瀝青混凝土路面裂縫成因分析和影響

黃步云

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400041)

0 引言

最近幾年由于經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和國(guó)家對(duì)交通基本建設(shè)的重視，我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展異常迅速。研究基層和底基層與瀝青混凝土路面裂縫之間的關(guān)系，找出兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而指導(dǎo)今后瀝青混凝土路面的設(shè)計(jì)，并對(duì)緩解瀝青混凝土路面裂縫及裂縫引起的次生病害具有極為重要的意義。

1 裂縫成因分析

1.1 常見(jiàn)的裂縫形式

目前我國(guó)瀝青路面病害主要體現(xiàn)復(fù)雜性和多樣性，裂縫是瀝青混凝土路面病害中發(fā)生結(jié)構(gòu)性損壞的主要原因，裂縫占病害比例隨著公路等級(jí)升高而升高，同時(shí)在使用年限較長(zhǎng)的瀝青混凝土路面所占比例更大。基于以上問(wèn)題，在保證公路的設(shè)計(jì)使用壽命和行車(chē)安全的情況下，瀝青混凝土路面裂縫早期防治在公路養(yǎng)護(hù)中尤為重要，為了防治裂縫持續(xù)長(zhǎng)期破壞路面，有效地加大裂縫產(chǎn)生原因的分析論證力度和提高公路養(yǎng)護(hù)處治技術(shù)，從而避免路面松散、坑槽等病害。

當(dāng)前發(fā)生在瀝青路面的病害多、復(fù)雜，其中發(fā)生結(jié)構(gòu)性損壞最主要的是裂縫，公路等級(jí)越高，裂縫在所有病害中所占的比例也越高。而且裂縫在使用年限長(zhǎng)的公路上占比更大。在瀝青路面使用過(guò)程中，最早出現(xiàn)的病害是裂縫。因此，在瀝青混凝土公路養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，需要重視路面裂縫的早期處治，加強(qiáng)對(duì)其原因的分析以及提高相對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)和方法，這樣才能防止裂縫的持續(xù)發(fā)展，避免其形成松散、槽坑等更為嚴(yán)重的病害，這樣才能延長(zhǎng)公路的使用壽命并保證行車(chē)安全。

裂縫的分類(lèi)與基本類(lèi)型

路面裂縫從外觀形狀分為為橫向裂縫、縱向裂縫和不規(guī)則裂縫

（1）橫向裂縫 把垂直于驅(qū)動(dòng)方向的裂縫稱(chēng)為橫向。依據(jù)形成機(jī)理不同，其中荷載型裂縫和非荷載型裂縫是橫向裂縫的主要形式。橫向裂縫是指垂直于驅(qū)動(dòng)方向的裂縫。根據(jù)產(chǎn)生原因的不同，將橫向裂縫分為：荷載型與非荷載型。

在中低級(jí)公路和嚴(yán)重超載的高級(jí)公路的車(chē)轍位置會(huì)經(jīng)常產(chǎn)生荷載型裂縫，且最早發(fā)生在路面基層底部，再由于行車(chē)荷載的反復(fù)作用情況向上擴(kuò)展；

（2）縱向裂縫 把平行于道路中線的裂縫稱(chēng)為縱向裂縫，縱向裂縫的主要表現(xiàn)形式荷載裂縫一般發(fā)生在道路內(nèi)距離路面邊緣3cm～5cm以?xún)?nèi)，由于裂縫形狀的不同，分為直線形和縱向弧形，縱向弧形是由兩端向路堤邊緣延伸而形成的一種裂縫形狀?？v向裂縫是指平行于道路中線的裂縫，荷載裂縫是縱向裂縫的主要形式，大多發(fā)生在距路面邊緣3～5m的車(chē)道內(nèi)，根據(jù)裂縫形狀可分為直線形和兩端向路堤邊緣延伸的縱向弧形?？v向裂縫產(chǎn)生的主要原因有：地基的不均勻沉降、載荷過(guò)大。

（3）不規(guī)則裂縫 不規(guī)則裂縫是相互交錯(cuò)的疲勞裂縫，根據(jù)裂縫產(chǎn)生形式分為：網(wǎng)裂和龜裂。當(dāng)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致路面壓實(shí)度不足，會(huì)在路面車(chē)轍處產(chǎn)生平行裂縫，在與縱向裂縫的相互作用下形成斜向連接縫，即不規(guī)則裂縫，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠是也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似病害。一般情況中，在水和氣候的綜合作用下，會(huì)使得瀝青混合料中的瀝青發(fā)生老化，進(jìn)而喪失粘結(jié)力，形成不規(guī)則裂縫；由于公路在行車(chē)荷載的反復(fù)作用下，半剛性基層的強(qiáng)度又不足，也會(huì)形成荷載型不規(guī)則裂縫。

1.2 裂縫產(chǎn)生綜合分析

（1）土基方面：土基是一條路的關(guān)鍵，土基不僅承受路面結(jié)構(gòu)傳遞下來(lái)的動(dòng)載和靜載，還要收到來(lái)自地下水的侵蝕，以及不均勻沉降導(dǎo)致的損壞，如若土基存在缺陷，勢(shì)必會(huì)使瀝青混凝土路面產(chǎn)生裂縫。

（2）結(jié)構(gòu)層方面：裂縫發(fā)展的最主要原因是結(jié)構(gòu)層材料的性能不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的交通量以及軸載，通常一開(kāi)始是縱向裂縫的發(fā)生，逐步發(fā)展成為網(wǎng)裂。

（3）溫度疲勞裂縫：由于溫度的改變，瀝青混合料受疲勞應(yīng)力的極限拉伸應(yīng)變逐漸變小，然后加上行車(chē)荷載的持續(xù)反復(fù)作用，最終導(dǎo)致路面病害的發(fā)生。

（4）反射性裂縫：因?yàn)轭?lèi)似水泥、石灰類(lèi)無(wú)機(jī)結(jié)合料有反射性作用，導(dǎo)致穩(wěn)定材料容易產(chǎn)生裂縫，這些裂縫在交通荷載的反復(fù)作用下，由下層慢慢發(fā)展到路面表面。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，瀝青混凝土路面開(kāi)裂的原因中反射性裂縫最為嚴(yán)重的一種裂縫，此種類(lèi)型裂縫的產(chǎn)生，是由于基層和底基層材料本身特性而引起的。

1.3 瀝青混凝土路面基層和底基層引起路面裂縫的原因

瀝青混凝土路面采用半剛性基層時(shí)，無(wú)機(jī)結(jié)合料基層容易產(chǎn)生溫縮及干縮，導(dǎo)致此處引起應(yīng)力集中。水分很容易沿著裂縫侵入路基，造成路基軟化，瀝青與集料之間的粘結(jié)性降低，路面唧泥，最終導(dǎo)致路面的蛻皮、坑槽、凍脹、翻漿，影響行車(chē)安全。

1.4 對(duì)采用柔性基層瀝青混凝土路面裂縫的調(diào)查研究

1.4.1 柔性基層的概念

柔性基層是指采用熱拌或冷拌瀝青混合料、瀝青貫入式碎石，以及不加任何結(jié)合料的粒料類(lèi)等材料鋪筑的基層。

1.4.2 柔性基層的特點(diǎn)

（1）濕度敏感性低，一般不會(huì)出現(xiàn)反射裂縫問(wèn)題；

（2）使用柔性基層的瀝青混凝土路面，基層與面層模量變異性不大，不易產(chǎn)生車(chē)轍；

（3）抗疲勞能力好。

2 研究結(jié)論

瀝青混凝土路面反射性裂縫是由結(jié)構(gòu)層的的問(wèn)題引起的，一般基層路面的裂縫發(fā)展形式是從下往上，這種破壞形式會(huì)破壞路面結(jié)構(gòu)的整體性；而柔性基層瀝青混凝土路面產(chǎn)生裂縫的形式是從上往下，這種破壞形式如果及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修補(bǔ)，不會(huì)破壞路面結(jié)構(gòu)的整體性，能夠延長(zhǎng)路面的使用年限。

目前我國(guó)正處于柔性基層使用的試驗(yàn)階段，雖然半剛性材料目前是我國(guó)最廣泛使用的基層材料，這種材料強(qiáng)度高但價(jià)格不高，其修筑的路面前期性能優(yōu)越，然而耐久性和全壽命周期經(jīng)濟(jì)效益較弱，這直接導(dǎo)致路面正常使用年限減少，修補(bǔ)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用也會(huì)偏高。相比之下，柔性基層路面的性能要優(yōu)于半剛性基層。

[1]C.Yavuzturk，K. Ksaibati，A.D.Chiasson.Assessment of Temperature Fluctuationsin Asphalt Pavements Due to Thermal Environmental Conditions Using aTwo-Dimensional, Transient Finite-Difference Approach[J]. Journal of Materials inCivil Engineering，2005，17（4）：465-475

[2]MONISMITH C L, COETZEE N F·Reflection Cracking: Anal-ysis, Laboratory State and Design Considerations [J]·Proceed-ings of AAPT, 1980, 49: 268-313.

[3]王崇濤 鄭木蓮 王秉綱. 公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版) .2007年04期.

[4]陳長(zhǎng)壽. 半剛性基層瀝青混凝土路面裂縫形成機(jī)理及防治措施[J]. 公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版). 2010(11)