防反射裂縫措施在舊水泥砼路面瀝青加鋪層中的應用

祝瀟

摘要：公路作為一項基礎設施在社會生活中具有重要的作用，為了改善路面狀況、提高路面承載能力、延長公路的服務時間，需要在舊水泥砼路面加鋪瀝青層，但是由于環境因素及物質作用使得路面形成反射裂縫。文章對防反射裂縫措施在舊水泥砼路面瀝青加鋪層中的應用進行了探討。

關鍵詞：反射裂縫；舊水泥路面；瀝青加鋪層；防反射裂縫措施；公路建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：U416 文章編號：1009-2374（2016）23-0098-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.23.047

水泥砼路面是指以混凝土為主要材料做成的路面。該路面具有較大的剛度、較強的擴散荷載能力、較好的穩定性及較長的使用壽命等特性。正是由于水泥砼路面的這些特性，目前我國絕大部分地區采用的都是水泥砼路面。隨著經濟的不斷發展，我國陸路運輸業也逐漸發展起來。大幅度增加的運輸量和汽車載重量，使得過去修建的水泥砼路面遭到了嚴重的破壞，導致其性能下降，為道路行駛安全埋下了隱患，因此舊水泥砼道路的修補已經成為道路建設的重要問題之一。在水泥砼道路的修補措施中，加鋪瀝青層是主要措施之一。但是在舊的水泥砼路面的接縫、縫隙處加鋪瀝青層時，其上部的找面層會在短時間內出現對應裂縫，所以反射裂縫問題是舊水泥砼路面瀝青加鋪層中最關鍵的問題。

1 反射裂縫的產生及擴展分析

反射裂縫是指，為修補路面，在舊水泥砼路面上加鋪一層瀝青時，當水泥砼路面層位移產生的拉力超過瀝青層的抗拉度時，瀝青層所產生的裂縫。

1.1 原因分析

使水泥砼路面層發生位移的原因主要包括兩個方面，一般來講，水泥砼路面可以同時受兩種因素的影響，所以反射裂縫產生的原因既有可能是其中之一，又有可能是二者共同作用的結果。

1.1.1 外界環境溫度變化所引起的舊路面層水平伸縮。但在我國南方地區，氣溫較高，溫差較小，降溫速度比較緩慢。在這種環境下，瀝青路面不可能因為一次降溫而裂開。但是氣溫變化是呈周期性的，可能會出現在一天內升溫、降溫交替進行的過程，使得溫度應力的拉壓反復進行，就有可能導致瀝青層因溫度疲勞而開裂。但是在北方地區，特別是寒冷地區，產生低溫收縮的可能性要比南方地區大得多，因此溫度造成的反射裂縫現象更易出現。

1.1.2 車輛在經過路面接縫時會對加鋪的瀝青層產生連續的彎拉、剪切作用。當車輛行駛至接縫定面時，加鋪層主要承受的是彎拉應力；當車行駛至接縫或者裂縫一側時，板端會出現豎向位移差。

1.2 反射裂縫的擴展分析

按照斷裂力學的觀點，瀝青加鋪層反射裂縫的擴展過程可以分為三個階段：第一階段是起裂階段。是指由路面接縫或裂縫引起的；第二階段是穩定擴展階段。是指由外界環境溫度和重力作用引起的整個加鋪層的裂縫；第三階段是破裂階段。是指經過一段時間的運營后開始出現的裂縫。按照受力、位移特點可抽象為三種基本類型（如圖1所示）：張開型（a）、滑開型（b）和撕開型（c）。

2 反射裂縫帶的危害

瀝青鋪加層出現裂縫是道路狀況惡化的表現之一，其會影響公路的性能和耐用性。其產生的危害主要包括以下四點：

2.1 降低路面防水性

路面出現的裂縫，為路面表層的水深入公路內部提供了途徑，縮短了路面內部結構的使用年限。

2.2 對路基造成不平衡的壓力

由于裂縫的出現，導致了路面不連續，當車輛行駛至斷裂尖端時，會在斷裂處形成大于路基頂面的過大壓力。

2.3 導致路面應力增加和變形

由于行車荷載的作用，會使路面結構邊緣出現變形，從而縮短路面內部結構的使用壽命。

2.4 磨耗層剝裂

在荷載、溫度、濕度等因素的共同作用下，會導致磨耗層逐漸沿著裂縫沿著骨裂或者出現小塊瀝青脫落的狀況。

3 防反射裂縫措施分析

目前，應用于實際工程的防反射裂縫措施除了常用的增加瀝青加鋪層的厚度，提高瀝青質量和抗裂性能外，還采用了增加夾層和緩解層，吸收和消散裂縫尖端應力。本文主要從五個方面來分析防反射裂縫措施：

3.1 增加瀝青鋪加層厚度

增加瀝青鋪加層的厚度，可以通過增強路面結構的彎曲剛度來減少接縫或裂縫兩側由于重力作引起的反射裂縫。根據美國地瀝青協會的研究結果發現：每加厚1cm的瀝青加鋪層可以降低舊水泥砼路面2%的彎沉。同時由于瀝青鋪加層的加厚，也會使得水泥砼路面的溫度變化減少，從而降低由溫度變化所引起的應拉力。增加瀝青層的厚度在一定程度上可以防止和減緩反射裂縫的產生，但是這一措施也會產生明顯的缺點，例如路面超高、費用增大，此外在夏天高溫天氣瀝青路面容易產生車轍，所以綜合來看這一方法具有很大的局限性。

3.2 設置土工合成材料夾層

土工合成材料是指以人工合成的聚合物為原料，制成各種類型的產品，置于土體內部、表面或者各種土體之間，常見的有土工布、土工格、土工網等。土工合成材料夾層一般置于瀝青鋪加層和舊水泥砼路面表層之間。土工合成材料具有較強的變形能力，在水平上可承受較大的拉應力，但是在垂直方向上的抗彎沉和抗剪切力較低。土工合成材料在防止反射裂縫的作用主要表現在：第一，隔斷作用。使得瀝青加鋪層與舊水泥砼路面隔離開來，通過降低水泥砼路面接縫、裂縫的末端應拉力來減緩裂縫反應到瀝青路面的速度；第二，提高抗拉度。由于土工合成材料夾層具有一定的強度，可以承受一定的裂縫拉應力，這樣就間接地增強了鋪加的瀝青層的抗拉強度，緩解裂縫張開變形狀況的出現；第三，增強傳遞荷載的能力。將土工合成材料鋪于接縫上，可以使得當接縫一層承受荷載時，能夠將這一端的荷載傳遞至另一側，分散接縫處的承受荷載，從而減少彎沉差，降低荷載對裂縫產生剪應力。但是，由于土工合成材料的模量低、厚度薄，所以借助該材料來減少由于車輛荷載造成的外力作用不明顯，其于防反射裂縫的作用還是主要體現在減少由于溫度差異產生的反射裂縫上。

3.3 加設應力吸收夾層

通過在舊水泥砼和加鋪的瀝青層之間設置中間層來防止出現反射性裂縫，例如橡膠瀝青層、改性瀝青防水氈層、柔軟瀝青混凝土層等。此類夾層一般對于上下層都具有較好的粘黏性，由于其具有較強的抗變形能力，所以當面對上層傳來的應力時，可以形成一個緩沖層。通過比較可以看出，設置夾層和使用土木合成材料的機理是大致類似的。但是不一樣的是，由于夾層具有防滲水性，即使加鋪層出現斷裂，只要夾層沒有斷裂，就能防止水分的進一步滲。此外，從抗撕開型反射裂縫角度來講，應力吸收夾層要優于土工合成材料。

3.4 鋪設裂縫緩解層

目前采用的緩解層種類主要是大粒徑瀝青混合料裂縫緩解層。大粒徑瀝青混合料裂縫緩解層之所以能夠有效緩解水泥砼路面瀝青加鋪層的反射裂縫的原因主要在于：首先，大粒徑瀝青混合料裂縫緩解層的大粒礦粒多、空隙大，瀝青含量少的特性在一定程度上可以阻斷裂縫尖端的擴展路徑，削弱拉應力的同時也可以消散和吸收由于上文（1.1）所造成的應力。此外，大粒徑瀝青混合料裂縫緩解層有較強的變形能力，可以充分利用接縫處產生的應變能力，減少接縫處的應力作用，從而減緩反射裂縫向加鋪瀝青層的擴展速度；其次，一般來講，造成反射性裂縫的主要原因是外界環境溫度變化引起的。由于大粒徑瀝青混合料裂縫緩解層的厚度一般為8～12cm，一定厚度的緩解層可以改善舊水泥砼路面的溫度，減少了溫度變化對于加鋪層的影響；最后，從力學上來講，大粒徑瀝青混合料裂縫緩解層可以增強路面結構的強度，從而減少加鋪層表面的荷載力和接縫處兩側彎沉程度，有效地防止反射裂縫的產生與擴展。美國瀝青協會建議采用AM-75、AM-63、AM-50特粗粒徑作為大粒徑瀝青混合料裂縫緩解層的原料。2002年濟棗西線實驗路段采用AM-40特粗粒徑鋪筑，其級配范圍見表1。在這里要強調的是，在試驗段的鋪筑過程中，應該有監理工程師和施工單位共同參加。

表1

3.5 鋪筑級配碎石過渡層

此方法在加拿大、南非、我國的滬寧高速公路部分試驗段均已得到應用，結果證明此方法在防止反射裂縫方面效果良好級配碎石的散粒結構不僅能夠中斷拉應力的傳遞，而且能夠降低氣溫對于路面的影響，從而使溫度變化引起的張開型裂縫和由重力引起的撕開型裂縫減緩擴展。

4 結語

如何有效地修復舊水泥砼路面，目前尚沒有有效的評價機制可供參考。但是從當前國內外的經驗來看，在水泥砼表面加鋪瀝青層的方法最為常見。本文從反射裂縫產生的原因入手，主要分析了現有的防裂措施在水泥砼路面瀝青加鋪層中的應用，希望對于解決公路修復問題有所助益。

參考文獻

[1] 廖衛東.基于應力吸收層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結構與材料研究[D].武漢理工大學，2007.

[2] 黃國威.防反射裂縫措施在舊水泥砼路面瀝青加鋪層中的應用[J].公路與汽運，2014，12（2）.

[3] 張澤鵬，王釗.舊水泥路面瀝青加鋪層防反射裂縫措施的應用與分析[J].廣東公路交通，2014，6（30）.

（責任編輯：王 波）