半刚性基层上沥青路面病害形成原因和对应措施

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摘要:结合山东省国道206线莱州段沥青路面损坏，对沥青路面病害发生的原因、预防措施和病害处理措施进行探讨。

关键词：沥青路面病害 病害预防

一、国道206莱州段现状

国道206莱州段路线全长66.3Km，于2007年建设，双向4车道，行车速度为100公里/小时，设计洪水频率为1/100。全线路基宽26m，标准一级公路标准横断面形式。

国道206莱州段为在早期旧国道206基础上进行半幅加宽、局部改建，形成路基。

二、病害现状

在竣工通车后，该公路上交通量较大，超载车大量存在，个别车辆单车重量在100吨以上。超载车是目前公路路面破坏的主要因素。从调查可明显看出，病害主要集中在潍坊方向车道上，主要为裂缝、网裂、龟裂、坑槽、唧浆等病害。

按照我国《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ 073.2-2001)中对于裂缝的划分，裂缝按照外观可划分为横向裂缝、纵向裂缝、龟裂以及不规则裂缝。除次之外还有其他的划分方法，如按成因可划分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝，按扩展过程又可分为又下而上的反射裂缝和又上又下的下延裂缝。本文以规范中按照外观的分法，加以叙述。

三、病害种类及成因分析

1.横向裂缝

横向裂缝一般与道路中线近于垂直，间伴少量支缝。最初多出现于道路的两侧，逐渐向路中央发展形成贯通整幅路面的裂缝。

横向裂缝的影响因素主要表现在以下三个方面：材料方面，表现为材料本身的应力松弛性能；结构方面，连续板体对收缩变形的约束作用；环境方面，低温及降温速率。

按照成因又可划分为温缩裂缝和半刚性路面的反射裂缝。

1.1温缩裂缝

温缩裂缝细分为一次性降温引起的低温开裂和温度反复作用引起的疲劳开裂。低温开裂是指低温时，沥青劲度模量增大，沥青变脆，沥青混凝土应力松弛不能适应温度应力的增长，温度下降产生的应力超过混凝土的极限抗拉强度而使沥青路面产生开裂，这种开裂一般首先出现在路表，是路表裂缝的一种，并随着温度应力的持续作用向面层下部扩展。由于温度引起的疲劳开裂是指温度反复升降产生温度疲劳应力，使混合料抗拉极限变小，劲度模量增高，应力松弛性能下降而开裂，并随路面使用年限增多而增加。

总的来说，温度裂缝在外观上多表现为路表等距离的横向裂缝，距离因路面不同从几米到几十米。这种裂缝一旦产生，使路面进一步被破坏。

因为路面结构具有厚度，在面层内便会形成温度剃度，当在无约束条件下时，路面便产生形变，由于基层对于面层的粘结和摩阻力作用，便会在面层顶部形成拉应力，同时又由于沥青路面是直接暴露在野外的工程构造物，面层材料直接接触紫外线、氧气、水分等的作用，老化最严重，加之行车荷载的剪切力作用，使的沥青路面的温缩裂缝最早产生于沥青路面表层。

1.2反射裂缝

反射裂缝是半刚性基层沥青路面所比较普遍的一种裂缝形式，普遍认为这种裂缝不能避免，只能采取措施降低其危害。

半刚性路面有着较高的路面承载力，较好的水稳定性，成板性高的特点，但也有其不可避免的缺点会产生温缩和干缩裂缝，加之路面在车辆荷载作用下在基层产生的疲劳开裂，沥青路面底层便会在开裂处附近产生应力集中，在交通荷载作用下的主拉应力和温度变化引起的拉应力的综合作用下，使沥青面层在开裂处向上发展最终贯穿整个沥青路面。

2.纵向裂缝

纵向裂缝表现为与道路中线大致平行的长直裂缝，有时伴有少量支缝。由于路基不均匀沉降引起的纵缝，通常断断续续，绵延很长；由于施工搭接不良引起的纵缝，其形态特征是长且直；由结构承载力不足引起的纵缝多出现在靠近路基边坡一侧的路面边缘。

2.1压实不均匀

这种情况多见于改建公路，主要是由于填土未压实或两侧密实度不均匀，在行车荷载作用下形成不均匀沉陷并进一步发展成纵向裂缝。

2.2改扩建新旧路面衔接不当

改建公路中新、老路段衔接处理不当，造成不均匀沉陷或滑坡而形成裂缝。

2.3路基湿软、承载力不足

路基加固处理不当，路基边缘浸水，导致路基湿软、承载力不足，形成啃边，有时也会导致路面边缘的纵向裂缝。

2.4沥青路面施工原因

沥青混合料摊铺时由于纵向裂缝处理不当而造成路面早期渗水或由于压实未达到要求，在行车作用下在纵向接缝处形成纵向裂缝；

2.5沥青质量原因

沥青作为沥青混合料的胶结材料，对混合料的抗裂性起着重要的作用。沥青本身延度偏小或者由于老化后沥青变脆，含蜡量偏高等原因，均会降低沥青混合料的抗裂性能。由于路面沥青老化，沥青混合料的自愈能力逐渐丧失，极限拉伸应变不断减小，在车辆荷载直接作用下，在轮迹部位产生大的拉应力或剪应力，导致路面开裂。

3.车辙裂缝

轮迹带的边缘与车辙同时发生的纵向裂缝，是表面裂缝的一种。该种裂缝为由于车辆荷载作用，在行车道形成车辙，沥青路面由于变形，产生的应力超过沥青混凝土的极限抗拉强度而使沥青路面产生开裂。

4.龟裂

龟裂表现为相互交错的裂缝将路面分割成形似龟纹的多边形小块，随着行车荷载重复作用次数的增加，平行的纵缝之间出现了横向或斜向连接缝，形成了多边的锐角的网状裂缝。

5.不规则裂缝

不规则裂缝表现为多条裂缝以不规定角度相互交叉，在行车荷载及自然条件作用下逐渐发展并相互连接贯通，一般块度较大。

总的来说，产生沥青路面裂缝的原因有很多，对同一条裂缝的产生很大程度上并不是由某种单一的原因引起，而是由多种原因综合影响下逐渐产生并扩展的，如一条横向裂缝有不仅仅是由于半刚性基层反射引起的裂缝，同时还有可能受到温度下降影响。在路面实际调查中应该充分分析各种可能的原因，全面综合考虑各种原因的影响，找出其中主要的原因并释以相应的处理对策，有的放矢，才是上策。

裂缝在车辆荷载和雨水作用下，基层细料在冲击力作用下唧浆从裂缝中喷出，逐渐形成坑槽。

四)沥青路面裂缝预防措施

沥青路面裂缝的预防措施归纳起来可分为以下四个方面：材料选择、道路结构设计、基层预开裂技术。以下分别加以说明。

1材料选择

沥青路面的开裂，根据开裂处材料的不同，可分为三种：沥青本身被拉裂，沥青和石料接触面被拉裂及石料被拉裂。一般最常见的是前两种情况，因此在材料选择时，可选用劲度模量低，温度敏感性低的沥青；而沥青和石料接触面处被拉开裂多是由于沥青与石料粘附性不好而产生，因此可选择表面粗糙，与沥青粘附性好的石料，避免使用酸性石料，有条件时应该选择添加抗剥落剂改善粘附性。 沥青材料的抗裂能力主要取决于骨料特性、沥青剂量和粘结特性。骨料通过其膨胀系数(对温度变化的敏感性)和粘结剂的结合质量(粘结性)起作用。然而，粘结性在材料抗裂中起主导作用。但是为保证抗车辙和抗滑能力，必须限制地选择粘结剂。

2道路结构设计

2.1采用柔性基层

因为柔性基层具有很强的柔性和变形能力，同时可起到应力消散作用，可以有效地减少路面结构的应力集中现象，因此可有效降低半刚性基层的开裂和温缩裂缝的综合作用。

2.2应力吸收层

应力吸收层是指在基层与面层之间设置薄层封层，起到吸收尖端应力，延缓开裂的目的。国内外研究主要集中在低弹性模量、高韧性的材料开发上。目前常用的有稀浆封层、碎石封层、同步碎石封层、橡胶沥青封层、纤维封层等。

2.3加铺土工织物或格栅

土工织物包括包括聚丙烯或聚醋织物和聚乙烯、聚丙烯或聚醋无纺织物，厚度不超过几毫米。无纺织物夹层的主要作用与应力吸收薄膜相似。

2.4配合比设计

沥青作为沥青混凝土路面的主要胶结材料，对抗裂起着重要作用，采用密级配并适当增加沥青用量的方法可减缓裂缝的产生。但这样做同时会降低路面抗高温变形能力，因此必须考虑混合料的高、低温性能，综合设计。

3.基层预开裂

基层预开裂是指在半刚性基层上按一定间距一定深度设置预锯缝，缝内灌注沥青等粘结材料，其上加铺土工织物或格栅，再在其上铺筑沥青面层。起作用机理是通过锯缝改善基层约束条件，从一定程度上释放温度应力来达到防裂的目的，土工布即起到防渗作用，又缓解应力集中，从而延缓或消除反射裂缝的产生。

结语：

路面设计是一项系统、复杂的工程。加上目前超载车辆较多，在设计中需要注意的问题很多。需要在设计中进行专题研究、讨论。对应不同功能的道路进行专门的设计。

参考文献：

(1)公路沥青路面养护技术规范 JTJ073.2-2001

(2)公路沥青路面设计规范JTG D50-2006

(3)岳福青，杨春风，魏连雨，半刚性基层沥青路面反射裂缝形成扩展机理与防治，2004年第1期，河北工业大学学报

(4)沈金安 沥青及沥青混合料路用性能 人民交通出版社