半刚性基层沥青混凝土路面早期横向裂缝成因浅析

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摘要：公路建设中采用的半刚性基层沥青路面的早期横向裂缝问题广泛存在。在国、省道建设中广泛采用了水泥碎石、水泥粉煤灰碎石等半刚性基层，取得了良好的社会效益和经济效益，而且施工技术日趋完善。但是，随之而来的早期横向裂缝问题逐渐严重起来，笔者从不同角度对裂缝形成的因素进行了分析。

关键词：半刚性基层；横向裂缝； 成因；分析

1、概述

1.1相关概念

众所周知，采用无机结合料稳定土铺筑的能结成板体并具有一定抗弯强度的基层称为半刚性基层。横向裂缝是指垂直于路线方向的裂缝，而早期横向裂缝，是指在工程竣工前和竣工一年以内，主要由非荷载原因造成的横向裂缝。

1.2早期横向裂缝成因归纳

对于早期横向裂缝产生的原因，各方面已进行了一定程度的研究，归纳起来主要归因于施工和养护过程中没有严格按照规范要求实施，例如没有严格按照配合比施工，养护中没有及时的保水养生等问题。制定的防治措施也主要是集中在对施工质量的控制上。但是一些施工管理严格，养护到位的工程也出现了一定数量的早期横向裂缝，这说明早期横向裂缝的产生不能仅仅从施工方面寻找原因。

2早期横向裂缝的理论分析

2.1沥青面层温度收缩裂缝

沥青面层温度收缩裂缝从上向下开展，沥青混合料铺设在基层上面且与基层粘附在一起。当面层的温度随外界气温降低时，路面材料就会相应地产生收缩变形和收缩应力。如果由此产生的内部拉应力超过沥青混凝土本身的极限抗拉强度时，沥青混凝土就被拉裂。特别是沥青路面一般在一年中最热的季节施工，在冬季来临以后，其全年温差达到50℃以上。这种拉裂主要是由于作为胶结材料的沥青的低温性能不好，延度较低，导致沥青混合料的低温抗裂性能较差，从而引起的开裂。对于一定厚度的路面在低温作用下一般其表面温度比底面温度低，而形成温度梯度差因此，在某一气温条件下，路面上部与下部会产生较大的差动收缩应力，当上部拉应力达到或者超过沥青混凝土的极限抗拉应力时，即产生裂缝，然后逐渐向下扩展。

2.2基层干、温缩反射裂缝

基层反射裂缝是由半刚性基层的干缩和温缩而产生，并在荷载作用下逐渐反射到面层的裂缝。其中以干缩应变产生的裂缝为主。干缩的基本原理是由丁水的蒸发和混合料内部发生水化作用导致水分减少而发生的毛细管作用、吸附作用、分子间作用、材料矿物晶体或凝胶体间水的作用、碳化收缩作用等引起的体积收缩。由于基层处于沥青结构层下面，受到沥青面层的阻隔，存在一定的温度梯度，故外界降温对其产生的影响要比沥青面层小许多。

2.3路基变形反射裂缝

路基变形是产生早期横向裂缝的重要因素。路基和路面是一个共同承担交通荷载的结构总体，路而所能承受的变形能力是有限的。刚成型的路基是不稳定的，特别是在高填方、挖方排水不良地段、软上地段、边坡稳定性较差的路段等较容易出现。半刚性基层材料强度高、刚度大，土基表而的不均匀沉降和不均匀永久变形累积可使半刚性基层板体下处于脱空状态，受力条件是极为不利的。随着变形增大到基层底拉应力大于其极限抗拉应力时，裂缝不可避免，并逐渐向上发展反映至沥青面层。

3早期横向裂缝的实践成因

3.1水泥含量过高

水泥含量的不断提高，是导致水泥稳定半刚性基层早期横向裂缝的重要因素。半刚性基层作为柔性路面的主要受力层，承受着主要的荷载作用。随着我国最近几年交通量和交通荷载的不断增大，超载车辆的增多，从设计单位到业主在进行路面结构的设计和审查中倾向于提高基层的设计强度，采用设计规范中推荐的上限值，以此来延长公路的适用寿命，但这本身就使得水泥在混合料中的含量不断提高，并直接导致半刚性基层的干缩系数增大。施工单位有时为了保证基层一次性通过强度验收，避免返工，甚至自行增加水泥的含量，造成混合料中的水泥含量严重超出级配的合理范围和设计要求，基层收缩性增大，从而导致了早期横向裂缝的产生。在对一些路段调查中发现，在竣工仅半年的路面上出现了有规律的沥青面层横向裂缝，每20m左右就有一道横贯路面的裂缝。通过对某路段施工人员的询问，施工时的水泥含量甚至已经达到了6%-6.5%。

3.2路基含水量的变化

路基含水量的变化，是另一个导致水泥稳定半刚性基层早期横向裂缝的重要原因。由于半刚性基层的强度高刚性大，对于路基变形造成的承载力变化反应就比较明显。对于一些土膨胀性比较大的地区和地下水位较高，土壤含水量较高的地区，路基的设计高度对路面横向裂缝的产生有重要的影响。按照以往的设计观点，对于路基低洼的地区或者尽量抬高设计标高，降低地下水对路基的影响，一般路床要高出原地面1m以上，或者在路基底层铺筑一层40-50cm的块（片）石垫层，作为路基的持力层并避免水分对路基填土的影响。对于第一种情况，由于路基的填土过高，碾压时处在最佳含水量附近的路基土随时间的推移，水分不断减少，含水量不断降低形成路基横向裂缝并反射到沥青面层。第二种情况下，在对原地面进行清表、填前压实、去除软土层等工序后，40-50cm的块（片）石垫层无法达到原地面高度，当地下水位或过湿土壤超过垫层后，就无法很好的阻断毛细作用对垫层上土方路基的影响，随着枯水期一丰水期一枯水期的循环作用，土方路基也会很快产生横向裂缝并影响到沥青面层。

处理这类问题的根本在于保持路基土含水量的稳定（在不考虑冻土因素的前提下），而不是一味的要求路基土不受地下水的影响。针对于此，在地表位置设置20-30cm一层砂砾或碎石垫层可以有效的防止毛细作用对路基的影响，传统的考虑一层低剂量石灰处理的路基，效果是不理想的。当然这种措施会在一定程度上提高工程的造价，如果工程投资较小，可以降低路基的设计标高，让建成的路面略高于原底面标高，这样可以保持路基土中含水量的相对稳定，达到降低路基干缩率的目的。

3.3基层含水量的变化水泥稳定半刚性基层中水分含量的变化，是导致自身早期横向裂缝的第三个重要因素。水泥稳定基层中水泥自身的水化反应，产生出具有胶结能力的水化产物，这是水泥稳定材料强度的主要来源。

另外在基层施工中由于拌和、运料、摊铺等过程需要一定的时间，水分的蒸发和丢失是必然的。所以在整个半刚性基层的施工过程存在很大的不确定性，不同的施工季节、施工时间、施工方法造成的水分的损失是不同的甚至差别较大。施工单位往往担心水分的蒸发和丢失影响半刚性基层强度的形成，在具体的实践操作中经常在拌和过程中过度提高混合料的含水量，结果在基层碾压成型时的含水量过度大于试验要求的最佳含水量。从有关试验看，半刚性基层当碾压时含水量小于最佳含水量时，总干缩应变增大幅度较小，这是由于在含水量较小的情况下，加人的水几乎全部作为结合料水化所需的水参与到加固稳定过程中，水化后剩余的自由水数量较少。因而在环境变化时，产生的失水对干缩应变影响就较小；而当制件的含水量大于最佳含水量时，多余的水分几乎全部变成了重力水、毛细管孔中的水以及自由水，这部分的水分一方面容易蒸发散失，引起混合料内部体系状态的变化，另一方面还易导致混合料内部孔隙率过大，使材料的干缩应变急剧增加。基于此，在施工完成后由于水分的丢失造成的基层早期横向裂缝将不可避免。

4结语

以上因素，设计和施工时往往不太重视或由于种种原因而无法控制，却是造成水泥稳定半刚性基层早期横向裂缝产生的重要原因。因此工程建设部门要加以重视，采取相应措施，减少早期裂缝的产生。