半剛性基層瀝青路面裂縫成因分析及防治措施

劉海濤

（金昌市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院， 金昌 737100）

0 引言

半剛性基層瀝青路面主要指將粉碎土、松散土或碎石等經(jīng)過(guò)相應(yīng)的材料如水泥、石灰等和水進(jìn)行一定比例的配比，并經(jīng)過(guò)適當(dāng)程度的攪拌后形成混合材料，當(dāng)這種混合材料的抗壓強(qiáng)度達(dá)到一定級(jí)別并能滿足道路施工需求時(shí)，即形成無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，用這種材料進(jìn)行路面基層修筑而形成無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料基層，也就是我們常說(shuō)的半剛性基層。

半剛性基層瀝青路面的使用由來(lái)已久，早在五十多年前，我國(guó)學(xué)者對(duì)半剛性基層材料的相關(guān)性能已經(jīng)開(kāi)戰(zhàn)了廣泛的研究，如其強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律、強(qiáng)度機(jī)理等。由于這種路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高，加上成本較低，在我國(guó)城市道路和高等級(jí)公路建設(shè)中取得了絕對(duì)性的應(yīng)用。

半剛性基層瀝青路面自身性能優(yōu)良，其平整度好的同時(shí)具有較高的強(qiáng)度，且使用周期較長(zhǎng)，我國(guó)城市建設(shè)及高等公路中幾乎有超過(guò)95%的道路路面建設(shè)均采用了半剛性基層瀝青路面。隨著半剛性基層瀝青路面大量投入使用，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)的同時(shí)也出現(xiàn)了諸多的問(wèn)題，例如路面裂縫問(wèn)題，路面裂縫是道路在長(zhǎng)期使用中形成的，一旦產(chǎn)生，只會(huì)呈現(xiàn)越來(lái)越嚴(yán)重的趨勢(shì)，路面裂縫使得遇水進(jìn)入到路面基層，從而影響路基的強(qiáng)度，大量的雨水沖刷加劇了路面裂縫的速度和程度，使得路面破壞更為嚴(yán)重直至影響路面的正常使用。故而，要對(duì)半剛性基層瀝青路面的裂縫問(wèn)題引起重視，對(duì)其成因及防治措施進(jìn)行深入的研究，找出相應(yīng)的預(yù)防措施，增加路面的使用年限。

1 裂縫成因分析

半剛性基層瀝青路面發(fā)生裂縫的原因很多，有的是受到氣候影響，極端的氣候使得路面開(kāi)裂；有的是受到路面基層材料的影響，材料強(qiáng)度性能不夠，致使路面在正常使用中發(fā)生裂縫；有的是因?yàn)榻煌ㄜ?chē)輛過(guò)多，承載過(guò)量，使得路面因壓力過(guò)大而發(fā)生裂縫；有的也可能是因?yàn)槭┕げ划?dāng)?shù)仍斐陕访媪芽p。總之，造成路面裂縫的因素很多，但總結(jié)下來(lái)可以分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是荷載型裂縫，第二類(lèi)是非荷載型裂縫。

1.1 荷載型裂縫

荷載型裂縫，簡(jiǎn)言之就是路面荷載過(guò)重而造成的裂縫，一般主要是大型車(chē)輛過(guò)多、交通量過(guò)大導(dǎo)致的路面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而產(chǎn)生裂縫。荷載型裂縫屬于結(jié)構(gòu)性破壞，對(duì)路面基層有致命的影響。車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，路面底部要承受車(chē)輛重量而產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果此時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)了路面底部材料的抗拉強(qiáng)度，那路面底部就會(huì)因拉應(yīng)力過(guò)大而發(fā)生開(kāi)裂情況，一旦未及時(shí)檢出底部開(kāi)裂，而同時(shí)大量的車(chē)輛通過(guò)，底部開(kāi)裂就會(huì)蔓延到路面，造成路面的破壞。路面底部拉應(yīng)力大大小主要取決于其基層厚度、基層回彈模量及面層厚度等。

荷載型裂縫具有連接性，其裂縫大部分是相互連接的，而且涉及面積較廣，可能呈現(xiàn)成片的網(wǎng)狀裂縫。網(wǎng)狀裂縫的產(chǎn)生原因主要有以下兩個(gè)方面：一個(gè)方面是半剛性的基層強(qiáng)度不是很強(qiáng)時(shí)，如果路面上行駛重車(chē)，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)因?yàn)楹奢d過(guò)重產(chǎn)生網(wǎng)狀的裂縫。另一個(gè)方面是因?yàn)闉r青混合料中的瀝青隨著時(shí)間的推移，其性能也會(huì)不斷的降低。當(dāng)瀝青的粘結(jié)度不斷下降后，經(jīng)過(guò)氣候和水的多方作用，就很容易出現(xiàn)網(wǎng)狀的裂縫，這種裂縫也被稱(chēng)作疲憊性裂縫。

荷載型裂縫產(chǎn)生的原因比較多，總的來(lái)說(shuō)可以歸納為以下幾點(diǎn)：第一，在施工過(guò)程中沒(méi)有對(duì)相關(guān)材料進(jìn)行充分的準(zhǔn)備和處理，使得相關(guān)的材料沒(méi)有發(fā)揮固定作用，因強(qiáng)度不足而發(fā)生離析現(xiàn)象；第二，材料使用過(guò)程中沒(méi)得得到正確的設(shè)計(jì)，使得用于路面基層建設(shè)的材料級(jí)配不夠，無(wú)法承受路面過(guò)大的重量；第三，路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在缺陷，厚度不夠，使得路面承載力過(guò)低。

1.2 非荷載型裂縫

（1）溫度收縮裂縫

溫度收縮裂縫主要是低溫收縮和溫度疲勞，這兩種裂縫具有較大差別。半剛性基層的瀝青路面，較適應(yīng)高溫氣候，瀝青材料的應(yīng)力松弛性能不受高溫影響，而高溫情況下的日溫度變化對(duì)瀝青的正常應(yīng)力不產(chǎn)生過(guò)度的影響。溫度收縮裂縫主要是在高溫地區(qū)，由于長(zhǎng)時(shí)間的日溫差變化，使得瀝青基層和路面一直重復(fù)高溫、低溫的變化，材料應(yīng)力產(chǎn)生疲勞而發(fā)生開(kāi)裂。另外，瀝青路面由于一直產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)其應(yīng)力到達(dá)極限時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。

溫度收縮裂縫主要發(fā)生在氣候較為寒冷的地區(qū)，當(dāng)發(fā)生氣溫驟降情況時(shí)，瀝青表面溫度與基層溫度存在較大差別，此時(shí)路面溫度低于基層溫度，基層應(yīng)力較足，而路面氣溫較低使得應(yīng)力不足，當(dāng)路面材料出現(xiàn)強(qiáng)度不足時(shí)就難以應(yīng)對(duì)應(yīng)力，從而使得路面發(fā)生開(kāi)裂情況。一旦低溫持續(xù)，裂縫的尖端就會(huì)使得應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中會(huì)造成裂縫越來(lái)越大，并逐漸蔓延到整個(gè)瀝青面層。我國(guó)北方半剛性基層瀝青路面的開(kāi)裂主要是由于冬季與夏季氣溫差別過(guò)大而引發(fā)的溫度收縮裂縫。

半剛性基層瀝青路面的表層和基層由于厚度不同，會(huì)有較大的溫度差，而當(dāng)這兩者溫度差過(guò)大時(shí)也會(huì)引起應(yīng)力不足以抵抗拉力而出現(xiàn)路面裂縫的情況。

（2）干燥收縮裂縫

干燥收縮裂縫主要指半剛性瀝青路面所使用的材料中水分減少，使路面出現(xiàn)干縮，路面干縮后路面材料要產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力來(lái)抵抗干縮，而一旦抗應(yīng)力能力達(dá)到極限，隨后就會(huì)呈現(xiàn)遞減的狀態(tài)，抗應(yīng)力能力的不足直接導(dǎo)致路面開(kāi)裂。干燥收縮裂縫產(chǎn)生的主要原因如下：半剛性基層瀝青在剛剛鋪設(shè)成型后沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)和適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)，或者養(yǎng)護(hù)過(guò)程中沒(méi)有使用瀝青進(jìn)行封層，使得基層面長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受高溫，瀝青路面在短時(shí)間內(nèi)承受過(guò)大的應(yīng)力，應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度不對(duì)等而產(chǎn)生開(kāi)裂。

半剛性基層瀝青路面的干燥收縮裂縫主要受到溫度的影響，當(dāng)基層與面層溫度不一致時(shí)發(fā)生溫度收縮而產(chǎn)生裂縫，另外，干燥收縮裂縫還受到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料性能、施工工藝、車(chē)輛荷載等綜合因素的影響。

2 裂縫預(yù)防措施

2.1 設(shè)計(jì)方面

（1）準(zhǔn)確預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)年限內(nèi)的交通情況。

（2）選用干縮系數(shù)較小、抗拉強(qiáng)度高的半剛性材料做基層。

（3）通過(guò)4.75mm篩孔控制碎石和砂礫的級(jí)配，4.75mm篩孔含量應(yīng)控制在35%左右，通過(guò)0.075mm篩孔的含量應(yīng)控制在2%左右。

（4）水泥含量不應(yīng)過(guò)高，采用低標(biāo)號(hào)且早期強(qiáng)度較低的水泥。

（5）選用針入度較大的瀝青或是改性瀝青等性能較好的優(yōu)質(zhì)瀝青做面層，以增強(qiáng)路面強(qiáng)度。

（6）嚴(yán)格控制瀝青面層的厚度，使得瀝青面層厚度能經(jīng)受溫度變化和承載變化帶來(lái)的影響，從而對(duì)半剛性基層瀝青的基層起到保護(hù)作用，不至于因路面溫度和承載過(guò)量導(dǎo)致基層發(fā)生干縮裂縫和溫度裂縫。

（7）在半剛性基層面鋪設(shè)相應(yīng)的土工合成材料，以提高基層的應(yīng)力能力，也可通過(guò)設(shè)置應(yīng)力吸收層改善基層的應(yīng)力能力。

3.2 施工方面

（1）對(duì)施工所用材料的級(jí)配進(jìn)行嚴(yán)格控制和精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，使得材料的強(qiáng)度符合路面需求，不至于因路面承載過(guò)量而路面材料強(qiáng)度不足而產(chǎn)生裂縫。

（2）施工期間應(yīng)選擇合適的溫度，前文提到溫差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生溫度收縮裂縫，故而在施工時(shí)要避免在溫度過(guò)高或過(guò)低的情況下進(jìn)行，施工應(yīng)盡量選擇在低溫季節(jié)進(jìn)行，當(dāng)夏季氣溫較高時(shí)，也可以選擇在夜間進(jìn)行。

（3）在進(jìn)行施工材料處理時(shí)，要對(duì)水泥的含量進(jìn)行嚴(yán)格控制，施工材料配比過(guò)程中要將水泥含量控制在3%到6%之間，從而使得材料得到良好配比，實(shí)現(xiàn)最好的強(qiáng)度。

（4）施工過(guò)程中要對(duì)施工所采用的加水設(shè)備、加料設(shè)備進(jìn)行保護(hù)和適當(dāng)控制，嚴(yán)格控制施工流程，使得各設(shè)備和材料能符合施工需求，避免因材料使用失誤而影響路面性能的發(fā)揮。

（5）嚴(yán)禁混合料中添加黏土，嚴(yán)格控制含泥量。

（6）對(duì)基層所用材料的級(jí)配進(jìn)行重新選擇，可通過(guò)選擇相對(duì)較為粗糙的中粒徑集料，保證路面有一定的粗糙度，并且使得基層與瀝青面層更好的結(jié)合，增強(qiáng)路面強(qiáng)度，進(jìn)一步避免裂縫的產(chǎn)生。

（7）施工過(guò)程中要保證相關(guān)施工車(chē)輛及運(yùn)料車(chē)輛能在合適的距離，及時(shí)補(bǔ)充施工過(guò)程中的材料和水的空缺。

（8）攤鋪完成后應(yīng)及時(shí)碾壓，采用不少于2臺(tái)壓路機(jī)梯隊(duì)作業(yè)，碾壓完成后應(yīng)及時(shí)向基層表面灑水濕潤(rùn)后用塑料薄膜覆蓋，薄膜厚度不宜小于1mm，至少養(yǎng)生7d以上，養(yǎng)生期間應(yīng)禁止車(chē)輛通行。養(yǎng)生結(jié)束后，要對(duì)表面進(jìn)行清理，并灑少量等等待表面干燥后再將表面用水澆濕澆透，其瀝青含量（蒸發(fā)殘留物-殘留分）不小于60%。

（9）鋪設(shè)瀝青面層之前，要確保半剛性基層強(qiáng)度達(dá)到要求，一般是要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%左右才能進(jìn)行鋪設(shè)，此時(shí)如果在2.5MPa之上，可以通過(guò)預(yù)切縫的方式，減少溫度收縮所帶來(lái)的應(yīng)力變化。

3 結(jié)論

半剛性基層瀝青路面裂縫是瀝青路面最常見(jiàn)的病害形式，我們?cè)谝院蟮牡缆方ㄔO(shè)過(guò)程中應(yīng)該引起足夠的重視，并根據(jù)不同的裂縫成因，從設(shè)計(jì)初期直到施工結(jié)束，都應(yīng)該嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，最大限度地減少或消除可能影響半剛性基層瀝青路面開(kāi)裂的因素，從而達(dá)到提高行車(chē)舒適性和道路美觀性，延遲道路使用壽命的目的。