論瀝青路面的裂縫及預(yù)防

朱　靜

摘要：瀝青路面裂縫問(wèn)題是公路工程質(zhì)量通病之一，瀝青路面在堤防道路使用期開(kāi)裂是普遍存在的問(wèn)題。從裂縫產(chǎn)生的原因入手，對(duì)瀝青路面層間應(yīng)力進(jìn)行了較詳細(xì)的分析，并有針對(duì)性地提出了預(yù)防裂縫出現(xiàn)的相應(yīng)措施。

關(guān)鍵詞：瀝青；裂縫；成因及預(yù)防；堤防道路

中圖分類號(hào)：U214.7+5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198(2009)06-0296-02

1瀝青路面開(kāi)裂原因

(1)瀝青路面開(kāi)裂的主要原因可分為兩大類：一種是由于行車荷載的作用而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫，一般稱之為荷載型裂縫。另一種主要是由于瀝青面層溫度變化而產(chǎn)生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和疲勞裂縫，一般稱之為非荷載型裂縫。(2)由于我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定或推薦瀝青路面采用半剛性基層。所以還存在著因?yàn)榘雱傂曰鶎拥臏乜s裂縫或干縮裂縫引起瀝青面層產(chǎn)生的反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫。此類裂縫主要是非荷載型的，在某些情況下也可能是由溫度和荷載共同完成的。(3)堤防自身直接影響瀝青路面裂縫的產(chǎn)生，堤身發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫、下蟄、錯(cuò)位等破壞現(xiàn)象。

2瀝青路面裂縫應(yīng)力分析

2.1結(jié)構(gòu)性破壞裂縫

瀝青路面的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫主要是由于行車荷載引起的。在半剛性基層下采用半剛性材料做底基層，可使基層底面由行車荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力明顯減小，甚至還小于半剛性底基層底面產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這對(duì)半剛性基層承受行車荷載的反復(fù)作用是十分有利的。同時(shí)在面層滲水、冰凍水、毛細(xì)水等的作用，裂縫的修補(bǔ)不及時(shí)等原因，造成水分積聚在基層和面層之間、縫隙之中，在凍漲、車輛沖擊荷載作用下，造成基層界面軟化、嘰泥等，使該部位完全失去連續(xù)性。造成面層單板、基層裂縫處集中應(yīng)力作用。兩種情況均會(huì)完全脫離原有的基礎(chǔ)，造成面層底、裂縫邊緣處應(yīng)力集中，很快導(dǎo)致破壞。

2.2溫度裂縫

瀝青面層上的非荷載型裂縫主要是溫度裂縫。溫度裂縫有兩種，一種是低溫收縮裂縫或簡(jiǎn)稱低溫裂縫，另一種是溫度疲勞裂縫。

①低溫裂縫。瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松馳性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過(guò)大的溫度應(yīng)力，但當(dāng)氣溫大幅度下降時(shí)，瀝青材料逐漸發(fā)硬并開(kāi)始收縮，面層中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力或拉應(yīng)變一旦超過(guò)瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，瀝青面層就會(huì)開(kāi)裂。

②溫度疲勞裂縫。這種裂縫主要發(fā)生在日溫差大的地區(qū)。由于溫度反復(fù)升降導(dǎo)致瀝青面層溫度應(yīng)力疲勞，使瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變(或勁度模量)變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應(yīng)力松馳性能降低，最終達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度使路面產(chǎn)生裂縫。

2.3半剛性路面的反射裂縫和對(duì)應(yīng)裂縫

2.3.1由半剛性基層溫縮開(kāi)裂引起的反射裂縫

冬季或在寒冷地區(qū)，在結(jié)合得好的瀝青面層下，開(kāi)裂的半剛性基層的水平位移使得直接在裂縫上的面層內(nèi)產(chǎn)生大的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，由于在較低溫度下瀝青面層通常較硬，它只能承受小的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，因此容易被拉裂，并且裂縫的擴(kuò)展途徑是由下至上的。瀝青面層的厚度愈薄，反射裂縫形成的愈早和愈多。

2.3.2由半剛性基層干縮開(kāi)裂引起的反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫

對(duì)于新鋪的半剛性基層，隨著混合料中水分的減少，要產(chǎn)生干縮和干縮應(yīng)力；水分減少得愈多愈快，產(chǎn)生的干縮應(yīng)力和干縮應(yīng)變就愈大。在已經(jīng)產(chǎn)生干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層，在較薄瀝青面層的情況下，半剛性基層的裂縫會(huì)由于溫度應(yīng)力而使面層底部先開(kāi)裂，并較快形成反射裂縫。一旦行車產(chǎn)生的拉應(yīng)力與溫度應(yīng)力相結(jié)合，反射裂縫會(huì)形成得更快。在較厚瀝青面層的情況下，由于溫度應(yīng)力在表面最大，基層的裂縫將促使面層先從表面開(kāi)裂，然后逐漸向下傳播形成對(duì)應(yīng)裂縫。以上結(jié)論已被長(zhǎng)沙交通學(xué)院光彈模型試驗(yàn)所證實(shí)，表面降溫30℃時(shí)，不同厚度瀝青面層內(nèi)下層裂縫上方的溫度應(yīng)力分布規(guī)律。

不同的應(yīng)力分布規(guī)律不難推斷，通過(guò)進(jìn)一步的試驗(yàn)或計(jì)算，將會(huì)得到一個(gè)臨界面層厚度。面層厚于此臨界厚度時(shí)，裂縫將主要從表面開(kāi)始；薄于此臨界厚度時(shí)，裂縫可能主要從底部開(kāi)始。此臨界厚度與氣候條件、面層混合料的勁度模量、溫縮性以及基層混合料的溫縮性有關(guān)。

2.4堤防自身裂縫

(1)由于機(jī)淤固堤工程措施是將泥漿放淤到堤身一側(cè)，且目前大部分措施都是以堤身作為一道“天然”圍堤，和外圍三面新筑圍堤形成一個(gè)封閉的施工單元，將泥漿放淤進(jìn)去。而泥漿中的水分就直接和堤身接觸，如果原堤身土質(zhì)比較疏松干燥，則泥漿中的水分就會(huì)被原堤身的干燥土壤很快吸收進(jìn)去，吸收了水分的干燥土壤就會(huì)很快改變其原有性狀，而沒(méi)吸收進(jìn)水分的一側(cè)則會(huì)保持其原來(lái)狀態(tài)，這樣，原來(lái)的堤身就會(huì)發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫、下蟄、錯(cuò)位等滲透破壞現(xiàn)象。

(2)原有堤身再存在洞穴、裂縫等隱患，則發(fā)生這樣變化的速度會(huì)更快，破壞程度也會(huì)更嚴(yán)重。

(3)堤防加固工程施工措施是臨背河加高加寬原堤身，工程施工雖進(jìn)行開(kāi)蹬、碾壓、檢驗(yàn)等工序。但該工程舊堤身部與新堤身部經(jīng)歷的時(shí)間不同，沉降系數(shù)也不同，這樣堤身就會(huì)發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而產(chǎn)生縱向裂縫破壞現(xiàn)象

3影響裂縫產(chǎn)生的主要因素

(1)瀝青及瀝青混合料的性質(zhì)。瀝青和瀝青結(jié)合料的性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開(kāi)裂的最主要原因，瀝青混合料的低溫勁度是決定瀝青路面是否開(kāi)裂的最根本因素，瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關(guān)鍵。在瀝青性能指標(biāo)中，影響更大的是溫度敏感性，溫度敏感性大的瀝青更容易開(kāi)裂。

(2)基層材料的性質(zhì)?；鶎硬牧系氖湛s性愈小，面層裂縫愈少?；鶎由嫌型笇佑鸵约訌?qiáng)與面層的粘結(jié)對(duì)抗開(kāi)裂是有好處的，基層材料種類對(duì)瀝青面層的裂縫率有明顯影響。

(3)氣候條件。極端最低溫度、降溫速率、低溫持續(xù)時(shí)間、升降溫循環(huán)數(shù)次數(shù)是氣候條件影響瀝青路面溫縮裂縫的四大要素。

(4)交通量和車輛類型。半剛性基層中的最大拉應(yīng)力，通常是由最重的車輪荷載產(chǎn)生的；并且對(duì)于半剛性路面，不同軸載對(duì)路面的破壞作用遠(yuǎn)不是4次方的關(guān)系，而11～13次方的關(guān)系，即使是通過(guò)次數(shù)較少的重荷載也對(duì)路面破壞起著決定性的作用。

(5)施工因素。主要指半剛性基層材料的碾壓含水量，半剛性基層完成后的暴曬時(shí)間等因素。

4減輕瀝青路面裂縫的措施

根據(jù)規(guī)范，通過(guò)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和厚度計(jì)算可以滿足瀝青路面強(qiáng)度和承載能力要求，基本解決荷載型裂縫產(chǎn)生的問(wèn)題。對(duì)于如何避免或減輕非荷載型裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)從設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行考慮。

4.1設(shè)計(jì)方面

(1)在進(jìn)行半剛性路面設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)選用抗沖刷性能好、干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小、抗拉強(qiáng)度高的半剛性材料做基層。(2)選用松弛性能好的優(yōu)質(zhì)瀝青做瀝青面層。在缺少優(yōu)質(zhì)瀝青的情況下，應(yīng)采取改善瀝青性質(zhì)的措施。(3)在穩(wěn)定度滿足要求的前提下，優(yōu)先選用針入度較大的瀝青做瀝青面層。(4)瀝青面層采用密實(shí)型瀝青混凝土。(5)采用合適的瀝青面層厚度，確保半剛性基層在使用期間一般不會(huì)產(chǎn)生干縮裂縫和溫縮裂縫。(6)為進(jìn)一步提高表面層抗溫度裂縫性能，可采用橡膠瀝青或聚合物瀝青在瀝青混凝土表面做一封層。(7)設(shè)置應(yīng)力消減(應(yīng)力吸收)中間層。

4.2路基方面

(1)在項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)，盡可能先實(shí)施放淤固堤項(xiàng)目，使堤防隱患充分暴露，有針對(duì)性處理后，再實(shí)施堤頂?shù)缆酚不こ添?xiàng)目。(2)如果機(jī)淤固堤項(xiàng)目還沒(méi)有批復(fù)，不妨在堤頂路面硬化前先處理堤身隱患，再硬化路面。(3)對(duì)于堤頂?shù)缆芬呀?jīng)硬化的堤段，機(jī)淤固堤時(shí)，放淤前先在靠堤身側(cè)修筑一道隔堤(需層層壓實(shí))，以截?cái)嘁蚍庞佼a(chǎn)生的滲水，從而消除或減小對(duì)原有堤身及堤頂?shù)缆樊a(chǎn)生的滲透破壞。(4)堤防加高地段要經(jīng)一段時(shí)間沉降期后，進(jìn)行路面硬化工程實(shí)施，以避免堤身發(fā)生不均勻沉降產(chǎn)生縱向裂縫破壞現(xiàn)象。(5)使用錐探灌漿措施處理堤防存在的虛土層、洞穴、堤身裂縫等隱患。該辦法在處理堤身虛土層、洞穴及裂縫隱患時(shí)，不需要大斷面開(kāi)挖，對(duì)堤防道路交通和日常管理影響較小，效果也較為理想，造價(jià)也相對(duì)較低。

4.3施工方面

(1)嚴(yán)格控制半剛性基層施工碾壓時(shí)的含水量，混合料的含水量不能超過(guò)壓實(shí)需要的最佳含水量或控制在施工規(guī)范容許的范圍內(nèi)。(2)半剛性基層碾壓完成后，要及時(shí)養(yǎng)生。(3)半剛性基層碾壓完成后或最遲在養(yǎng)生結(jié)束后應(yīng)立即用乳化瀝青做透層或封層。(4)透層或粘層完成后，應(yīng)盡快鋪筑瀝青面層。

5結(jié)語(yǔ)

實(shí)際上按照現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范要求，瀝青路面厚度設(shè)計(jì)相對(duì)偏厚，目前采用的半剛性基層收縮性都比較小，施工工藝水平有很大提高，所以新建半剛性瀝青路面上出現(xiàn)的裂縫絕大多數(shù)是瀝青路面本身產(chǎn)生的溫度裂縫。如何提高瀝青面層的防裂性能、改善瀝青及瀝青混合料的使用品質(zhì)應(yīng)是我們今后研究的主要方向。