瀝青路面橫向裂縫發(fā)展規(guī)律與影響因素分析

李健

摘 要：文章重點圍繞瀝青路面橫向裂縫的發(fā)展規(guī)律展開探討，并從中識別關(guān)鍵的影響因素。結(jié)果表明：半剛性基層開裂反射對道路結(jié)構(gòu)的影響較為顯著，易導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生橫向裂縫，車輛荷載是關(guān)鍵成因;在通車的6～8年時間內(nèi)，橫向裂縫的數(shù)量有明顯增加，后續(xù)增量放緩;橫向裂縫間距與累計當(dāng)量軸次兩項指標(biāo)具有密切關(guān)聯(lián)，即冪函數(shù)相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;半剛性基層;橫向裂縫;影響因素

半剛性基層開裂對道路整體質(zhì)量具有明顯的影響，易顯現(xiàn)出路面橫向裂縫病害，需要準(zhǔn)確探尋此類裂縫在時間軸線上的發(fā)展規(guī)律，同時明確具體的影響因素，在此基礎(chǔ)上采取相適應(yīng)的策略，從根本上解決瀝青路面橫向裂縫問題，保證車輛通行的平穩(wěn)性與安全性。

1 裂縫的主要類型

在整個瀝青路面的使用周期中，裂縫是最常見，最容易發(fā)生以及時間最早的路面病害，同時會隨著路齡時間的增長越發(fā)嚴(yán)重。本文以海南省某高速公路半剛性基層瀝青路面病害為例，該公路的橫向裂縫病害占比達(dá)到87%。關(guān)于瀝青路面橫向裂縫的成因，主要考慮如下兩個方面：一是無機結(jié)合料基層的性質(zhì)，其發(fā)生干縮或溫縮現(xiàn)象后相繼開裂，受荷載的作用而逐步向上部道路結(jié)構(gòu)延伸，最終路面出現(xiàn)反射裂縫;二是荷載作用，且以重載車輛的荷載作用最為明顯，生成具有自上而下特性的疲勞裂縫。

以某高速公路段為例（車流量較大），對比分析裂縫，根據(jù)形態(tài)特征加以歸類，具體如表1所示。

根據(jù)表1內(nèi)容展開分析：在該路段中，路面裂縫形式主要含兩類，即貫穿與非貫穿，前者占據(jù)較大的比重（61.3%）;裂縫類型方面，則以反射裂縫略多（51.3%），但也存在一定量的疲勞裂縫（48.7%）。

進(jìn)一步對不同裂縫形式的具體裂縫類型加以統(tǒng)計，具體內(nèi)容如表2所示。

根據(jù)表2內(nèi)容展開分析：27條貫穿縫中反射裂縫數(shù)量達(dá)到21條，占比為77.8%，17條非貫穿縫中疲勞裂縫達(dá)到15條，占比為88.2%。由此可見，貫穿裂縫中絕大部分為反射裂縫;而對于非貫穿縫，則以疲勞裂縫為主。

2 裂縫的時空發(fā)展規(guī)律

2.1 裂縫在通車年限變化下的發(fā)展規(guī)律

在時間逐步推移之下，橫向裂縫的發(fā)展具有階段性的變化，引入橫向裂縫間距（TCS）指標(biāo)，將其用于量化分析。隨著TCS的減小，裂縫的密度加大。關(guān)于TCS的具體計算方法，如下：

TCS= （1）

依托于該省高速公路病害檢測數(shù)據(jù)，以通車年限為變量，探討不同時間段下路面橫向裂縫的間距。在通車年限增加的條件下，橫向裂縫的間距具有減小的變化特點，但數(shù)量有所增加。其中，按裂縫病害的輕重程度加以排序，由輕到重依次為高速公路2#、高速公路5#、高速公路3#和高速公路4#。究其原因，之所以高速公路2#的裂縫病害較為輕微，原因在于其采用的是低劑量水泥穩(wěn)定碎石基層，該部分具有較強的抗裂性能，因此在車輛荷載等因素的作用下可維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，路面橫縫數(shù)量較少。

在通車的6～8年，路面橫向裂縫均有較為明顯的增加，超過該時間后維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，此階段有裂縫的出現(xiàn)但較少。

2.2 裂縫在空間層面的發(fā)展規(guī)律

在橫向貫穿縫的端部取芯樣并展開分析。立足于芯樣裂縫形態(tài)，對反射裂縫的發(fā)展特點作出判斷：樁號名稱：（1）K250+80代表的取芯位置為第一車道，現(xiàn)場情況：第二～第四車道已封縫，第一車道無裂縫。（2）K250+815代表的取芯位置為第四車道，路肩，現(xiàn)場情況：第一，第二車道無裂縫，第三車道有輕微裂縫，第四車道已封縫，路肩無裂縫。（3）K219+610代表的取芯位置為第四車道，路肩，現(xiàn)場情況為第一，第二車道無裂縫，第三車道有輕微裂縫，第四車道已封縫，路肩無裂縫。

根據(jù)上述內(nèi)容展開分析：在選取的騎縫芯樣中，面層和基層均存在開裂的情況;裂縫端部芯樣的表現(xiàn)有所不同，該處基層有開裂現(xiàn)象，但面層為開裂。橫向裂縫最初發(fā)生于基層部位，后續(xù)開始向上擴展，隨之蔓延至面層，由此顯現(xiàn)出面層裂縫病害;對于第三、四車道，其均屬于重載車道，受大量車輛荷載的影響，該部分的裂縫反射至面層處;對于第一、二車道，其均屬于輕載車道，無裂縫反射至面層的情況，路肩處也無此情況。由此看來，車輛荷載是決定反射裂縫發(fā)展程度的關(guān)鍵因素，重載車道中車輛荷載較大，因此源自于基層的裂縫向面層發(fā)展的勢頭較猛。

3 瀝青路面橫向裂縫的關(guān)鍵影響因素

3.1 車輛荷載層面

路面損壞與車輛荷載有密切的關(guān)聯(lián)，將橫向裂縫間距與累計當(dāng)量軸次關(guān)聯(lián)，由此探討兩者的相關(guān)性。在累計當(dāng)量軸次增加的條件下，橫向裂縫的間距有減小的變化特點，兩者具有冪函數(shù)的關(guān)系。累計當(dāng)量軸次達(dá)到4 000萬次左右時為重要轉(zhuǎn)折點，此時橫向裂縫間距減小至60 m左右;后續(xù)，伴隨著累計當(dāng)量軸次的增加，該間距雖然有所減小但幅度較小。可以發(fā)現(xiàn)，在橫向裂縫間距的影響因素中，累計當(dāng)量軸次具有較為顯著的作用，屬關(guān)鍵原因。

3.2 材料性能層面

取前述分析高速的26個斷面，重點圍繞上、中、下面層三個部分展開半圓彎曲試驗。從所得結(jié)果來看，無論何種面層結(jié)構(gòu)，材料抗裂性并不會對橫向裂縫間距帶來直接的、明顯的影響，表明兩者間無顯著的相關(guān)性。關(guān)于瀝青路面反射裂縫，導(dǎo)致此現(xiàn)象出現(xiàn)的關(guān)鍵原因在于半剛性基層的特性，若能夠有效提高面層材料的抗裂性，則有助于推遲裂縫的發(fā)生時間，但需注意的是，此方式并不能從根本上阻止裂縫的出現(xiàn)。

3.3 荷載與材料性能層面

考慮橫向裂縫間距與通車時間兩個方面，對其相關(guān)性展開探討。橫向裂縫間距與通車時間呈冪函數(shù)關(guān)系，較之于荷載、材料等單一的因素而言，其具有更為顯著的相關(guān)性（R2=0.347）。在多重因素的持續(xù)作用下，隨公路通車年限的延長，裂縫的間距有增加的變化，但從發(fā)生速度來看，則具有先增后減的變化特點，后期雖然有裂縫的出現(xiàn)，但數(shù)量有所減少。

4 結(jié)語

通過對瀝青路面橫向裂縫的分析，明確其發(fā)展規(guī)律以及影響因素，現(xiàn)就本文內(nèi)容做如下總結(jié)：（1）在通車年限增加的條件下，橫向裂縫的數(shù)量也隨之增多，其中通車6年內(nèi)雖然有該類裂縫的出現(xiàn)但增長速度較慢;隨時間的延長，待通車時間達(dá)到6～8年后，則有較快的增長速度;后續(xù)，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定的狀態(tài)。（2）橫向反射裂縫最初發(fā)生于基層，后續(xù)逐步向上擴展，隨之延伸到面層，其與車輛荷載作用有關(guān)，因此在重載車道以及車流量較大的車道體現(xiàn)得較為明顯。

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