对公路沥青路面裂缝的研究与对策

对公路沥青路面裂缝的研究与对策

张富民

张富民（河南范县畅美公路养护有限公司河南范县457500）

中图分类号：C915文献标识码：A

实际使用中的沥青路面在行车荷载以及自然因素的作用下，会逐步出现各种各样的病害，裂缝是其中最主要的破坏形式之一。从产生的时间顺序上看，可将裂缝分为初期裂缝和裂缝发展两个阶段。前者虽然对于路面的使用性能没有太大的影响，但是外界水份会从裂缝侵入，因此会造成裂缝附近的路面强度降低，而随着侵入水分的增加，强度降低趋势会更加明显；并且在大量行车荷载反复作用下使得侵入水份对结构产生冲刷破坏，最终导致沥青路面的结构性破坏。

沥青路面，因其具有地质条件适应性强、行车舒适、维护方便等优点，而被广泛用于高速公路。但在高速公路通车后沥青路面会逐渐出现多种路面病害，造成沥青路面破损的原因很多，主要有交通条件、气候条件、排水条件、材料因素、施工水平、管理水平（养护频率、资金投入和设备条件）等。但归根结底，还是由于沥青路面的使用性能下降造成的。概括地讲，沥青路面的使用性能主要是指高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性、抗老化性及表面服务功能。

一、路面早期破坏的原因

（一）路基方面

1.设计与路段实际情况相差大，设计结构不合理。沥青面层结构选用不当，混合料类型不合理，沥青混合料配比设计不准确。2.路面厚度设计不足导致路面强度明显不能满足行车要求，交通运输发展迅猛，路面回弹弯沉值逐渐增大，满足不了交通量迅速增长和汽车载重明显增大的需求，沥青路面过早产生疲劳破坏，路面网裂伴随着纵向裂缝和形变产生。3.路线设计未对路面排水系统详细考虑，如路堑段纵坡宜20.3%，路线纵坡宜小于等于2%，凹曲线底部宜设计在涵洞处，井在边坡上设急流槽，超高段尽量避免设在路堑地段，原则上要求考虑加深边沟。

（二）路基施工方面

1.路基填土含水量偏大，在冻胀作用下使路面形成裂缝。2.路基碾压不均匀，出现填土局部未压实或两侧密实度不够，使路基产生不同程度的沉陷，形成裂缝。3.旧路拓宽时，新旧路基衔接处理不符合技术规范要求，新路基压实度不够，造成路基不均匀沉陷或滑坡，形成裂缝。4.傍山公路半填半挖地段、桥台与填方接头处、路基施工未按规范要求，易造成自然沉降，经长时间行车作用易形成裂缝。

（三）养护管理方面

1.养护不及时。沥青路面在行车作用下出现小面积松散，个别坑槽后，未及时进行养护。初期及时养护更为重要。2.养护方法不当，有些养护人员在沥青混凝土路面上采取人工喷油，人工洒料方法进行养护。

（四）基层施工方面

1.目前，高等级公路路面结构基本上是半刚性基础层的结构，采用这样的结构有很多毛病，半刚性基层容易开裂，反射到表面，路面进水后，又很难排出，容易造成路面界面条件和受力状态的变化。2.基层、底基层、路面表面清除不干净。在铺筑上一结构层前，若路面结构层及路基表面的浮土、浮灰、浮砂清除不干净，在雨水作用下，浮层油料变软被行车挤压造成的高压水流冲刷成浆，进而波及到沥青面层表面。3.由于施工质量不好，无机结合料稳定基层没有拌和到底，底部留有素土夹层，在行车反复作用下导致路面产生块状裂缝。4.基层松散及系数控制不严而导致的二次补加层。5.在基层施工过程中，灰土的上、下横接缝因重叠或搭接过少而出现裂缝。6.部分基层压实度不足，在最大干密度确定的情况下，基层的压实度与混合料中粗、细集料的比例特别是粗粒料的含量密切相关。

（五）路面施工方面

1.沥青混合料的组成。矿料级配，沥青含量，集料品种不符合设计规范要求，对原材料检验不严，对沥青混合料的配合比控制不够，特别是矿粉和沥青用量不准，使沥青路面早期出现推拥，油包，松散，露骨，坑槽，裂缝等。2.当沥青面层的空隙率较大时，沥青面层的通透性增大，外界水易侵入结构内部。3.施工当中未按照施工工艺和程序进行施工，部分路面混合料离析和不均匀容易造成局部渗水，使路面出现病害。4.施工中压实不足，片面追求平整度，不能在温度较高的时候及时压实，不敢采用轮胎压路机，这样就造成了路面表层看起来很平整，通车不久就很快衰减。5.施工机械设备陈旧，不配套，使混合料的配合比计量、拌和均匀性、压实度、平整度等受到很大影响。6.沥青混合料加热温度过高，沥青和矿料拌和时，沥青便被矿料的高温灼焦、使沥青老化、路面强度不足，产生松散、坑槽等病害。

二、周围环境影响

1.老化和环境因素。在严冬，沥青材料最易破碎，其强度将难以承受由温缩引起的拉伸应力，可能由于路面的温缩和翘曲在路表出现微裂缝。2.沥青路面裂缝扩展的影响因素。沥青路面开裂主要由交通和环境因素引起，与行车荷载有关的沥青路面开裂的典型例子就是龟裂。这种类型裂缝是由于温度下降或干缩变形时沥青路面结构层收缩引起的。3.交通荷载诱发裂缝。根据经典的疲劳强度理论，交通荷载引起的沥青路面裂缝产生于受约束层底部，然后向上扩展到路表。这种裂缝应出现在车轮轮迹处，应为横向裂缝。4.环境因素诱发裂缝。事实上，由环境因素诱发的裂缝通常呈现为横向裂缝，这是因为温度下降或干湿变化而收缩变化的应力一般在纵向最大。在特殊条件下，如高摩擦力和温度或含水是急剧下降，就可能产生横向裂缝，在这种情况下也可能产生典型的块裂。5.荷载与环境因素对沥青路面开裂的综合影响。与交通荷载和环境因素相关的应力不是彼此孤立的，而且在许多气候条件下，沥青路面裂缝在白天主要受交通影响，而夜晚主要受环境因素影响。

三、新建沥青路面裂缝的预防

（一）材料的选择。

根据道路所在地区的气候条件和混合料类型选择结合料，对于水泥处治基层，如果条件允许，最好使用温度膨胀系数低的骨料。对于沥青结合料，使用某些聚合物或添加剂可以提高其抗裂能力。沥青混合料中的集料应选用表面粗糙，石质坚硬，耐磨性强，嵌挤作用好，与沥青粘附性的材料，尽可能使用人工砂代替圆形颗料的天然沙。

（二）路面结构设计。

显然，所设计的道路必须能适应客观存在的交通荷载水平和温度条件。若道路随载力不足，将加速路面疲劳开裂过程。

（三）在设计中应特别注意路面排水与防水措施：1.沥青混凝土配合比设计。沥青混合料级配也是一项重要因素，在合理选择混合料级配时，应兼顾其高温稳定性，疲劳性能和低温抗裂性，以及耐久性等各方面的要求。对受拉疲劳开裂的研究表明，沥量从4.2%增加到6.2%，可以使用25m板长为基层的密级配沥青碎石路面的抗疲劳寿命由10年延长到45年。2.设计应力吸收层。设计应力吸收层，对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，可明显减弱裂缝尖端应力的奇异性，降低应力强度因子，而吸收层的弹模越低，防裂效果越好。就目前常用的材料而言，土工织物与沥青橡胶薄膜的弹模较低，变形率越大，且不存在低温脆化问题，效果最佳。3.施工质量。铺筑路面材料时，应该遵循正确的施工原则。

四、半刚性基层反射裂缝的预防

1.结构层顶部切槽。这种方法是结构层碾压后在其顶部预切槽口，深度约为层厚的1/3~1/4。2.沥青乳液接缝。这种预开裂技术是在结构层碾压前切割一条缝直至层底，并在缝壁内注和速破沥青乳液。3.嵌入硬质波浪形夹片。这种技术形成所谓的"活性接缝"。4.嵌入柔性塑料带。这种技术是在刚处理的摊铺材料中埋入柔性塑料带，以形成裂缝，其厚度大约为结构层厚度的1/3。保证了裂缝处有效的传递荷载能力。5.结构层底部预开裂。与（1）类似，通过在结构层底放置三角开采木板或木块，减少水硬性结合性结构层横断面，使首先在该处产生裂缝。

五、复合式沥青路面裂缝的预防

复合式路面是用沥青混凝土铺筑在旧水泥路面上，反向裂缝的预防如前所述，采取的措施还包括：1.铺筑20cm全厚式沥青混凝土。2.在水泥混凝土和沥青混凝土之间铺设应力吸收层。3.采用裂缝固定技术后，再铺筑三层体系的防裂沥青混凝土面层。4.在原水泥混凝土路面加铺一层3cm厚的钢纤维混凝土，再铺沥青混凝土。5.锯开水泥混凝土面板。6.用1~2mm厚，0~10cm宽的弹性沥青层覆盖裂缝。7.用水泥砂浆或环氧树脂填充来限制混凝土板的移动和填充水泥混凝土板下脱空。8.用沥青或改性沥青注入裂缝或接缝来阻止水渗入到下部结构。9.在水泥处治基层接缝处上的沥青加铺层内预切缝并灌填缝料。