談瀝青路面裂縫形成原因及防治措施

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［摘要］基于瀝青路面裂縫的類型，分析了瀝青路面開裂的原因，主要有荷載因素、溫度因素、基層反射裂縫、施工因素等。同時，提出了瀝青路面裂縫的防治措施，對有效解決瀝青路面的開裂具有一定的指導作用。

［關鍵詞］道路工程；裂縫；瀝青路面；防治措施

引言

瀝青路面具有表面平整、無接縫、承載能力高等特點，且車輛在行駛過程中振動小、噪音低。因此，其在我國公路建設中被廣泛使用[1]。與此同時，半剛性基層瀝青路面的結構層容易形成裂縫，且隨著時間的推移，這些裂縫逐漸擴展，發(fā)展成破壞性更大的深層裂縫，導致瀝青路面在建成不到5年的時間里，就面臨著大修或是重建，對于國家經濟方面造成了巨大損失。道路結構開裂后，一方面行車的舒適性大大降低，另一方面，地面流水一旦進入裂縫結構，容易滲入道路路基中，路基將會破壞，且難以養(yǎng)護維修；此外，路面結構層出現裂縫病害以后，瀝青路面的整體性被破壞，其抵抗車輛荷載的能力將大大削弱，路面結構會形成更加嚴重的病害，徹底失去承載能力。本文針對瀝青路面的裂縫進行分類，并從開裂的原因方面入手，探究防治瀝青路面開裂的技術途徑。

1瀝青路面裂縫分類和原因分析

半剛性基層瀝青路面的開裂，在外觀上表現出三種類型，分別是垂直于行車方向的橫向裂縫、沿著行車方向破壞的縱向裂縫、橫縫和縱縫互相交錯演變成的網狀裂縫。沿著裂縫的豎向開裂方向，可以將裂縫分為兩類，分別是從路表面逐漸向下擴展的裂縫和從路基或基層開始向上延伸的裂縫。就其形成裂縫的原因來分類，可以分成由行車荷載造成的荷載型裂縫、受溫度影響形成的溫度裂縫和道路不同結構層相互影響形成的反射裂縫三類。綜上所述，瀝青路面的裂縫的分類方法和類型有很多，而造成瀝青路面形成裂縫的因素可以歸納為以下幾種，分別為荷載因素、溫度因素、裂縫反射因素、施工因素，且造成路面的裂縫病害，不是上述所講的某一單一因素，常常是幾種因素互相作用所造成的[2]。斷裂力學中，最基本的斷裂有Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型這三種類型。這三種類型中，Ⅰ型斷裂形式或者稱為張開型斷裂形式，是三種斷裂類型中最廣泛，同時也是最危險的。Ⅱ型斷裂形式，也可以稱為滑移型斷裂形式，它所形成的原理是裂縫尖端的剪切應力，造成裂縫的兩邊在剪力方向互相錯動滑移，最終形成Ⅱ型斷裂。最后一種形式，我們稱為撕裂型斷裂，該斷裂模式和前兩者的斷裂原理不一致，但也有相似的地方，我們可以發(fā)現Ⅲ型同時具有Ⅰ型的張開破壞，也具有Ⅱ型的剪切破壞。在道路結構中，不僅有這三種斷裂方式，還有復合型裂縫的存在，即包含了Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型斷裂中的兩種或是三種破壞共存的形式。在道路結構中，裂縫的開裂位置，存在于整個結構層中，即路基層、基層、面層中均有可能形成裂縫。面層材料的裂縫，主要原因是溫度變化、汽車作用及基層面的裂縫向上反射幾種因素互相作用產生的?；鶎硬牧系拈_裂，是因為半剛性材料熱脹冷縮和失水收縮而形成的，且該裂縫一旦出現難以維修。而路基結構的裂縫，主要是由于施工過程的不規(guī)范，或是超載車輛的行駛造成的，路基裂縫是危害最大且維護難度最大的一種。此外，路基裂縫和基層裂縫是可以相互反射的，且基層裂縫可以反射到路面面層。下面將從荷載、溫度、反射、設計施工這四個因素出發(fā)，來進一步研究造成半剛性基層瀝青路面裂縫的原因。

1.1荷載因素

車輛靜止時，對于路面的作用力是豎直向下的；在啟動和制動過程中，對于路面的作用力，不僅有豎向力也有橫向的推擠力；在行駛過程中，還是一種半正弦的振動力。路面結構在汽車荷載的不斷作用下，將出現疲勞損壞。這種疲勞損壞是一直存在且能夠不斷累積的，當達到一定程度時，超過了路面材料拉應力，那么材料就出現了裂縫。且這種裂縫大量存在于基層和面層中，隨著時間的推移，這些裂縫將逐漸擴展，最終貫穿整個路面結構，造成永久性的破壞[3]。

1.2溫度因素

溫度因素所造成的的裂縫，我們稱為溫度型裂縫，主要分為兩大類。一類是由于瀝青的低溫性能較差，在冬季溫度較低的情況下，瀝青層中的溫縮應力非常大，超過了該材料的抗拉強度所形成的低溫收縮型裂縫。另外一類溫度裂縫，大多存在于一些每日氣溫變化差異很大的地區(qū)。瀝青材料在白天，經歷溫度從低到高的逐漸變化，材料受熱膨脹；而到晚上，溫度由高到低逐漸變化，材料受冷而收縮。溫度應力的存在，造成與荷載因素同樣原理的疲勞破壞，最終瀝青路面形成裂縫，這類裂縫我們稱為溫度疲勞裂縫。

1.3基層反射裂縫

傳統意義上的反射裂縫，一般在路面白改黑工程中發(fā)生，是指舊水泥路面加鋪瀝青層時，如果原有路面的裂縫病害未修復，那么在這些裂縫對應位置，基于應力強度因子理論，瀝青路面也會逐漸開裂破壞。反射裂縫的類型，可以總結為如下兩大類。舊水泥混凝土路面補強時常在原有結構上加鋪一層瀝青罩面，而舊水泥路面存在裂縫和接縫，瀝青罩面層在對應這些位置上會產生裂縫，這種裂縫稱為反射裂縫。反射裂縫又可以分為以下兩種。（1）交通荷載型反射裂縫瀝青表面層對應半剛性基層材料的裂縫位置，由于裂縫尖端應用強度因子無限大，會形成應力集中。在汽車荷載的反復作用下，瀝青面層內損傷逐漸積累，達到瀝青路面的極限抗拉強度，最終在下面層處出現裂縫，而后逐漸向上擴展至路表面。（2）溫縮型反射裂縫和交通荷載型反射裂縫類似，在環(huán)境溫度降低時，瀝青面層會產生溫度收縮應力，尤其時是在對應基層裂縫位置，存在應力集中，在溫度收縮應力的重復作用下，最終演變成反射裂縫，而后逐漸向上擴展。

1.4設計施工因素

設計施工因素對于瀝青路面裂縫的影響是全方位的，貫穿于整個施工階段[4]。路面結構在設計中，如果瀝青層厚度過小，抑或是材料彈性模量過大，都容易造成裂縫的產生。而在施工階段，瀝青路面的各個結構層施工，都離不開壓路機的壓實。在壓實過程中，路基和基層內部會產生大量的微裂縫，這些微裂縫在起初影響不大，但是在汽車荷載和溫度荷載的耦合作用下，微裂縫會逐漸發(fā)展成宏觀裂縫，且基層裂縫和路基裂縫能夠相互擴展，造成進一步的危害。尤其是當裂縫形成后，雨水也會進入路面結構層，將對道路形成毀滅性的病害。因此，在瀝青路面的設計和施工階段，對于瀝青路面的質量控制尤為重要。

2防治瀝青路面裂縫對策分析

2.1做好施工組織和質量控制

應根據項目實際情況進行科學決策，確定合理工期，避免盲目趕工。協調組織好設計單位、施工單位、監(jiān)理單位的工作，確保各單位、各環(huán)節(jié)的工作質量。此外，對于施工過程中的每個環(huán)節(jié)，要層層把關嚴格控制，從而保證公路建設的質量過關。尤其是瀝青路面面層的施工，應嚴格控制好混合料運輸、壓實、檢驗等過程，盡可能避免因混合料的離析或不均勻性造成路面結構產生微裂縫。

2.2加強瀝青路面養(yǎng)護管理

路面結構在建設初期就出現了大量病害，達不到設計所要求的的服務水平，對社會造成了不良影響，這其中很大一部分原因是不重視瀝青路面的預防性養(yǎng)護。對于路面初期形成的微小裂縫沒有采取措施，以至于裂縫逐漸擴展，影響道路的使用壽命[5]。裂縫填補是處理瀝青路面裂縫的常用措施，包括嵌縫條封縫、瀝青灌縫膠灌縫、壁可注入法等措施。此方法能夠有效填補裂縫，防止地面水的進入裂縫，導致路面結構開裂擴展，避免造成更加嚴重的水損害，從而延長道路的使用壽命[6]。此外，相關研究表明，含裂縫道路的壽命，受車輛荷載作用影響較大[7]。車輛的超載運輸，使道路結構中的裂縫加速擴展，大大降低道路的使用壽命，因此，必須要嚴格控制道路運輸中汽車的超載行駛，是提升道路結構壽命的有效手段。

2.3積極開發(fā)新材料、新結構

瀝青材料對于瀝青路面的影響較大，優(yōu)質的瀝青可以提高瀝青路面的抗裂性能，應積極研究低蠟含量的優(yōu)質瀝青。瀝青路面具有較好的使用性能，應注重路面結構的合理設計，可適當加大瀝青層的厚度，能有效延緩瀝青路面裂縫的擴展行為。同時，在路面結構層中可設置各種類型的應力吸收層和設置土工織物層，以消除應力集中，避免反射裂縫的產生。此外，由于瀝青材料的種類逐漸增多，路面層間結構連接也不盡相同，因此采用傳統方法預估瀝青路面的壽命已經不太適用，因而有必要開發(fā)新方法來分析瀝青混合料性能，從而可較準確地預估瀝青路面結構使用壽命。

2.4預裂技術

半剛性基層材料是一種水硬性材料，它具有較高的強度和粘性，此外，半剛性基層材料有很高的溫度敏感性，因此非常容易形成溫度裂縫及反射裂縫。為了避免或延緩反射裂縫的擴展，可以預先在半剛性基層結構中預先制造出規(guī)則間距的裂縫，這樣使它比自然裂縫更細且變形量更小，從而避免裂縫間斷的快速擴展或大大延緩半剛性基層裂縫擴展至貫穿面層，這種技術稱為預裂技術或預切縫技術。對基層結構材料進行預切縫處理后，要及時將切縫填補起來，并鋪設一定寬度的條帶狀土工布。預裂的施工方法，雖然在溫度和車輛荷載的共同作用下，基層裂縫還有可能反射到面層中，但形成的反射裂縫形狀規(guī)則且均布，不容易形成坑槽或者網狀裂縫，就算是在道路結構使用后期形成了較嚴重的病害，也更容易修復。相比預裂技術，道路結構自然或汽車荷載作用造成的開裂，影響較大，且一旦發(fā)展成嚴重病害，修復起來也非常困難。

3結束語

筆者針對瀝青路面結構中的裂縫問題，從裂縫類型及開裂原因進行了分析，并且提出了防治瀝青路面開裂的措施，得出以下結論。（1）瀝青路面開裂的主要因素有荷載因素、氣候因素、基層反射裂縫、施工因素等，這幾個因素相互作用，造成了瀝青路面的開裂。（2）嚴格控制瀝青路面的施工過程，把控好混合料的運輸、壓實、檢驗等過程，避免因施工不當而造成路面結構產生早期的微裂縫。（3）注重瀝青路面的養(yǎng)護管理，及時修復路面的微小裂縫，避免因裂縫的逐漸擴展，影響道路的使用壽命。（4）瀝青路面承受動態(tài)荷載后所表現出的力學特性，用靜力學理論已經不足以解釋。所以，基于裂縫的動態(tài)擴展理論，對于瀝青路面設計理論的完善具有指導意義。

參考文獻

[1]鄧學鈞，黃曉明.路面設計原理與方法[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]王虎.瀝青路面高性能裂縫處治材料研發(fā)及應用[D].重慶：重慶交通大學，2019.

[3]張紅春.半剛性基層瀝青路面綜合抗裂技術研究[D].西安：長安大學，2008.

[4]葛輝.含裂縫體瀝青路面動力響應特性研究[D].南京：南京林業(yè)大學，2016.

[5]劉可新.瀝青路面開裂原因分析[J].民營科技，2013（4）：264.

[6]塔來提•熱布卡提.瀝青路面預防性養(yǎng)護技術在新疆公路養(yǎng)護實踐中的應用研究[D].西安：長安大學，2019.

[7]葛輝，王宏暢.動荷載作用下瀝青路面基層底裂縫擴展研究[J].林業(yè)科技開發(fā)，2016，1（4）：177-182.

[8]朱登元，姚占勇.含裂縫瀝青路面結構輪載響應分析[J].山東大學學報，2013，43（4）：74-79.

作者：葛輝 馬海琴 單位：蘇州建設交通高等職業(yè)技術學校