沥青路面的裂缝形式与原因分析

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【摘 要】沥青路面裂缝是公路设计、施工、管理人员心目中的通病。结合工程实例对沥青裂缝的形成特点及裂缝形式进行观察研究，对裂缝产生的原因进行分析，并对现有的裂缝成因理论提出了一些不同的看法。

【关键词】沥青路面；裂缝形式；理论分析

0 前言

沥青路面裂缝的产生和沥青路面的出现与生俱来，在我国几乎每一条沥青路面都存在路面裂缝。国外的公路建设史也说明了这一点。自国外20世纪60年代开始大规模采用沥青路面以来，公路路面裂缝一直就是国内外公路工作者们困绕和研究、探讨的难题。但直至目前为止，路面裂缝的产生和发展也没有完全控制住。从各方面外籍文献来看[1]，国外沥青路面也存在路面裂缝这一普遍的路面病害，只是国外路面裂缝产生的时间比国内要晚，单位面积的裂缝率要低一些而已。

1 沥青路面裂缝产生的特点

沥青路面裂缝是公路常见病害。总体来讲，我国路面裂缝产生情况有以下几大特点：

1）高速公路路面裂缝出现时间较一般公路出现时间迟，单位面积裂缝率较一般公路少。如：宁宿徐高速公路宿迁段（基本没有裂缝）与S324线宿迁北绕城段、S325线41K-48K宿迁南绕城段（平均15米一条裂缝）。

2）交通量大、载重汽车通过较多的公路比交通量少、客运车辆较多的公路出现裂缝较早，单位面积裂缝率较一般公路多。如：京沪高速江苏段与宁宿徐高速公路：京沪高速江苏段车辆来往繁忙，且大多为载货重型汽车，公路始终处于繁重的车载状态，此段公路自通车第三年路面裂缝开始大量产生，第四年有路面坑塘产生，个别路段出现了翻浆现象。

3）在同等交通量的情况下，昼夜温差、季节温差较大的地区，公路出现路面裂缝的时间较温差变化不大的地区要短，单位面积裂缝率较一般公路多。如：新疆至天山段高速公路（建成通车不到3年，平均20米一条横向裂缝）与宁宿徐高速公路宿迁段（建成通车4年，基本没有裂缝）。

4）高填土路段、特殊路基段路面裂缝出现较早，单位面积裂缝率较一般路段较多。如：S324线南外环与S325线49K-52K南外环张庄互通段（张庄互通段为高填土路段）、S249线27K―41K段与S249线42K―54K（S249线27K―41K为膨胀土路段），后者比前者出现裂缝的时间要早，裂缝的发展速度和范围要快、要广。

2 沥青路面裂缝的表现形式

沥青路面出现的裂缝按照其表现形式不同可以分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种。沥青路面裂缝按照其成因[2-3]，分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝。非荷载型裂缝又分为沥青面层缩裂和基层反射裂缝。如图2、图3、图7。

荷载型裂缝 主要是由于车辆荷载作用而产生的裂缝。在车轮荷载作用下，半刚性基层底部产生拉应力，当拉应力大于半刚性基层底部的抗拉强度时，则底部就很快开裂。在荷载反复作用下，裂缝逐渐扩展到沥青面层。如图2、图4、图5。

非荷载型裂缝：由于沥青面层本身产生的温度裂缝，温度裂缝主要为横向裂缝，有时贯穿全幅。由于半刚性基层产生的反射裂缝及对应裂缝，造成路面层开裂。如图1、图3所示，由于半刚性基层的温缩、干缩引起的开裂反射形成裂缝或由于路基稳定性不足导致的路面沉降裂缝。

网状裂缝主要是由于路面整体强度不够，其形成原因有可能是路面结构设计不合理，路基路面压实度不足，路面材料配比不当或未搅拌均匀，也有可能是因为路面横向和纵向裂缝未及时进行维护和修理，致使水分渗入下层，形成网状裂缝。如图5、图7。

其中，路面的横向裂缝和纵向裂缝是路面裂缝的主要表现形式，也是路面病害的最初主要表现形式。如图6 。

3 裂缝产生的原因分析

3.1 相关观点

3.1.1 反射裂缝论

二灰碎石、水泥稳定碎石基层的高等级路面竣工后出现的裂缝，是因为半刚性基层裂缝产生反射到沥青路面导致路面裂缝的产生。造成沥青路面裂缝的原因是因为半刚性基层因为其自身特点出现导致基层出现化学收缩、温度收缩、干湿收缩。

半刚性材料温缩与干缩裂缝产生的机理[4]：半刚性材料是由固相（组成其空间骨架原材料的颗粒和其间的胶结物）、液相（存在于固相表面与空隙中的水和水溶液）和气相（存在于空隙中的气体）组成，所以，半刚性材料的外观胀缩性是三相的不同温度收缩性综合效应的结果。一般气相大部分与大气贯通，在综合效应中影响较小，可以忽略。原材料中砂粒以上颗粒的温度收缩性较小，粉粒以下的颗粒温度收缩性较大。 半刚性材料温度收缩性的大小与结合料类型和剂量、被稳定材料的类别、粒料含量、龄期等有关。半刚性材料基层一般在高温季节修建，成型初期基层内部含水量大，且尚未被沥青面层封闭，基层内部水分必然要蒸发，从而发生由表及里的干燥收缩。同时，环境温度也存在昼夜温度差，因此，修建初期的半刚性基层同时受到干燥收缩和温度收缩的综合作用，必须控制修建时的最低温度以强度的增长抵抗干缩和温缩的影响，来减少或避免裂缝，同时还必须注意养生保护。

这种观点[4]认为施工期间的气温（尤其是初春气温不定）因素是水泥稳定碎石、二灰稳定碎石半刚性路面基层产生裂缝的主要原因；只要合理地控制施工现场最低气温就能有效减少路面裂缝。最低施工温度最好控制在8℃以上，只有这样才能有效地避免或减少由于温度影响的缩裂，从 而避免唧泥、坑槽等各种病害，以延长路面的使用寿命。

3.1.2 温度收缩论

沥青路面可能由于3方面因素的单独或共同作用而产生低温横向断裂破坏。

1）一次降温引起的温缩断裂；

2）日温差反复作用引起的温度疲劳断裂；

3）行车荷载的协同作用。

其中，一次降温温缩断裂是沥青路面低温断裂最主要的损坏机理。

沥青路面的温度随气温下降而降低，但不同深度处的温度降低幅度不同，由此在沥青层内产生温度梯度。据观测，温度梯度随日最低气温的降低而增大。沥青的劲度随温度降低而迅速增加。因而，随着温度梯度的出现，沥青层内存在着劲度梯度。沥青混合料随温度下降而收缩，由于沥青层的温度梯度，表面层的收缩要大于底下部分的收缩，因而，其收缩受到底下部分的约束，由此产生拉应力。随着温度的不断下降，表面层的收缩变形增大，其劲度也相应增大，但底下部分仍阻止它产生变形，拉应力便不断增大，最终导致表面层的拉应力超过沥青混合料的抗拉强度，从而出现横向断裂。

这种观点从路面的外部气候影响因素―气温分析了沥青路面运营过程中当地气温变化对路面裂缝形成的影响作用。

3.1.3 施工缺陷论

造成沥青混凝土路面早期病害的因素很多，但综合起来主要有路面结构设计不合理、现场施工质量控制不严、投入运营后超载车辆管理不严、气候条件影响等四个方面。但持此类观点的作者并没有对裂缝形成原因进行深入的分析，导致持此类观点的人员不多，也没有强有力的证据和推理来证明此观点的正确性。

3.2 对现有观点的分析

反射裂缝论是从路面基层的半刚性特点进行分析，温缩、干缩、化学收缩是半刚性基层的固有特性，这一理论分析指出了半刚性基层的沥青路面出现裂缝的必然性，这也就是为什么所有的沥青路面都存在路面裂缝的原因，这一结论符合客观现实。如要避免此类裂缝只有改用其他材料方能解决问题，这在目前显然是不可行的。但是，这一理论存在一个很大的不足，它没有回答路面裂缝这一病害在不同公路的差异性，没有指出在国外、国内路面裂缝表现的不同这一问题。因此，这个观点只是指出了路面裂缝产生的一个原因，但从不同沥青公路路面裂缝的不同表现来分析，显然没有得到全面的解答。

温度收缩论[8]是从沥青路面运营过程中当地气温变化对路面裂缝的影响。这一观点指出了沥青路面在温差变化梯度大、冬季温度较低的情况下，路面面层因为温度收缩导致的路面自身产生裂缝，从而形成的自上而下的裂缝。这一观点指出了路面裂缝产生的一个原因，指出气温是影响沥青路面裂缝产生的原因，这在北方应该是适应这一理论。但这一观点没有解释南方高温天气下路面裂缝产生的原因。

施工缺陷论从路面结构设计、现场施工质量控制不严、投入运营后超载车辆管理不严、气候条件影响等四个方面进行了分析，可以说涉及的面广，从设计、施工、运营三个方面进行分析，基本上抓住了公路的整个内容，有针对性地对公路建设和管理的各个方面进行了说明。但现有资料在提出问题的同时对分析原因和解决的办法没有自己的相对明确的论证和说明，对现实工作的指导性不强。

4 结语

通过上述的分析，我国目前对路面裂缝的说明和研究中，现有的研究结果对路面裂缝的成因提出了不少的意见和独到的见解，但对路面裂缝的预防甚至在路面裂缝的避免产生这一块的研究不是很深入，而且没有形成一个新的理论体系和解决措施，相信在不久的将来会得到解决。

【参考文献】

[1]杨丽敏.国外沥青混凝土路面裂缝控制工作介绍[J].公路工程与运输，2005（05）：46-49.

[2]李涛.沥青混凝土路面裂缝产生的原因及治理[J].长沙铁道学院学报：社会科学版，2012（2）.

[3]梁峰.沥青混凝土路面裂缝的产生原因与防治措施[J].科学之友，2013（8）.

[4]罗迪.不同类型水泥稳定碎石半刚性路面基层材料性能研究[D].湖南大学，2013.05.