濱海新區城市道路瀝青路面早期裂縫原因及防治

張國亮 蔣宏偉 杜立平

(1.天津市濱海新區新地置業投資有限公司，天津 300000;2.天津市市政工程設計研究院，天津 300051)

0 引言

2005年以來，天津濱海新區的道路建設從高速公路骨架路網到十大功能片區的路網都進入了一個全新的階段，期間修筑了海濱高速、津濱高速、中央大道等骨架路網以及南港輕紡城、臨港工業區、中心漁港等片區道路，為濱海新區的經濟發展等做出了巨大的貢獻。這些修筑的道路95%以上都是瀝青混凝土路面，瀝青混凝土路面存在早期破壞問題。如所謂的瀝青混凝土路面早期破壞是指:瀝青路面在其使用壽命的前1/4～1/3期間內，發生的各種過早的破壞形式，如裂縫、沉陷、車轍、冒漿、松散等。其中，濱海新區的瀝青路面的早期破壞以裂縫破壞現象為主，瀝青混凝土路面產生裂縫后水從裂縫進入路面，發生水損壞破壞，加劇瀝青路面的破壞。因此，分析總結現有城市道路的瀝青路面的早期裂縫的原因，從而采取相應的治理和預防措施，對于現有破壞路面的補修以及修建新的路面都有現實指導意義。

1 濱海新區城市道路瀝青路面早期裂縫

路面的裂縫主要有橫縫、龜裂、縱逢，濱海新區幾大功能區的路面裂縫中都有涵蓋。

輕紡經濟區總面積約26.3 km2，道路總長有40多千米，其中一期二期已經基本建設完成，目前一期二期的瀝青路面出現了早期裂縫，見圖1。

中心漁港位于天津濱海新區漢沽，占地18 km2。中心漁港規劃建設“一港一城”，其中，陸域“一城”規劃面積10 km2，主要為產業區和居住區;海域“一港”規劃面積8 km2，分為作業港區和休閑港灣區。中心漁港龜裂見圖2。

圖1 輕紡經濟區道路橫縫

圖2 中心漁港道路龜裂

天津臨港工業區是中國發改委規劃的國家級石化基地，是天津市及天津濱海新區“十一五”規劃重點發展區域之一，是天津濱海新區化學工業區、臨港產業區的核心組成部分。中心漁港的早期裂縫見圖3。

2 瀝青路面早期裂縫原因分析

濱海新區城市道路瀝青路面的早期裂縫的形成原因主要有三方面。

圖3 臨港工業區道路縱逢

2.1 橫縫原因:瀝青面層溫縮開裂

濱海新區位于中國北方，冬天晝夜溫差大。

由于溫度變化影響，瀝青面層混合料遇冷收縮。在收縮過程中受到基層或底基層由于約束產生收縮應力(拉應力)。如果拉應力大于瀝青混合料的極限抗拉強度時，就會產生溫度收縮裂縫。溫差越大，溫度變化越快，則約束越大，混合料越容易開裂。當瀝青路面強度最薄弱處開裂后，在集中應力作用下裂縫很快往瀝青路面下層發展，穿透面層后再向基層以下擴展。開裂過程及應力分布規律大致是:當由于溫度下降產生的拉應力值超過其材料的抗拉強度時就開始出現第一批裂縫;路面開裂后應力重新分布，如果此時溫度應力仍超過混合料抗拉強度，則又產生第二批裂縫;應力再重新分布，直至溫度應力不大于混合料極限抗拉強度時，裂縫停止發展。由于道路是長條形的，所以溫縮型裂縫一般表現為橫向裂縫。

2.2 龜裂原因:基層受拉開裂

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。

濱海新區的核心是天津港，天津港道路交通典型的特點是重載、超載，這也是道路損壞的罪魁禍首。以天津濱海新區南疆碼頭南港路為例，平均超載為額定荷載的100%～150%，最大超載為額定荷載的300%，實測單軸軸載均在12 t以上，50%車輛單軸軸載在18 t～30 t之間，巨大的荷載使得現有路面不堪重負，容易形成龜裂。

半剛性基層材料的抗拉強度遠小于其抗壓強度，在車輛荷載的重復作用下結構層底的彎拉應力超過其疲勞強度時，基層底便產生裂縫，并逐漸向表面發展。這種裂縫由細而短的橫向開裂逐漸擴展成網狀，甚至導致面層破壞基層。當車輛通過時，相鄰板塊端部之間會產生位移差，進而在相鄰基層板塊的鎖聯結作用下完全破壞。這種剪切疲勞便是龜裂產生的主要原因。龜裂是不穩定的，裂縫尖端應力條紋十分密集，在偏荷載作用下將沿平行裂縫方向擴展至路表面。

2.3 縱向原因:不均勻沉降產生縱縫

濱海新區毗臨渤海，地下水位高、含水量大，地下有著深厚的軟土層，地基承載力低，沉降變形大。近幾年濱海新區的道路加寬工程不少，如津濱高速改擴建等，新老路基結合處特別容易引起不均勻沉降，如果沉降差異太大就直接反應到路面結構上，形成縱縫。地基產生不均勻沉降大致分為以下兩點:

1)地基產生固結形變。

在地基上填筑路堤后，地基受到外加恒載的作用，地基處于次固結狀態。填土路堤愈高，地基受到的附加應力愈大。地基產生固結形變的大小，既與填土高度有關，又與地基內部各層土的壓縮性、流動性等有關。

2)路堤產生固結形變。

路堤固結形變的大小與填土高度、土的性質和壓實度密切相關。通常土的性質不好，路堤產生的固結形變可能大;土的壓實度不好(偏小)，路堤產生的固結形變就大;路堤愈高，總的固結形變量就愈大。

3 瀝青路面早期裂縫的治理措施

早期產生的路面橫向裂縫對瀝青路面的使用性能無明顯影響，但隨著雨水的侵入，在行車荷載作用下，使處于裂縫狀態下的路面病害日益嚴重，如不及時治理，會產生翻漿、坑槽等病害，嚴重影響路面的使用性能，因此，早期裂縫必須及時處理。

3.1 深層裂縫處理措施

對裂縫寬度大于2 mm(含2 mm)的裂縫，需開槽檢測裂縫影響深度，如果裂縫已經穿透石灰土層，采用對出現裂縫的路基進行壓密灌漿及在石灰土層上加鋪2 m寬防滲土工布的加固處理方案。

灌漿采用水泥+粉煤灰與水配合成的混合漿液，水膠比0.6～1.0。水泥采用42.5級的普通硅酸鹽水泥;粉煤灰應符合干排Ⅱ級灰的品質要求。水泥和粉煤灰的摻合質量比為7∶3。

灌漿經檢測合格后，對路基進行壓實，之后重新施作路面底基層12%二灰土，在12%二灰土上有裂縫路基內滿鋪防滲土工布，防滲土工布反包12%石灰土，其上繼續施作二灰碎石基層，二灰碎石層頂上鋪3 m寬聚酯玻纖布(詳細施工做法見淺層裂縫處理措施)。

3.2 淺層裂縫處理措施

對裂縫寬度穩定在2 mm以下和裂縫影響深度到12%石灰土層截止的情況，采用裂縫兩側各1 m范圍開槽重新施作路面結構層，并在裂縫上方加鋪聚酯玻纖布的做法。

在二灰碎石開裂部位鋪設聚酯玻纖布，鋪設寬度為裂縫外各1.5 m(總寬3 m)，鋪設范圍應覆蓋整個裂縫長度。鋪設聚酯玻纖布后的透層及封層應仍按施工設計說明中的要求施作。如果大于2 mm裂縫的聚酯玻纖布外邊距離車行道側石不足1 m，則二灰碎石需一直做到車行道外邊(見圖4)。

4 瀝青路面早期裂縫的預防措施

4.1 設計措施

1)瀝青面層的厚度設計應綜合考慮經濟，效果以及綠色環保。應結合項目的等級、完成后在路網中應有的作用，養護成本以及道路使用壽命，合理確定路面各結構層采用的材料及厚度，保證路面良好的路用性能，有較好的低溫抗裂和高溫抗車轍能力。

2)做好路面的防水設計。路面防水性能不好，會更加惡化路面裂縫。所以，應該從路面上面層排水和路面內排水兩方面考慮路面的排水。首先應排除表面水，防止積水滲入下層，要求路拱和表面平整度符合規定。其次，為防止面層滲水而使基層被浸軟，在基層上做封層或透層，能夠達到即使有水滲入也能及時沿基層表面的路拱排出的效果。

圖4 聚酯玻纖布鋪設示意圖

3)馬歇爾配合比設計時應兼顧抗滑性能、耐久性、高溫抗永久變形能力。

4.2 材料措施

1)將水泥穩定碎石調整為水泥粉煤灰石灰碎石，在保證早期有一定強度的前提下減少材料自身裂縫。

2)SBS改性瀝青在低溫抗裂性能上比普通石油瀝青好，其動穩定度也比普通石油瀝青高2倍～3倍，抗車轍性能大大增強。采用SBS改性瀝青，路面的使用壽命也較普通石油瀝青長，也比較適合現在的機械大規模的施工。所以，無論從抗裂性能還是從經濟環保上考慮，道路路面的上面層使用SBS改性瀝青都是合理的。

4.3 施工措施

施工質量是誘發瀝青路面出現早期破壞的主要因素。為了防止路面早期破壞，要采取施工措施以保證施工質量，施工措施大致包括以下幾點:

1)加強施工管理，使施工流水化作業，施工每個環節中的人各施其職。2)保證現場試驗數據的完整和準確，每個施工步驟完成后及時完善實驗數據。3)重點保障道路瀝青路面的壓實度、均勻度等指標。壓實度不能保證的路面極易發生水損壞以及松散、車轍等早期病害。4)保證道路材料性能能滿足設計的要求。

5 結語

導致濱海新區瀝青路面早期裂縫破壞的影響因素是復雜的，本文分析研究濱海新區瀝青路面早期裂縫產生的原因，根據不同的裂縫深度確定早期裂縫的治理措施，提出預防路面早期裂縫應從路面的設計、施工及管理等方面加以預防。以上結論對減輕濱海新區路面早期裂縫破壞是有幫助的。

[1] JTG B01-2003，公路工程技術標準[S].

[2] CJJ 37-2012，城市道路工程設計規范[S].

[3] JTG D20-2006，公路路線設計規范[S].

[4] 鄧學均，黃曉明.路面設計原理與方法[M].北京:人民交通出版社，2001.

[5] 朱照宏，王秉剛，郭大智.路面力學計算[M].北京:人民交通出版社，1985.

[6] 何漓江，龍麗琴.基層厚度對瀝青加鋪層反射裂縫的影響分析[J].武漢華工學院學報，2006，28(4):48-50.

[7] 李 峰，孫立軍.基層模量對瀝青路面力學性能的影響分析[J].公路交通科技，2006，23(10):41-44.

[8] 曾 勝.半剛性基層模量對瀝青路面性能影響分析[J].中外公路，2005，25(3):37-39.

[9] 胡 葳.超載對瀝青路面的危害及防治對策[D].西安:長安大學碩士學位論文，2005.

[10] 吳志軍.半剛性基層瀝青路面早起破壞結構與材料特性影響分析[D].杭州:浙江大學碩士學位論文，2007.