半剛性基層瀝青路面裂縫成因分析及防治措施

劉海濤

（金昌市規(guī)劃建筑設(shè)計院， 金昌 737100）

0 引言

半剛性基層瀝青路面主要指將粉碎土、松散土或碎石等經(jīng)過相應(yīng)的材料如水泥、石灰等和水進行一定比例的配比，并經(jīng)過適當(dāng)程度的攪拌后形成混合材料，當(dāng)這種混合材料的抗壓強度達到一定級別并能滿足道路施工需求時，即形成無機結(jié)合料穩(wěn)定材料，用這種材料進行路面基層修筑而形成無機結(jié)合料穩(wěn)定材料基層，也就是我們常說的半剛性基層。

半剛性基層瀝青路面的使用由來已久，早在五十多年前，我國學(xué)者對半剛性基層材料的相關(guān)性能已經(jīng)開戰(zhàn)了廣泛的研究，如其強度的發(fā)展規(guī)律、強度機理等。由于這種路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、強度高，加上成本較低，在我國城市道路和高等級公路建設(shè)中取得了絕對性的應(yīng)用。

半剛性基層瀝青路面自身性能優(yōu)良，其平整度好的同時具有較高的強度，且使用周期較長，我國城市建設(shè)及高等公路中幾乎有超過95%的道路路面建設(shè)均采用了半剛性基層瀝青路面。隨著半剛性基層瀝青路面大量投入使用，其優(yōu)勢體現(xiàn)的同時也出現(xiàn)了諸多的問題，例如路面裂縫問題，路面裂縫是道路在長期使用中形成的，一旦產(chǎn)生，只會呈現(xiàn)越來越嚴重的趨勢，路面裂縫使得遇水進入到路面基層，從而影響路基的強度，大量的雨水沖刷加劇了路面裂縫的速度和程度，使得路面破壞更為嚴重直至影響路面的正常使用。故而，要對半剛性基層瀝青路面的裂縫問題引起重視，對其成因及防治措施進行深入的研究，找出相應(yīng)的預(yù)防措施，增加路面的使用年限。

1 裂縫成因分析

半剛性基層瀝青路面發(fā)生裂縫的原因很多，有的是受到氣候影響，極端的氣候使得路面開裂；有的是受到路面基層材料的影響，材料強度性能不夠，致使路面在正常使用中發(fā)生裂縫；有的是因為交通車輛過多，承載過量，使得路面因壓力過大而發(fā)生裂縫；有的也可能是因為施工不當(dāng)?shù)仍斐陕访媪芽p。總之，造成路面裂縫的因素很多，但總結(jié)下來可以分為兩類：第一類是荷載型裂縫，第二類是非荷載型裂縫。

1.1 荷載型裂縫

荷載型裂縫，簡言之就是路面荷載過重而造成的裂縫，一般主要是大型車輛過多、交通量過大導(dǎo)致的路面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而產(chǎn)生裂縫。荷載型裂縫屬于結(jié)構(gòu)性破壞，對路面基層有致命的影響。車輛經(jīng)過時，路面底部要承受車輛重量而產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果此時產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了路面底部材料的抗拉強度，那路面底部就會因拉應(yīng)力過大而發(fā)生開裂情況，一旦未及時檢出底部開裂，而同時大量的車輛通過，底部開裂就會蔓延到路面，造成路面的破壞。路面底部拉應(yīng)力大大小主要取決于其基層厚度、基層回彈模量及面層厚度等。

荷載型裂縫具有連接性，其裂縫大部分是相互連接的，而且涉及面積較廣，可能呈現(xiàn)成片的網(wǎng)狀裂縫。網(wǎng)狀裂縫的產(chǎn)生原因主要有以下兩個方面：一個方面是半剛性的基層強度不是很強時，如果路面上行駛重車，時間一長就會因為荷載過重產(chǎn)生網(wǎng)狀的裂縫。另一個方面是因為瀝青混合料中的瀝青隨著時間的推移，其性能也會不斷的降低。當(dāng)瀝青的粘結(jié)度不斷下降后，經(jīng)過氣候和水的多方作用，就很容易出現(xiàn)網(wǎng)狀的裂縫，這種裂縫也被稱作疲憊性裂縫。

荷載型裂縫產(chǎn)生的原因比較多，總的來說可以歸納為以下幾點：第一，在施工過程中沒有對相關(guān)材料進行充分的準備和處理，使得相關(guān)的材料沒有發(fā)揮固定作用，因強度不足而發(fā)生離析現(xiàn)象；第二，材料使用過程中沒得得到正確的設(shè)計，使得用于路面基層建設(shè)的材料級配不夠，無法承受路面過大的重量；第三，路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中存在缺陷，厚度不夠，使得路面承載力過低。

1.2 非荷載型裂縫

（1）溫度收縮裂縫

溫度收縮裂縫主要是低溫收縮和溫度疲勞，這兩種裂縫具有較大差別。半剛性基層的瀝青路面，較適應(yīng)高溫氣候，瀝青材料的應(yīng)力松弛性能不受高溫影響，而高溫情況下的日溫度變化對瀝青的正常應(yīng)力不產(chǎn)生過度的影響。溫度收縮裂縫主要是在高溫地區(qū)，由于長時間的日溫差變化，使得瀝青基層和路面一直重復(fù)高溫、低溫的變化，材料應(yīng)力產(chǎn)生疲勞而發(fā)生開裂。另外，瀝青路面由于一直產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)其應(yīng)力到達極限時，也會導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。

溫度收縮裂縫主要發(fā)生在氣候較為寒冷的地區(qū)，當(dāng)發(fā)生氣溫驟降情況時，瀝青表面溫度與基層溫度存在較大差別，此時路面溫度低于基層溫度，基層應(yīng)力較足，而路面氣溫較低使得應(yīng)力不足，當(dāng)路面材料出現(xiàn)強度不足時就難以應(yīng)對應(yīng)力，從而使得路面發(fā)生開裂情況。一旦低溫持續(xù)，裂縫的尖端就會使得應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中會造成裂縫越來越大，并逐漸蔓延到整個瀝青面層。我國北方半剛性基層瀝青路面的開裂主要是由于冬季與夏季氣溫差別過大而引發(fā)的溫度收縮裂縫。

半剛性基層瀝青路面的表層和基層由于厚度不同，會有較大的溫度差，而當(dāng)這兩者溫度差過大時也會引起應(yīng)力不足以抵抗拉力而出現(xiàn)路面裂縫的情況。

（2）干燥收縮裂縫

干燥收縮裂縫主要指半剛性瀝青路面所使用的材料中水分減少，使路面出現(xiàn)干縮，路面干縮后路面材料要產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力來抵抗干縮，而一旦抗應(yīng)力能力達到極限，隨后就會呈現(xiàn)遞減的狀態(tài)，抗應(yīng)力能力的不足直接導(dǎo)致路面開裂。干燥收縮裂縫產(chǎn)生的主要原因如下：半剛性基層瀝青在剛剛鋪設(shè)成型后沒有進行及時和適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護，或者養(yǎng)護過程中沒有使用瀝青進行封層，使得基層面長時間經(jīng)受高溫，瀝青路面在短時間內(nèi)承受過大的應(yīng)力，應(yīng)力與抗拉強度不對等而產(chǎn)生開裂。

半剛性基層瀝青路面的干燥收縮裂縫主要受到溫度的影響，當(dāng)基層與面層溫度不一致時發(fā)生溫度收縮而產(chǎn)生裂縫，另外，干燥收縮裂縫還受到結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料性能、施工工藝、車輛荷載等綜合因素的影響。

2 裂縫預(yù)防措施

2.1 設(shè)計方面

（1）準確預(yù)測設(shè)計年限內(nèi)的交通情況。

（2）選用干縮系數(shù)較小、抗拉強度高的半剛性材料做基層。

（3）通過4.75mm篩孔控制碎石和砂礫的級配，4.75mm篩孔含量應(yīng)控制在35%左右，通過0.075mm篩孔的含量應(yīng)控制在2%左右。

（4）水泥含量不應(yīng)過高，采用低標號且早期強度較低的水泥。

（5）選用針入度較大的瀝青或是改性瀝青等性能較好的優(yōu)質(zhì)瀝青做面層，以增強路面強度。

（6）嚴格控制瀝青面層的厚度，使得瀝青面層厚度能經(jīng)受溫度變化和承載變化帶來的影響，從而對半剛性基層瀝青的基層起到保護作用，不至于因路面溫度和承載過量導(dǎo)致基層發(fā)生干縮裂縫和溫度裂縫。

（7）在半剛性基層面鋪設(shè)相應(yīng)的土工合成材料，以提高基層的應(yīng)力能力，也可通過設(shè)置應(yīng)力吸收層改善基層的應(yīng)力能力。

3.2 施工方面

（1）對施工所用材料的級配進行嚴格控制和精準設(shè)計，使得材料的強度符合路面需求，不至于因路面承載過量而路面材料強度不足而產(chǎn)生裂縫。

（2）施工期間應(yīng)選擇合適的溫度，前文提到溫差過大會導(dǎo)致產(chǎn)生溫度收縮裂縫，故而在施工時要避免在溫度過高或過低的情況下進行，施工應(yīng)盡量選擇在低溫季節(jié)進行，當(dāng)夏季氣溫較高時，也可以選擇在夜間進行。

（3）在進行施工材料處理時，要對水泥的含量進行嚴格控制，施工材料配比過程中要將水泥含量控制在3%到6%之間，從而使得材料得到良好配比，實現(xiàn)最好的強度。

（4）施工過程中要對施工所采用的加水設(shè)備、加料設(shè)備進行保護和適當(dāng)控制，嚴格控制施工流程，使得各設(shè)備和材料能符合施工需求，避免因材料使用失誤而影響路面性能的發(fā)揮。

（5）嚴禁混合料中添加黏土，嚴格控制含泥量。

（6）對基層所用材料的級配進行重新選擇，可通過選擇相對較為粗糙的中粒徑集料，保證路面有一定的粗糙度，并且使得基層與瀝青面層更好的結(jié)合，增強路面強度，進一步避免裂縫的產(chǎn)生。

（7）施工過程中要保證相關(guān)施工車輛及運料車輛能在合適的距離，及時補充施工過程中的材料和水的空缺。

（8）攤鋪完成后應(yīng)及時碾壓，采用不少于2臺壓路機梯隊作業(yè)，碾壓完成后應(yīng)及時向基層表面灑水濕潤后用塑料薄膜覆蓋，薄膜厚度不宜小于1mm，至少養(yǎng)生7d以上，養(yǎng)生期間應(yīng)禁止車輛通行。養(yǎng)生結(jié)束后，要對表面進行清理，并灑少量等等待表面干燥后再將表面用水澆濕澆透，其瀝青含量（蒸發(fā)殘留物-殘留分）不小于60%。

（9）鋪設(shè)瀝青面層之前，要確保半剛性基層強度達到要求，一般是要達到設(shè)計強度的70%左右才能進行鋪設(shè)，此時如果在2.5MPa之上，可以通過預(yù)切縫的方式，減少溫度收縮所帶來的應(yīng)力變化。

3 結(jié)論

半剛性基層瀝青路面裂縫是瀝青路面最常見的病害形式，我們在以后的道路建設(shè)過程中應(yīng)該引起足夠的重視，并根據(jù)不同的裂縫成因，從設(shè)計初期直到施工結(jié)束，都應(yīng)該嚴把質(zhì)量關(guān)，最大限度地減少或消除可能影響半剛性基層瀝青路面開裂的因素，從而達到提高行車舒適性和道路美觀性，延遲道路使用壽命的目的。