淺析瀝青混凝土路面裂縫的形成機(jī)理和評(píng)價(jià)指標(biāo)

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廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司（510507）

0 引言

半剛性基層路面的結(jié)構(gòu)通常由無(wú)機(jī)結(jié)合料層和瀝青面層組成，具有較強(qiáng)的剛度和良好的行車舒適性，且造價(jià)較低，在我國(guó)的道路施工中廣泛使用。瀝青層與半剛性基層在材料性質(zhì)方面存在著巨大的差異，導(dǎo)致路面裂縫的形式也具有多樣性。新建半剛性基層路面的開(kāi)裂一般發(fā)生在通車后的5年內(nèi)，如果不能及時(shí)、準(zhǔn)確地修補(bǔ)裂縫，開(kāi)裂路面會(huì)在環(huán)境作用下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，直接導(dǎo)致路面壽命的縮短[1]。

1 瀝青路面裂縫分類和形成機(jī)理

1.1 按照裂縫形態(tài)分類

根據(jù)裂縫形態(tài)的不同，可將裂縫分為橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)塊狀裂縫。橫向裂縫的成因是施工縫處理不合理、溫度濕度耦合作用、基層反射等；縱向裂縫的成因是施工交界面處理不妥、荷載疲勞循環(huán)作用等；網(wǎng)塊狀裂縫通常是由橫向裂縫和縱向裂縫經(jīng)水、溫度以及行車荷載耦合作用發(fā)展而來(lái)。

1.2 按照裂縫擴(kuò)展過(guò)程分類

根據(jù)裂縫擴(kuò)展發(fā)生時(shí)的起、終點(diǎn)不同，可以把裂縫分為自下發(fā)生向上延展的底-頂裂縫 （Bottom-Up裂縫）和自上發(fā)生向下發(fā)展的頂-底裂縫（Top-Down裂縫）。Bottom-Up裂縫的形成機(jī)理有兩種:一是面層底部產(chǎn)生的拉應(yīng)變超過(guò)容許值，形成疲勞反射裂縫。由于瀝青面層的層厚較小、層間接觸黏結(jié)較差、混合料性能較差，或者是外界荷載、雨水、溫度產(chǎn)生的應(yīng)變等環(huán)境因素作用使基層開(kāi)裂，破壞反射至面層底部，從而引起面層損壞；二是加鋪層易發(fā)生反射裂縫，其原因是由于受溫度交替和荷載疲勞作用，原路面裂縫反射至加鋪層。Top-Down裂縫主要是指從上表面向內(nèi)部擴(kuò)展的一種裂縫，其產(chǎn)生的主要原因是在環(huán)境、荷載等因素作用下，路表應(yīng)力值超過(guò)路面容許值，輪載誘發(fā)的徑向拉力及溫度變化導(dǎo)致的瀝青混合料勁度模量的改變使得路面應(yīng)力作用下的應(yīng)變更敏感，從而產(chǎn)生開(kāi)裂。

1.3 按照裂縫活動(dòng)性分類

根據(jù)裂縫形成過(guò)程中動(dòng)態(tài)性質(zhì)不同，可將裂縫分為動(dòng)態(tài)裂縫（Working Crack）和靜態(tài)裂縫（Nonworking Crack），其劃分標(biāo)準(zhǔn)為裂縫年水平伸縮量。年水平伸縮量≥3 mm的裂縫為動(dòng)態(tài)裂縫，通常以溫縮裂縫和反射裂縫為主；年水平伸縮量≤3 mm的裂縫為靜態(tài)裂縫，縱向裂縫一般屬于此類裂縫。

1.4 按照裂縫成因分類

按照裂縫成因可將裂縫分為荷載型裂縫（Load-Type crack）與非荷載型裂縫（Non-load type crack）。當(dāng)路面結(jié)構(gòu)無(wú)法承受行車荷載時(shí)，路面會(huì)發(fā)生荷載型開(kāi)裂，這時(shí)形成的裂縫即荷載型裂縫，其內(nèi)在原因是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、路用材料不合格或者施工質(zhì)量有問(wèn)題，外在原因是路面老化或者超載。非荷載型裂縫主要包括由溫度變化引起的溫縮裂縫、溫度疲勞裂縫及基層反射傳遞上來(lái)的反射裂縫。

1.5 按照裂縫寬度分類

我國(guó)現(xiàn)行的《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[2]以裂縫寬度作為瀝青路面損壞程度評(píng)價(jià)指標(biāo)。橫向裂縫和縱向裂縫寬度≤3 mm時(shí)，瀝青路面損壞程度為輕度；裂縫寬度>3 mm時(shí)，瀝青路面損壞程度為重度。因此，根據(jù)裂縫對(duì)路面的影響程度，裂縫寬度>3 mm時(shí)稱為大裂縫，裂縫寬度在0.5 mm~3 mm時(shí)稱為小裂縫，裂縫寬度≤0.5 mm時(shí)稱為微裂縫。

2 瀝青路面裂縫評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)對(duì)我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范的檢索結(jié)果[3-4]，我國(guó)瀝青路面狀況評(píng)價(jià)僅有路面狀況指數(shù)（PCI）這一個(gè)指標(biāo)，PCI指標(biāo)的參數(shù)DR（瀝青路面面破損率）可以用來(lái)衡量路面的開(kāi)裂情況。因此，我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范不能很好地評(píng)價(jià)路面實(shí)際工況。路面綜合破損率計(jì)算公式中裂縫病害的計(jì)算不僅要考慮縱橫裂縫種類、嚴(yán)重程度（裂縫寬度、散落程度、有無(wú)支縫、塊度大小等）及長(zhǎng)度等指標(biāo)，而且還應(yīng)考慮路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫形態(tài)和裂縫數(shù)量。首先，半剛性基層對(duì)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響十分嚴(yán)重，當(dāng)此種裂縫產(chǎn)生時(shí)會(huì)嚴(yán)重破壞路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)在外界因素和荷載的綜合作用下，會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)性破壞；其次，路面裂縫的位置不同，對(duì)道路使用狀況的影響也不盡相同，若裂縫發(fā)生在邊緣或中心帶時(shí)，影響相對(duì)較小。因此，根據(jù)裂縫種類及裂縫危害程度，文章提出了關(guān)于瀝青路面裂縫的相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1）開(kāi)裂率（C）

其中，CS為網(wǎng)狀龜裂面積（m2）；L為縱向和橫向裂縫長(zhǎng)度 （m）；B為裂縫寬度影響系數(shù)，可取0.2～0.4；A 為檢測(cè)路段總面積（m2）。

2）修補(bǔ)率（F）

其中，F(xiàn)S為網(wǎng)狀龜裂修補(bǔ)面積（m2），L 為條狀裂縫修補(bǔ)長(zhǎng)度（m），B為裂縫寬度影響系數(shù)，A為檢測(cè)路段總面積（m2）。

3）橫縱裂縫狀況指數(shù)（TSL）

其中，TCR為橫向裂縫和縱向裂縫間距（m），L為檢測(cè)路段長(zhǎng)度 （m），TCN為橫向裂縫和縱向裂縫總數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述分析，瀝青路面裂縫是由路面內(nèi)在原因和外在環(huán)境等多種因素相互耦合后產(chǎn)生的結(jié)果，必須對(duì)其進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確、有效的修補(bǔ)，否則裂縫繼續(xù)發(fā)展可能對(duì)路面造成結(jié)構(gòu)性破壞，屆時(shí)需要對(duì)路面進(jìn)行大規(guī)模的翻修、重建。根據(jù)裂縫的破壞性質(zhì)確定修補(bǔ)的技術(shù)方案是很有必要的，合理地選擇修補(bǔ)材料是修補(bǔ)的關(guān)鍵。如微小裂縫需要用流動(dòng)性較強(qiáng)的密封材料進(jìn)行填充、密封；荷載型裂縫需要使用密封膠灌入路面內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；而動(dòng)態(tài)裂縫密封材料必須具有良好的彈性恢復(fù)性能和較強(qiáng)的黏結(jié)性能，以適應(yīng)裂縫的動(dòng)態(tài)變化。