瀝青路面出現(xiàn)裂縫的原因及預(yù)防措施

閆 廣 義

(山西路橋集團試驗檢測中心有限公司，山西 太原 030032)

0 引言

公路開裂問題較為常見，在全世界各國均有所涉及，如果路面出現(xiàn)裂縫，可能導致水分滲透到路基，破壞路基結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，嚴重影響路面的承載力和穩(wěn)定性，甚至加劇路面損壞速度，縮短路面使用壽命。這就需要在路面建設(shè)中對裂縫問題予以高度重視，從多種角度予以防控，盡可能避免裂縫問題出現(xiàn)，提升公路工程建設(shè)質(zhì)量。

1 瀝青路面裂縫的形式

瀝青路面開裂的形式復雜多樣，主要表現(xiàn)為荷載性裂縫和非荷載性裂縫。由于路面結(jié)構(gòu)損壞，無論是強度還是抗凍性都隨之下降，加之受到路面行車荷載作用力，逐漸形成荷載型裂縫。對于此類裂縫問題而言，主要表現(xiàn)為大面積網(wǎng)裂現(xiàn)象，凍脹量不一時，出現(xiàn)其他的縱向裂縫，加劇瀝青路面損壞。面層開裂并非是路面強度不足導致，更多的是受到低溫條件發(fā)生收縮導致，此種裂縫屬于非荷載型裂縫。瀝青路面的裂縫問題較為嚴重，不僅影響到路面行車安全，還會加劇公路磨損、老化，縮短公路使用壽命[1]。

瀝青路面裂縫中橫向裂縫危害較為嚴重，受到人們廣泛的關(guān)注。主要是由于瀝青路面工程竣工投入使用后，無論是半剛性的還是柔性的，或是選擇進口優(yōu)質(zhì)瀝青，都可能出現(xiàn)一定的裂縫問題，其中當屬橫向裂縫最具代表性，是當前瀝青路面的主要問題之一(見圖1)。

2 瀝青路面裂縫的主要原因

在瀝青路面裂縫分析中，橫向裂縫對于公路的危害性較大，判斷裂縫的具體產(chǎn)生原因難度較大，當前尚未出現(xiàn)明確的界定。結(jié)合半剛性基層瀝青路面橫向裂縫的調(diào)查分析，主要是由以下幾個原因?qū)е拢?/p>

1)瀝青面層表面裂縫由于半剛性基層收縮裂縫導致；

2)瀝青面層表面裂縫受到低溫收縮條件影響；

3)沒有干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層后，根據(jù)實際情況來增加厚度可以有效避免裂縫問題出現(xiàn)，但如果是在已有的干縮裂縫半剛性基層上鋪筑具有一定厚度的瀝青面層，裂縫不僅無法得到控制，還會持續(xù)擴展，加劇瀝青面層開裂現(xiàn)象[2]。瀝青面層較厚，反射裂縫從表面之間擴散，向下延伸，同下層裂縫連接在一起。

3 瀝青路面裂縫分析

3.1 結(jié)構(gòu)性破壞裂縫

結(jié)構(gòu)性裂縫產(chǎn)生的原因是由于路面車輛荷載導致，車輛荷載數(shù)值高于半剛性基層材料抗拉強度，則會產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。而在后續(xù)路面行車荷載的反復作用下，底部裂縫逐漸上升延伸到頂部，瀝青面層出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。裂縫地域拉應(yīng)力影響較大，在于基層厚度、面層厚度和回彈模量。對于不同厚度的瀝青面層，應(yīng)該進行科學合理的計算半剛性基層底部拉應(yīng)力數(shù)值和回彈模量之間的關(guān)系曲線。這樣在路面施工中，底部基層選擇半剛性材料，形成荷載拉應(yīng)力逐漸降低，可以有效抑制裂縫的產(chǎn)生和擴散。

3.2 溫度裂縫

溫度裂縫是一種非荷載裂縫，是受到外界低溫條件導致，逐漸在路面延伸擴散，形成橫向裂縫。瀝青材料在高溫條件下松弛性更大，通常情況下溫度的升高或降低，并不會產(chǎn)生嚴重溫度應(yīng)力，但是如果氣溫驟然大幅度下降，瀝青材料會反應(yīng)收縮。半剛性基層底部產(chǎn)生拉應(yīng)力，松弛無法滿足溫度應(yīng)力增長速度，混合料勁度隨之上升。瀝青面層的混合料同樣受到不同程度上的影響，收縮應(yīng)力超過瀝青混合料抗拉強度后，可能加劇瀝青面層開裂?；鶎雍兔鎸痈街Σ蛔悖觿∈湛s應(yīng)力產(chǎn)生，裂縫問題則難以避免。與此同時，瀝青路面由于自身寬度限制，路面結(jié)構(gòu)并不會對收縮面產(chǎn)生嚴重的約束力，所以瀝青路面產(chǎn)生裂縫多數(shù)是橫向裂縫[3]。

溫度疲勞裂縫主要是在溫差較大的區(qū)域產(chǎn)生，溫度反復升高和下降，瀝青面層溫度應(yīng)力疲勞，混合料極限拉伸度減小。瀝青老化同樣會增加瀝青路面的勁度，應(yīng)力松弛性能逐漸下降，加劇路面裂縫問題的出現(xiàn)。

3.3 半剛性路面反射裂縫

一般情況下，對于反射裂縫，瀝青面層下半剛性基層出現(xiàn)裂縫，加劇水平位移問題出現(xiàn)。垂直位移問題，受到行車荷載作用導致，結(jié)構(gòu)裂縫處發(fā)生位移，究其根本在于溫度和水分變化導致的收縮現(xiàn)象。在冬季，對于部分瀝青面層出現(xiàn)水平位移問題，可能會加劇裂縫上面層拉應(yīng)力。溫度較低情況下，瀝青面層逐漸變硬，拉應(yīng)力較小，所以可能出現(xiàn)拉裂問題。

4 瀝青路面裂縫的預(yù)防措施

盡管準確判斷瀝青路面裂縫的原因難度較大，但是可以選擇合理有效的措施預(yù)防裂縫問題出現(xiàn)。

其一，對于半剛性基層反射裂縫，實際施工中應(yīng)該根據(jù)工程建設(shè)要求選擇優(yōu)良級配半剛性材料。施工中優(yōu)化混合料拌合、攤鋪和碾壓工藝，合理控制基層施工質(zhì)量。對于混合料的拌合，應(yīng)該嚴格遵循拌合要求做到隨拌、均勻，及時攤鋪碾壓。受到水泥水化熱和硬化作用，拌合到碾壓過程的時間控制在5 h以內(nèi)。需要注意的是，為了有效降低半剛性基層干縮量，要求施工人員保持高度的責任感，能夠有效控制混合料含水量和水泥量，基層成型后做好后續(xù)養(yǎng)護工作，及時有效的處理，確?；鶎颖砻姹３窒鄳?yīng)濕度，盡可能避免水分過快蒸發(fā)出現(xiàn)裂縫問題。此外，做好下封層，鋪筑瀝青面層，避免長期暴露在高溫天氣下水分過快流失，加劇基層裂縫問題出現(xiàn)。

半剛性基層不可避免的出現(xiàn)收縮裂縫，在雨季水分滲透到基層，破壞基層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，裂縫逐漸擴大。所以，需要根據(jù)實際情況改變以往基層噴灑透層油方法，下封層厚度大概在1 cm～1.5 cm，在鋪筑面層同時設(shè)置瀝青面層上封層，厚度不小于2 cm。

其二，低溫收縮裂縫難以有效避免，此種現(xiàn)象主要是由于瀝青材料性質(zhì)優(yōu)劣決定，在低溫條件下瀝青路面出現(xiàn)開裂問題。瀝青混合料設(shè)計中應(yīng)該注重優(yōu)質(zhì)瀝青材料的優(yōu)化和完善，油量范圍值在中偏上。還要保證瀝青混合料面層厚度，對于部分重型的交通道路，面層厚度可以選擇標準厚度的中上值。

其三，瀝青面層和半剛性基層間，增設(shè)土工織物應(yīng)力吸收薄膜夾層。這樣可以有效避免基層裂縫反射，提升公路承載力，延長使用壽命，但是由于成本較高，所以需要經(jīng)過充分的計算和考量后方可使用。在應(yīng)用此種方法時，需要注重鋪設(shè)面的雜質(zhì)和碎塊清理，鋪設(shè)層牢固、密切，大概在15 cm～20 cm，盡可能避免人為或是機械對路面產(chǎn)生不可恢復的損傷，提升公路工程建設(shè)質(zhì)量和效益。例如：2012年夏家營至汾陽高速公路路面改造工程中，其中A路段由于超載車輛比較多，其施工環(huán)境也不理想，致使該路段產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象頻發(fā)。選取A施工路段做預(yù)開裂試驗。具體試驗方法為：在水泥穩(wěn)定碎石基層上鋸橫縫(之前沒有做過噴灑粘層瀝青)，0.5 cm的縫寬，1∶2的厚度，設(shè)6道，每25 m為一道，把高溫瀝青灌入橫縫。在裂縫兩側(cè)大約20 cm處均勻涂抹

高溫瀝青。在涂抹過的高溫瀝青上鋪設(shè)土工布。這樣做的優(yōu)勢在于：

1)保證預(yù)先制造出的裂縫直且規(guī)則，有效的調(diào)整好拉應(yīng)力的分布；2)土工布本身具有一定的抗拉性，利用其性能可以減輕或抵消冷縮、干縮變形引起的應(yīng)力。試驗結(jié)果：該試驗路段自2013年通車運行，連續(xù)4年以來，路面開裂的情況明顯減少，與同期相同設(shè)計標準的其他路段相比，該試驗路段的抗裂性能明顯優(yōu)于其他路段，見圖2。

其四，應(yīng)用快速施工法，在基層碾壓質(zhì)量符合工程要求后，立刻鋪筑瀝青面層，盡可能縮短間隔時間。但是，需要結(jié)合基層具體長度來選擇，如果基層果斷，機械作業(yè)難度較大，施工不變，接縫過多將會嚴重影響路面平整度。面層攤鋪時間需要結(jié)合機械操作、施工能力和天氣條件來選擇，不超過4 h，如果超過規(guī)定時間需要注重灑水養(yǎng)護，避免表面水分過快蒸發(fā)出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，影響到施工質(zhì)量?；鶎幽雺汉?，及時攤鋪瀝青面層是為了避免水分過快蒸發(fā)，基層硬化所需溫度和水分條件開放養(yǎng)生相同，避免人工養(yǎng)護出現(xiàn)的含水量變化幅度過大的問題，減少基層由于水分過快流失出現(xiàn)干縮裂縫，其重要性不言而喻。

5 結(jié)語

瀝青路面如果出現(xiàn)裂縫，在雨季可能導致大量水分滲透到路基，破壞路基結(jié)構(gòu)，路基逐漸軟化，嚴重影響路面的承載力和穩(wěn)定性，縮短路面使用壽命。所以，為了盡可能避免裂縫問題出現(xiàn)，應(yīng)該選擇合理的措施預(yù)防和控制，選擇優(yōu)質(zhì)的級配材料，做好后續(xù)養(yǎng)護工作，切實提升公路工程建設(shè)質(zhì)量。

[1] 高 華.芻議市政道路瀝青路面裂縫成因及防治[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2017,21(27):2662.

[2] 白 璐,申愛琴,李 涵.柔性基層瀝青路面在動荷載作用下Top-Down開裂模擬研究[J].公路交通科技,2017,23(9):22-29.

[3] 王蘇云.瀝青路面出現(xiàn)裂縫的原因及預(yù)防措施[J].黑龍江科技信息,2016,23(14):279-280.