不同基層類型瀝青路面裂縫的長期發展規律*

高玲玲　張艷聰

(1.山西水利職業技術學院　運城　044004；　2.山西省交通科學研究院　太原　030006)

不同基層類型瀝青路面裂縫的長期發展規律*

高玲玲1張艷聰2

(1.山西水利職業技術學院運城044004；2.山西省交通科學研究院太原030006)

摘要為探討基層類型對瀝青路面裂縫長期發展規律的影響，針對山西某高速公路3種基層類型(柔性基層、半剛性基層、剛性基層)、2種基層厚度(50，55 cm)的6段瀝青路面試驗路，于鋪筑后連續4年、加鋪后連續4年測定了路面裂縫數目和分布規律的發展情況。結果表明，半剛性基層瀝青路面的裂縫數目、開裂面積及其發展速度均明顯大于剛性和柔性基層；增加基層厚度可以減少半剛性基層瀝青路面裂縫數目和開裂面積，但對于剛性基層和柔性基層路面作用有限；加鋪后路面裂縫的發展規律與新建路面相似，加鋪對于柔性基層路面意義更大。

關鍵詞道路工程瀝青路面裂縫基層長期性能

裂縫是長期困擾我國瀝青路面建設的頑疾，從形式上分，一般包括橫向裂縫、縱向裂縫和表面龜裂等。裂縫一旦出現，就會對路面使用功能、結構安全產生影響[1-2]。細微裂縫在溫度和車輛荷載的作用下逐漸向寬裂縫、貫通裂縫發展，遇降水、冰凍等因素時，出現唧泥、翻漿等病害，嚴重威脅道路的使用安全[3-4]。就路面結構自身而言，基層對瀝青面層的裂縫發展影響最大[5-6]。剛性基層瀝青路面的裂縫較多且發展較快[7]，柔性基層瀝青路面更容易出現車轍，裂縫相對較少，半剛性基層則容易出現大面積龜裂[8-9]。盡管許多學者對裂縫作了較為詳細的研究和分析，但裂縫一再出現也反映了對瀝青路面在長期的交通荷載和環境因素影響下裂縫長期變化規律缺乏系統的認識。

因此，本文結合山西省某高速公路3種基層類型(柔性基層、半剛性基層、剛性基層)、2種基層厚度(50，55 cm)的6段瀝青路面試驗路，于鋪筑后連續4年、加鋪后連續4年測定了路面的裂

縫條數、寬度和長度等參數，研究基層類型、厚度對瀝青路面裂縫的長期發展規律的影響。

1試驗路概況

山西某高速公路全長127.569 km，路基寬度28.5 m，雙向6車道，上、下行路面寬度均為3×3.75 m+2.5 m=13.75 m，設計車速120 km/h，于2001年開工建設，2003年通車運營，2010，2011年進行了10 cm密級配瀝青混凝土加鋪。建設初，為保障路面工程質量，針對柔性、半剛性和剛性3種基層共鋪筑了6段面層完全相同的瀝青路面試驗段，布置見圖1。

圖1試驗路布置圖

各試驗段路面結構見表1，每種基層類型設2個試驗段，其中1個基層厚度略厚。

表1　不同基層類型的路面結構組合

2裂縫長期發展規律的評價方案

為考查基層類型、厚度對瀝青路面裂縫長期發展規律的影響，采用人工普查法、借助鋼卷尺、裂縫測寬儀等設備，在試驗路鋪筑后連續4年(2003~2006年)以及加鋪后連續4年(2010~2013年)的冬季全面測定6段試驗路的所有裂縫的長度、寬度等特征參數。

為客觀評價裂縫的發展規律，借鑒《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》GB T50082-2009關于裂縫形態的概念，采用單位面積的裂縫數目a和單位面積上的總開裂面積b對裂縫發展規律做統一評價。

(1)

(2)

式中：a為單位面積的裂縫數目，條/m2；b為單位面積上的開裂面積，mm2/m2；Wi為第i條裂縫的最大寬度，mm，精確到0.02 mm；Li為第i條裂縫的長度，m，精確到1 cm；N為裂縫的總數目，條；A為統計段路面的總面積，m2。

由于路面在加鋪之前，局部進行了灌封、修補等處治，統計時將此類裂縫計入統計之列。加鋪之后，裂縫數目歸零，重新統計。

3基層類型對裂縫發展規律的影響

6段試驗路均在2002年上半年建成，2003年底正式通車，其中試驗段III，IV于2010年初進行了加鋪，而試驗段I，II，V和VI于2011年4月進行了加鋪。為減少溫度、濕度等外界因素對裂縫觀測結果的影響，觀測時間均選擇在當年9月份的晴天進行。

3.1　3種基層路面的裂縫觀測結果

按照上述統計方法，2003~2006年間6段試驗路的裂縫觀測數據見表2。

表2　裂縫形態統計表

加鋪后裂縫的觀測數據見表3。由于裂縫較多，表中未列出每條裂縫的長度和最大寬度，僅給出調查當年所有裂縫的最大長度和最大寬度。表3中“-”指當年該試驗段尚未進行加鋪，故無統計數據。

表3　裂縫形態統計表

3.2　基層類型對裂縫數目長期發展規律的影響

對于6種基層類型的瀝青路面試驗段，單位面積上裂縫條數的長期發展規律見圖2。基層類型和厚度對裂縫條數的發展均有影響，但基層類型的影響更大。半剛性基層瀝青路面的裂縫條數、發展速度均明顯大于剛性和柔性基層的。就剛性基層和柔性基層瀝青路面而言，柔性基層稍具優勢。

圖2裂縫數目的發展規律

以基層厚度為50 cm時為例，鋪筑1年后，剛性基層、柔性基層路面均未出現裂縫，半剛性基層的裂縫條數為0.001條/m2；鋪筑5年后，半剛性基層路面的裂縫條數迅速增加到為0.017條/m2，即：平均59 m2出現1條裂縫，與此同時，剛性基層、柔性基層路面的裂縫條數僅為半剛性基層的11.7%，17.6%。

當基層類型相同時，增加基層厚度可以減少裂縫的出現，但作用有限，且對于半剛性基層路面的作用明顯優于剛性基層和柔性基層。如圖2所示，對于半剛性基層路面，鋪筑5年后，基層厚度為55 cm的為0.009條/m2，較基層厚度為50 cm的降低約47.5%，而對于剛性和柔性基層而言，這一值僅為13.3%和9.6%。

加鋪后瀝青路面裂縫條數的發展規律與新建路面相似，不同之處在于半剛性基層路面的反射裂縫問題導致加鋪后僅1年，裂縫即達到0.007條/m2，且后期發展迅速。相比之下，加鋪對于柔性基層瀝青路面使用性能的提高意義最大，加鋪后裂縫出現少，且發展緩慢。

3.3　基層類型對裂縫分布長期發展規律的影響

6種基層類型瀝青路面的裂縫分布的長期發展規律見圖3。基層類型對裂縫分布發展的影響大于基層厚度。無論基層厚度大小，半剛性基層瀝青路面單位面積上的開裂面積均明顯大于剛性和柔性基層的，柔性基層路面單位面積上的開裂面積最小，且發展較慢。

圖3裂縫面積的發展規律

以基層厚度為50 cm時為例，鋪筑2年后，柔性基層路面未出現裂縫，剛性基層路面的開裂面積為0.15 mm2/m2，而半剛性基層路面鋪筑2年后的開裂面積即為0.13 mm2/m2；鋪筑5年后，半剛性基層路面開裂面積達到437.7 mm2/m2，此時，柔性和剛性基層路面的開裂面積僅為這一值的1%，14%。當基層類型相同時，增加基層厚度能夠減少開裂面積，且對于半剛性基層路面的作用明顯優于剛性基層和柔性基層。

對比3種基層路面加鋪后的開裂面積可知，對于半剛性基層路面，加鋪短暫地減少了開裂面積，但由于反射裂縫問題，1~2年后，開裂面積即開始迅速增加。而對于剛性基層瀝青路面，加鋪的效果可以延續2~3年，柔性基層瀝青路面時間則更長。

4結論

(1) 基層類型和厚度對瀝青路面裂縫數目、裂縫分布發展規律均有影響，基層類型的影響遠大于基層厚度。

(2) 半剛性基層瀝青路面的裂縫數目、開裂面積及其發展速度均明顯大于剛性和柔性基層的。增加基層厚度可以減少半剛性基層瀝青路面裂縫數目和開裂面積，但對于剛性基層和柔性基層路面作用有限。

(3) 對于半剛性基層路面，加鋪短期內減少了裂縫數目和開裂面積，1~2年后，裂縫數目和開裂面積即開始迅速增加。而對于剛性基層瀝青路面，加鋪的作用效果可以延續2~3年，柔性基層瀝青路面時間則更長。

參考文獻

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Cracks Long-term Development Law of Asphalt Pavement with Different Base Types

GaoLingling1，ZhangYancong2

(1.Shanxi Conservancy Technical College, Yuncheng 044004, China；

2.Shanxi Provincial Research Institute of Communication, Taiyuan 030006, China)

Abstract：In order to determine the effect of base structures on cracks long-term development law of asphalt pavement, the number and distribution of cracks of six test freeways in Shanxi province were investigated. It contains three base types (flexible base, semi-rigid base and rigid base) and two base thicknesses (50cm and 55cm). The investigating time was four years after construction and four years after overlay. The results showed that: number, area and development speed of asphalt pavement with semi-rigid base were significantly bigger than pavement with flexible base and rigid base. Increasing thickness of semi-rigid base can reduce the number and area of cracks, but it was limited for rigid and flexible base. Cracks development law of pavement after overlay was similar to new pavement. Overlay is more valuable for pavement with flexible base.

Key words:road engineering; asphalt pavement; cracks; base; long-term performance

收稿日期：2015-02-27

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.025

*國家自然科學基金項目(51308329)；山西省自然科學基金項目(2013011027-1)資助