論瀝青路面的裂縫及預防

朱　靜

摘要：瀝青路面裂縫問題是公路工程質量通病之一，瀝青路面在堤防道路使用期開裂是普遍存在的問題。從裂縫產生的原因入手，對瀝青路面層間應力進行了較詳細的分析，并有針對性地提出了預防裂縫出現的相應措施。

關鍵詞：瀝青；裂縫；成因及預防；堤防道路

中圖分類號：U214.7+5文獻標識碼：A文章編號：1672-3198(2009)06-0296-02

1瀝青路面開裂原因

(1)瀝青路面開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生的結構性破壞裂縫，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)由于我國現行瀝青路面設計規范中規定或推薦瀝青路面采用半剛性基層。所以還存在著因為半剛性基層的溫縮裂縫或干縮裂縫引起瀝青面層產生的反射裂縫或對應裂縫。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生，堤身發生不均勻沉降，進而產生裂縫、下蟄、錯位等破壞現象。

2瀝青路面裂縫應力分析

2.1結構性破壞裂縫

瀝青路面的結構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生的拉應力明顯減小，甚至還小于半剛性底基層底面產生的拉應力，這對半剛性基層承受行車荷載的反復作用是十分有利的。同時在面層滲水、冰凍水、毛細水等的作用，裂縫的修補不及時等原因，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性。造成面層單板、基層裂縫處集中應力作用。兩種情況均會完全脫離原有的基礎，造成面層底、裂縫邊緣處應力集中，很快導致破壞。

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，具有良好的應力松馳性能，溫度升降產生的變形不致于產生過大的溫度應力，但當氣溫大幅度下降時，瀝青材料逐漸發硬并開始收縮，面層中產生的收縮拉應力或拉應變一旦超過瀝青混合料的抗拉強度，瀝青面層就會開裂。

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

2.3半剛性路面的反射裂縫和對應裂縫

2.3.1由半剛性基層溫縮開裂引起的反射裂縫

冬季或在寒冷地區，在結合得好的瀝青面層下，開裂的半剛性基層的水平位移使得直接在裂縫上的面層內產生大的拉應力或拉應變，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力或拉應變，因此容易被拉裂，并且裂縫的擴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裂引起的反射裂縫或對應裂縫

對于新鋪的半剛性基層，隨著混合料中水分的減少，要產生干縮和干縮應力；水分減少得愈多愈快，產生的干縮應力和干縮應變就愈大。在已經產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由于溫度應力而使面層底部先開裂，并較快形成反射裂縫。一旦行車產生的拉應力與溫度應力相結合，反射裂縫會形成得更快。在較厚瀝青面層的情況下，由于溫度應力在表面最大，基層的裂縫將促使面層先從表面開裂，然后逐漸向下傳播形成對應裂縫。以上結論已被長沙交通學院光彈模型試驗所證實，表面降溫30℃時，不同厚度瀝青面層內下層裂縫上方的溫度應力分布規律。

不同的應力分布規律不難推斷，通過進一步的試驗或計算，將會得到一個臨界面層厚度。面層厚于此臨界厚度時，裂縫將主要從表面開始；薄于此臨界厚度時，裂縫可能主要從底部開始。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。

2.4堤防自身裂縫

(1)由于機淤固堤工程措施是將泥漿放淤到堤身一側，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封閉的施工單元，將泥漿放淤進去。而泥漿中的水分就直接和堤身接觸，如果原堤身土質比較疏松干燥，則泥漿中的水分就會被原堤身的干燥土壤很快吸收進去，吸收了水分的干燥土壤就會很快改變其原有性狀，而沒吸收進水分的一側則會保持其原來狀態，這樣，原來的堤身就會發生不均勻沉降，進而產生裂縫、下蟄、錯位等滲透破壞現象。

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

(3)堤防加固工程施工措施是臨背河加高加寬原堤身，工程施工雖進行開蹬、碾壓、檢驗等工序。但該工程舊堤身部與新堤身部經歷的時間不同，沉降系數也不同，這樣堤身就會發生不均勻沉降，進而產生縱向裂縫破壞現象

3影響裂縫產生的主要因素

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

(2)基層材料的性質。基層材料的收縮性愈小，面層裂縫愈少。基層上有透層油以加強與面層的粘結對抗開裂是有好處的，基層材料種類對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、低溫持續時間、升降溫循環數次數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力，通常是由最重的車輪荷載產生的；并且對于半剛性路面，不同軸載對路面的破壞作用遠不是4次方的關系，而11～13次方的關系，即使是通過次數較少的重荷載也對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間等因素。

4減輕瀝青路面裂縫的措施

根據規范，通過路面結構設計和厚度計算可以滿足瀝青路面強度和承載能力要求，基本解決荷載型裂縫產生的問題。對于如何避免或減輕非荷載型裂縫的產生，應從設計與施工兩個方面來進行考慮。

4.1設計方面

(1)在進行半剛性路面設計時，首先應選用抗沖刷性能好、干縮系數和溫縮系數小、抗拉強度高的半剛性材料做基層。(2)選用松弛性能好的優質瀝青做瀝青面層。在缺少優質瀝青的情況下，應采取改善瀝青性質的措施。(3)在穩定度滿足要求的前提下，優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產生干縮裂縫和溫縮裂縫。(6)為進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)設置應力消減(應力吸收)中間層。

4.2路基方面

(1)在項目規劃時，盡可能先實施放淤固堤項目，使堤防隱患充分暴露，有針對性處理后，再實施堤頂道路硬化工程項目。(2)如果機淤固堤項目還沒有批復，不妨在堤頂路面硬化前先處理堤身隱患，再硬化路面。(3)對于堤頂道路已經硬化的堤段，機淤固堤時，放淤前先在靠堤身側修筑一道隔堤(需層層壓實)，以截斷因放淤產生的滲水，從而消除或減小對原有堤身及堤頂道路產生的滲透破壞。(4)堤防加高地段要經一段時間沉降期后，進行路面硬化工程實施，以避免堤身發生不均勻沉降產生縱向裂縫破壞現象。(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，不需要大斷面開挖，對堤防道路交通和日常管理影響較小，效果也較為理想，造價也相對較低。

4.3施工方面

(1)嚴格控制半剛性基層施工碾壓時的含水量，混合料的含水量不能超過壓實需要的最佳含水量或控制在施工規范容許的范圍內。(2)半剛性基層碾壓完成后，要及時養生。(3)半剛性基層碾壓完成后或最遲在養生結束后應立即用乳化瀝青做透層或封層。(4)透層或粘層完成后，應盡快鋪筑瀝青面層。

5結語

實際上按照現行瀝青路面設計規范要求，瀝青路面厚度設計相對偏厚，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的裂縫絕大多數是瀝青路面本身產生的溫度裂縫。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應是我們今后研究的主要方向。