淺析基層反射裂縫的成因及處理措施

摘要：本文通過(guò)某公路路面大修對(duì)基層裂縫的處理方法，分析半剛性基層反射裂縫的成因及采用抗裂貼修復(fù)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：公路基層;裂縫;處理措施

概述

我國(guó)公路基層設(shè)計(jì)基本上采用半剛性或剛性結(jié)構(gòu)型式。其中半剛性基層為柔性土基結(jié)構(gòu)向剛性路面采用的過(guò)度結(jié)構(gòu)層。其優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、承載能力大、易于集中拌合施工特點(diǎn)，但易受到養(yǎng)護(hù)條件、溫度變化的影響，特別是對(duì)瀝青結(jié)構(gòu)的路面來(lái)說(shuō)比較容易形成反射裂縫缺點(diǎn)。瀝青路面由于半剛性基層產(chǎn)生的反射裂縫造成路面開裂，進(jìn)而造成雨水下滲，給瀝青路面帶來(lái)了龜裂、沉陷、坑槽、車轍等病害。

1、基層反射裂縫的現(xiàn)狀

某公路全長(zhǎng)238.3km，地處平原區(qū)，于2003年底建成通車。全線雖有部分軟基，但對(duì)裂縫分析后得出，因路基沉降而引起的裂縫極少，只占裂縫的5%左右，可以忽略不計(jì)。匯總數(shù)據(jù)并分析后，該路段平均路面裂縫（單幅）長(zhǎng)"228m/km，裂縫寬度在"0.2～1cm以內(nèi)，平均間距為16.8"m，SMA路段平均間距為34m。

2、病害形成機(jī)理

縱觀我國(guó)已建的公路路面基層結(jié)構(gòu)，基本上是采用半剛性基層，如二灰穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石等，其中水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層是采用最多的基層結(jié)構(gòu)型式。因其為半剛性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在建設(shè)過(guò)程中或是使用過(guò)程中，因?yàn)榄h(huán)境、路面使用狀況等被動(dòng)、主動(dòng)力的作用，產(chǎn)生反射裂縫，造成路面出現(xiàn)龜裂、沉陷、坑槽、車轍等病害。

在反射裂縫形成初期，其對(duì)瀝青路面的使用性能無(wú)太大的影響，但隨著裂縫周圍應(yīng)力的集中，裂縫逐步擴(kuò)大，延伸至路面面層，使路面面層形成裂縫。雨水或雪水隨裂縫進(jìn)入基層，導(dǎo)致裂縫兩側(cè)的基層含水量加大，造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯降低，同時(shí)在車輛動(dòng)荷載反復(fù)作用下，基層內(nèi)部隨之產(chǎn)生唧漿現(xiàn)象，基層整體性結(jié)構(gòu)很快就遭到了破壞。路面進(jìn)而形成網(wǎng)裂、沉陷、坑槽、車轍等病害。

二、基層裂縫成因分析

產(chǎn)生路面裂縫歸根主要是基層存在反射裂縫。基層反射裂縫形成的主要原因是：基層裂縫基本上為非荷載型的裂縫（干縮、溫縮）。干縮裂縫主要表現(xiàn)在施工階段，基層施工時(shí)含水量偏小，灑水養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，造成后期強(qiáng)度形成時(shí)失水收縮而產(chǎn)生裂縫。溫縮裂縫則主要表現(xiàn)是外界溫度變化，基層結(jié)構(gòu)受熱脹冷縮溫差的作用而開裂。按開裂的表現(xiàn)形式主要分為縱向裂縫和橫向裂縫。

1、縱向裂縫

基層縱向裂縫形成主要是基層整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，在車輛動(dòng)荷載作用下基層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的剪切力引起的一種裂縫現(xiàn)象。此種裂縫主要是受力裂縫，這也就是裂縫基本出現(xiàn)在輪跡附近的原因，往往在路表伴隨有車轍。出現(xiàn)了縱向裂縫，證明基層整體受力遭到破壞，結(jié)構(gòu)不斷剝落，進(jìn)一步松散、網(wǎng)裂。

2"橫向裂縫

橫向裂縫是半剛性基層最常見病害之一。橫向裂縫的產(chǎn)生有多種因素，如：基層裂縫反射、溫差、車輛動(dòng)荷載、地基變形、疲勞裂縫等。其主要分為干縮、溫縮兩種裂縫，因施工時(shí)含水量過(guò)小，灑水養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，二灰碎石結(jié)構(gòu)層在強(qiáng)度形成過(guò)程中失水收縮而開裂;此外二灰碎石結(jié)構(gòu)層也是一種典型的熱脹冷縮型材料，其溫度收縮系數(shù)為25×10-6"～40×10-6，在高溫時(shí)具有較好的應(yīng)力吸收功能;低溫可能產(chǎn)生的拉應(yīng)變?cè)?00×10-6"～500×10-6之間，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了瀝青混合料的極限拉應(yīng)力，造成瀝青面層薄弱處就會(huì)產(chǎn)生裂縫;受力裂縫是基層在行車重載作用下，基層底部產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力形成的裂縫。

三、過(guò)去采用的修補(bǔ)措施

（1）灌漿法：灌注瀝青膠或是水泥漿的方法對(duì)基層進(jìn)行處理，因?yàn)榇朔N處理方法沒有改變裂縫處的應(yīng)力集中狀態(tài)，因而處理后裂縫又反射到路表面，處理效果不理想。

（2）土工格柵法：在基層面上鋪土工格柵的方法進(jìn)行處理，此種方法是以前較為常用的方法之一。但其具有很強(qiáng)的時(shí)限性和局部性。北方冬季雪水較多，溫度較低施工期較短，南方則雨水較為豐富，雨季較長(zhǎng)，施工期受到限制。水沿裂縫進(jìn)入基層，最直接、最迅速的反映就是唧漿。因此，如不能及時(shí)對(duì)裂縫進(jìn)行封堵，產(chǎn)生的唧漿將使裂縫處路面發(fā)生沉陷、網(wǎng)裂，導(dǎo)致基層整體強(qiáng)度明顯下降。

（3）挖補(bǔ)法：主要將裂縫周邊60～100cm"范圍內(nèi)的基層挖除重鋪。這種方法只要是針對(duì)裂縫處基層已滲水，基層強(qiáng)度較弱，并已出現(xiàn)唧漿或松散處理，其的處理裂縫效果較好。但對(duì)一些未有明顯唧漿或松散的裂縫，則顯得有心無(wú)力的感覺。同時(shí)基層裂縫的挖補(bǔ)處理不適于無(wú)限擴(kuò)大，造成基層挖補(bǔ)處瀝青混合料難以壓實(shí)，也容易在此部位形成平整度不佳或沉陷等其他病害。

四、抗裂貼處理方法

為提高基層裂縫的處理效果，節(jié)省養(yǎng)護(hù)成本，有必要采用新處理方法。高分子橡膠瀝青材料抗裂貼處置方案正是在這種思想的指導(dǎo)下而產(chǎn)生的。2005通過(guò)多次實(shí)踐及不斷完善，形成較為完整的、可靠性較高的一種抗放射裂縫材料。原理就是：對(duì)要進(jìn)行路面中修或是大修階段的路段對(duì)基層的反射裂縫采用貼封處理，這樣的新工藝即節(jié)約了工程造價(jià)，同時(shí)施工較為方便、簡(jiǎn)單，加快工程進(jìn)度。

1、抗裂貼材料性能

抗裂貼是一種瀝青基高分子聚合物改性防水卷材。由有高強(qiáng)抗拉織物、耐高溫、瀝青相容性好的抗拉織物復(fù)合而成，其在高溫下不流動(dòng)，低溫下不脆裂，厚度為3mm，寬度為5～50cm，其主要性能指標(biāo)見表"1。

表1""抗裂貼性能表

抗裂貼主要是利用其柔韌和延展性能，減弱、減輕基層反射裂縫的應(yīng)力集中，降低面層在基層反射裂縫處的劈裂作用，同時(shí)消除裂縫處的不平整。具體為：

（1）力學(xué)效應(yīng)：高分子聚合物材料作為一個(gè)應(yīng)力吸收膜，可增大基層內(nèi)的垂直裂縫沿界面向水平方向發(fā)展的可能性，從而延緩反射裂縫到達(dá)面層的時(shí)間。

（2）橋聯(lián)作用：基層反射裂縫形成后，高強(qiáng)織物、耐高溫、瀝青相容性好的抗拉織物雙層作用使開裂斷面具有一定的抗彎拉能力，減少反射裂縫處張開變形，降低裂縫尖端的拉應(yīng)力集中。

（3）嵌鎖咬合作用：將提高開裂斷面抗剪切傳荷能力，降低裂縫尖端的剪應(yīng)力集中。

（4）耐低溫、防水作用：瀝青基高分子材料具有在一定低溫下保持一定彈性的性能和良好的防水效果，并且在低溫時(shí)保持性狀不發(fā)生變化，防止路表開裂后水的下滲。

2、施工工藝

1）環(huán)境要求與尺寸選擇

（1）應(yīng)在表層溫度等于或大于21"℃的條件下使用。

（2）如表層溫度低于21"℃，建議使用溫火烤抗裂貼的膠面，注意不得過(guò)烤，膠面熔化即可。

（3）寬度選擇結(jié)合裂縫的走向與具體形態(tài)，一般規(guī)格為24，32，48，96cm等。

2）基層橫向裂縫表面處理

（1）施工前將基層橫向裂縫表面的灰塵和水漬等雜物清除，保持表面干燥清潔。

（2）清理或鑿平基層表面的凸起物。

3）鋪設(shè)抗裂貼

在鋪設(shè)抗裂貼時(shí)應(yīng)將抗裂貼成卷材料拉緊，保持抗裂貼平整、不起皺、不翹邊，鋪設(shè)抗裂貼后用膠輪滾筒至少滾壓"3"遍。

4）其他要求與說(shuō)明

（1）抗裂貼被鋪設(shè)后，及時(shí)進(jìn)行上面層的施工，避免受潮和雨淋。一般來(lái)說(shuō)兩者鋪設(shè)時(shí)間不宜超過(guò)24"h。

（2）鋪設(shè)抗裂貼后，應(yīng)灑布一層粘層油（如：乳化瀝青），并在抗裂貼上撒些細(xì)粒碎石或混合料等，以防止車輛或攤鋪機(jī)粘結(jié)抗裂貼，

（3）抗裂貼上鋪設(shè)熱瀝青昆合料的厚度應(yīng)大于40"mm。

（4）壓實(shí)時(shí)，將壓路機(jī)調(diào)整到最低振幅和最高頻率的位置，避免壓路振幅過(guò)大，在抗裂貼位置出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。

（5）針對(duì)基層承載能力狀況總體較好的基層縱向裂縫，則是在基層表面滿鋪抗裂貼，一方面防止了水的滲入，另一方面節(jié)省了養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)。

五、效果分析

選取2006～2008年專項(xiàng)治理中選取不同環(huán)境氣候條件等環(huán)境下采用抗裂貼處理基層反射裂縫路段進(jìn)行了跟蹤調(diào)查，將其調(diào)查結(jié)果進(jìn)行匯總，結(jié)果見表"2"所列。

表2""抗裂貼處理裂縫效果跟蹤調(diào)查表

由表2可見，經(jīng)過(guò)抗裂貼處理后的基層反射裂縫再次反射至路面的為"4"條，占調(diào)查總數(shù)的3.3"%，良好率達(dá)96.7%，顯示了抗裂貼的使用性能。

超車道滿鋪段因是2008年9月份施工，從目前看效果良好，長(zhǎng)期效果待進(jìn)一步觀察。

六、經(jīng)濟(jì)效益分析

1、基層橫向裂縫采用抗裂貼后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，以1道"3.7mm橫縫計(jì)，見表3所列。

表3""基層橫向裂縫

注：裂縫維修寬度是考慮保證維修施工質(zhì)量的最低寬度，寬度太窄難以壓實(shí)。

2、基層滿鋪抗裂貼經(jīng)濟(jì)分析以長(zhǎng)100"m單車道計(jì)，見表"4"所列。

表4""抗裂貼處理裂縫（滿鋪）使用效果評(píng)價(jià)表

七、結(jié)論

綜上所述，我認(rèn)為，采用抗裂貼處理基層反射裂縫是一種比較有效、便捷、經(jīng)濟(jì)的施工工藝，其有效性已通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)。從養(yǎng)護(hù)角度來(lái)看可解決基層反射裂縫問(wèn)題，在一定范圍內(nèi)具有推廣價(jià)值，目前雖然在路面日常養(yǎng)護(hù)維修當(dāng)中由于各種原因還沒有大范圍推廣應(yīng)用。但其會(huì)對(duì)養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生較大的變革。此外，公路在建設(shè)時(shí)期先行處理以后基層反射裂縫具有重要的參考價(jià)值，特別是對(duì)市政道路普遍存在的反射裂縫也有較好的借鑒作用，經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)價(jià)值巨大。