何 銘

（廣州市公路勘察設(shè)計(jì)有限公司,廣東 廣州 511430）

半剛性基層瀝青路面是我國高等級公路主要的路面結(jié)構(gòu)形式，能適應(yīng)各類交通荷載等級的作用，表現(xiàn)出較好的承載能力和穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于各等級路面。半剛性基層通常是指無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定性材料，通過水硬性膠結(jié)料將集料粘結(jié)在一起形成強(qiáng)度，并且結(jié)構(gòu)致密，整體性好，能夠?qū)④囕v荷載進(jìn)行有效的分布和擴(kuò)散，大大降低路基土頂面的壓應(yīng)力，減少路基變形對路面產(chǎn)生的不利影響。除此之外，半剛性基層的取材廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。但半剛性材料自身固有的材料特性使得鋪筑的半剛性基層很容易產(chǎn)生溫縮和干縮裂縫，并且這種裂縫難以從材料組成和結(jié)構(gòu)組合上進(jìn)行根除，在氣溫低或養(yǎng)生不當(dāng)時(shí)這種裂縫更為明顯。因此，鋪筑在半剛性基層上的瀝青面層，雖然在結(jié)構(gòu)受力上以壓應(yīng)力和剪應(yīng)力為主，但在荷載作用下，基層的裂縫卻容易在瀝青層底面造成應(yīng)力集中，使得面層由底部開始逐漸產(chǎn)生向上產(chǎn)生開裂，形成表面反射裂縫，破壞了瀝青面層表面連續(xù)的界面，并且在遇到雨水下滲等情況時(shí)會(huì)導(dǎo)致基層產(chǎn)生浸泡和沖刷，形成唧漿和坑槽等病害。通過各種材料或結(jié)構(gòu)等工程措施減緩反射裂縫的產(chǎn)生是延長半剛性瀝青路面使用壽命的重要途徑[1]。

1 半剛性基層開裂與結(jié)構(gòu)分析

半剛性基層材料的開裂裂縫通常較細(xì)微，出現(xiàn)在縱橫兩方向，間距根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚝宛B(yǎng)生狀況以2 ～3m 為主，裂縫表面交錯(cuò)，具有一定的傳遞荷載的能力。裂縫的產(chǎn)生不僅與其材料本身的配合比設(shè)計(jì)有關(guān)，與其結(jié)構(gòu)性能的整體發(fā)揮和設(shè)計(jì)方法也密切相關(guān)。根據(jù)半剛性基層的材料成型特點(diǎn)，通常認(rèn)為其為具有一定抗變形能力和結(jié)構(gòu)承載力的整體，當(dāng)由于材料本身在形成強(qiáng)度的過程中，干縮、溫縮現(xiàn)象的產(chǎn)生，半剛性基層在使用過程中實(shí)際上成為一個(gè)具有一定寬度的離散板塊模型，與設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的整體狀態(tài)并不相符，并且其整體性能的發(fā)揮主要取決于裂縫的密度和開裂寬度。在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中，通常以半剛性基層作為主要的承重層，以整體連續(xù)的狀態(tài)承受交通荷載的反復(fù)作用，這就要求對半剛性基層的抗彎拉疲勞性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，而瀝青層主要作為功能層看待。按此方法計(jì)算得到的半剛性基層厚度較大，因此必須要考慮通過對半剛性基層混合料進(jìn)行合理的配合比設(shè)計(jì)、瀝青面層的合理厚度取定、以及考慮采用應(yīng)力吸收夾層等措施來控制和緩解反射裂縫[2]。

當(dāng)半剛性基層的干縮、溫縮裂縫在路面還未通車時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生了，則此時(shí)基層的模量實(shí)際上已經(jīng)產(chǎn)生了較大的衰減，抗拉能力與整體狀態(tài)有著顯著的差別。此時(shí)再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，瀝青層底也承受著較大的彎拉應(yīng)力，半剛性基層的裂縫會(huì)和瀝青層底的疲勞裂縫一起出現(xiàn)在表面，瀝青路面結(jié)構(gòu)層處于更不利的荷載和環(huán)境狀態(tài)。

對于處于彎拉狀態(tài)的半剛性基層而言，其破壞通常由于疲勞作用而產(chǎn)生，因此基層自身強(qiáng)度高、承載力強(qiáng)等對于受壓狀態(tài)有利的性能往往由于模量太大反而對路面彎拉性能的發(fā)揮起到不利的作用。當(dāng)結(jié)構(gòu)層需要發(fā)生變形時(shí)，由于外界的約束和自身模量可能會(huì)導(dǎo)致較大的干縮、溫縮裂縫，從而使得瀝青面層產(chǎn)生反射裂縫。

2 防反射裂縫措施

2.1 調(diào)整半剛性基層配合比設(shè)計(jì)

無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料的關(guān)鍵是利用無機(jī)結(jié)合料的粘結(jié)性達(dá)到穩(wěn)定碎石的目的，使得松散的集料整體性增強(qiáng)，抗變形能力得到提升，而并不是要依靠水泥的膠凝作用達(dá)到比較高的強(qiáng)度，因此半剛性基層的配合比應(yīng)該適合其層位的特點(diǎn)，從級配和水泥用量兩方面進(jìn)行材料設(shè)計(jì)。通常材料的極限拉伸應(yīng)變越小，越容易開裂。調(diào)整半剛性基層的礦料級配，適當(dāng)增加粗集料用量，使其達(dá)到85%，盡量減少細(xì)粉含量，降低比表面積可以提升材料的變形能力。以7d 飽水抗壓強(qiáng)度作為配合比設(shè)計(jì)的強(qiáng)度指標(biāo)，通常以3 ～4MPa 為宜，通常采取合理的水泥劑量使得強(qiáng)度處于該范圍，并且要嚴(yán)格限制強(qiáng)度值不能過大，以免形成嚴(yán)重開裂，大量試驗(yàn)和研究表明水泥穩(wěn)定砂礫的最佳水泥用量為5%。

根據(jù)半剛性基層材料的特性，干縮產(chǎn)生的裂縫往往比溫縮嚴(yán)重，因此必須通過加強(qiáng)合理養(yǎng)生、保濕覆蓋等措施進(jìn)行改善，降低材料的干縮和溫縮系數(shù)。

2.2 增設(shè)應(yīng)力擴(kuò)散層和級配碎石層

通過在瀝青層底部與半剛性基層頂面之間設(shè)置一層柔性高、疲勞性能好的隔離層或抗拉性能好的土工材料能有效隔絕面層與基層之間的直接接觸，使得基層的裂縫所產(chǎn)生的應(yīng)力集中能在隔離層上得到消散或緩解，實(shí)踐證明該方法能延長半剛性材料裂縫反射到面層的時(shí)間，提高路面使用性能。應(yīng)力擴(kuò)散層通過合理的配合比設(shè)計(jì)，采取較多的細(xì)集料和高瀝青用量，通常達(dá)到8% ～10%，設(shè)計(jì)成一種厚度約為2cm 的瀝青砂，如AC-10。工程上也可以通過改變?yōu)r青膠結(jié)料的柔韌性進(jìn)行改性材料，如通過利用橡膠的高彈性性能設(shè)置一層橡膠改性瀝青應(yīng)力吸收層，通過該層對變形的適應(yīng)性消散應(yīng)力。在地基狀況較差的路段設(shè)置級配碎石層，厚度通常為10 ～15cm 通過松散材料沒有抗拉強(qiáng)度的特性將基層頂面裂縫處的應(yīng)力集中消散，充分吸收半剛性基層表面裂縫釋放的應(yīng)變能，但由于級配碎石的模量較低，荷載傳遞時(shí)會(huì)在瀝青層底部形成較大的彎拉應(yīng)力，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意驗(yàn)算瀝青層的疲勞強(qiáng)度，適當(dāng)增加瀝青層厚。除此之外，也可以通過適當(dāng)增加瀝青層厚度來減緩溫縮裂縫的產(chǎn)生以及瀝青層底的彎拉應(yīng)力，達(dá)到緩解反射裂縫的作用。

2.3 增設(shè)土工措施層

土工布和土工格柵利用其高抗拉強(qiáng)度在水平方向上能承受很大的拉應(yīng)力，并且由于其厚度較薄，通常厚度為0.5 ～5mm，在豎向的剛度較小，對反射裂縫的阻斷和瀝青層材料開裂的約束具有明顯的效果，并且施工變異性小，材料性能有保障，應(yīng)用廣泛，是常見的防反射裂縫的措施。

適當(dāng)增大瀝青層的厚度對于防止基層反射裂縫向上傳遞具有明顯的效果，研究表明，瀝青層的厚度不宜小于15cm。但我國大量工程實(shí)踐中瀝青層厚度達(dá)到18cm，卻仍然無法避免反射裂縫的產(chǎn)生，這主要與我國建設(shè)理念、檢測標(biāo)準(zhǔn)和施工方式有關(guān)。我國長期以來以彎沉值作為路面施工質(zhì)量的最重要承載能力檢驗(yàn)指標(biāo)，并認(rèn)為半剛性基層材料的高強(qiáng)度有利于達(dá)到該指標(biāo)，因此，在進(jìn)行基層施工時(shí)，水泥劑量通常比較多，造成半剛性基層的強(qiáng)度比設(shè)計(jì)強(qiáng)度要高很多，而甚至在施工期間就由于剛度太大發(fā)生開裂，使得面層底部在運(yùn)營初期就形成了集中應(yīng)力[3]。另外，施工時(shí)瀝青面層通常由于混合料拌合攤鋪對氣溫要求高，而且工程量太大，不得不跨冬季施工，在年后進(jìn)行上面層攤鋪時(shí)往往在中面層已經(jīng)出現(xiàn)了發(fā)射裂縫，最后再逐步傳遞到上面層。

3 結(jié)語

通過半剛性基層開裂特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)層分析，要求基層的剛度處于適合的范圍以降低溫縮和干縮現(xiàn)象，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)當(dāng)適當(dāng)降低無機(jī)結(jié)合料，如水泥的用量，或面層和基層都具有適宜的厚度，通過結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來抵抗集中應(yīng)力。當(dāng)基層配合比和厚度都確定后，還可以通過在基層和面層之間增設(shè)高柔性的應(yīng)力吸收層、無抗拉強(qiáng)度的松散級配碎石或抗拉能力強(qiáng)的土工格柵材料等措施來緩解或消除反射裂縫的產(chǎn)生。研究為我國公路和城市道路建設(shè)中深入理解半剛性瀝青路面的材料和結(jié)構(gòu)性能、反射裂縫的特點(diǎn)和防治措施提供設(shè)計(jì)思路。