油氈、利用乳化瀝青進行填縫等措施，來預防應力集中，避免出現(xiàn)反射裂縫。

其次，應力吸收中間層。應力吸收中間層使用的材料應具有應變大、熱性高以及彈性模量低的特點，鋪設在半剛性基層與瀝青面層之間，起到彈性連接基層、面層的作用，吸收基層、面層錯動產生的移動應力；同時，對半剛性基層的收縮應變、應力也有較好吸收效果。應力吸收中間層常用的材料有低稠度瀝青混凝土、土工織物、級配碎石、預制纖維膜等等，在工程應用時，需要根據(jù)實際情況來選擇合適的材料。

結語：

綜上所述，在我國高等級公路中，有超過90%公路使用的都是半剛性基層瀝青路面，提高其質量水平十分重要。開裂作為半剛性基層瀝青路面的一個常見質量問題，了解其發(fā)生原因，采取合理的防治措施加以預防和治理，是公路路面安全的重要途徑，對交通運輸行業(yè)的健康發(fā)展起著重要作用。

參考文獻：

[1]陳長壽.半剛性基層瀝青路面裂縫形成機理及防治措施[J].公路交通科技（應用技術版），2010，11：51-54.

[2]孫明偉，申俊敏，李南，周玉民.半剛性基層瀝青路面開裂分析及防治措施[J].公路交通科技（應用技術版），2014，07：66-68.

[3]李嘉鑫，思園園，李娜.半剛性基層瀝青路面反射裂縫及防治措施[J].公路交通科技（應用技術版），2014，11：231-233.