旧水泥路面加铺沥青砼反射裂缝的成因及防治措施
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摘要：本文简要分析了加铺沥青路面反射裂缝的成因、扩展模式，进而介绍了几种常见的防治措施，对水泥混凝土路面的改造具有一定的借鉴意义。
中图分类号：U416.26 文献标识码：A
The causes and dispose of reflective crack on old cement pavement floored with asphalt concrete overlay
HAN Xiao-juan,LI Ming,GAN Cai-bo
（School of Urban Construction ,University of South China, Hengyang ,Hunan 421001,China）
Abstract: This paper analyzes the causes of overlay reflective cracking of asphalt pavement , extended mode , and then describes several common preventive measures has certain reference significance for the transformation of the cement concrete pavement .
Key words: Asphalt overlay；Reflective cracking；Control measures；stress absorbing layer
水泥混凝土路面是一种强度高、抗变形能力强、耐久性好、反光性好、养护费用低、建筑材料易取的路面结构，在高等级、重交通的道路上有着广泛应用。但随着交通量的大幅度增长和超重轴载的破坏作用，许多路面出现了路面断板、角隅断裂、错台等病害，已不能满通运输服务的需求，需要对其进行维修改造。
在旧水泥路面上加铺沥青层被公认为是一种可行且有效的恢复路面使用性能的措施，既充分利用了原有水泥路面的剩余强度，且具有造价低、施工方便、对环境和交通影响小等优点。但由于旧路面板存在着接缝和裂缝，改造后的路面在温度变化和行车荷载的反复作用下，沥青加铺层极易产生反射裂缝。反射裂缝的存在，不仅破坏了路面结构的整体强度，而且一旦地表水沿反射裂缝向下渗透，在行车荷载作用下将很快导致裂缝的破碎和扩展，致使沥青面层逐渐失粘脱落，路基强度降低，严重影响了路面的使用寿命。
1．沥青加铺层反射裂缝形成机理
一般认为，反射裂缝形成的过程可以分为两个阶段：反射裂缝的产生阶段和反射裂缝的扩展阶段[1]。
1．1 反射裂缝形成原因
1．1．1 温度型反射裂缝
温度变化会导致路面结构产生两种变形[2]：
（1） 由于昼夜温差的存在，接缝处的沥青加铺层及水泥混凝土路面板将随着温度的变化分别产生收缩，从而引起反射裂缝的产生。
（2） 路面暴露在大气中，受气温周期性变化的影响，致使各结构层中温度分布不均匀，又由于不同材料的热膨胀系数不同，造成水泥混凝土板及沥青加铺层收缩、翘曲，进而导致沥青加铺层产生反射裂缝。
1．1．2 荷载型反射裂缝
交通荷载主要引起沥青加铺层的剪切型反射裂缝。由于接缝、裂缝的存在，旧水泥混凝土路面作为基层的整体强度降低，而且在外力作用下，沥青加铺层处于三维应力状态。当车轮荷载经过接缝、裂缝时，接缝、裂缝两侧的板端出现竖向位移差，沥青加铺层在相应位置将会承受较大的剪切应力，如其超过沥青加铺层的抗剪强度，在接缝、裂缝处的沥青加铺层便会出现剪切型反射裂缝。
1．2 反射裂缝的扩展模式
根据断裂力学理论，裂缝的扩展主要有三种位移模式：张开模式、剪切模式和撕开模式，如图1所示。在道路结构中，不同种类的荷载以及荷载的不同作用方式会导致不同的开裂模式，其中，温度应力对反射裂缝的影响模式为张开模式；行车荷载对反射裂缝的主要影响模式为张开模式和剪切模式。当车轮位于裂缝的正上方时，以张开模式来引起反射裂缝；当车轮位于裂缝之前或之后的位置时，反射裂缝主要以剪切模式出现。撕开模式在沥青加铺层中不常出现。
与张开模式相对应的温度型反射裂缝通常产生于薄层水泥面层底部，而后逐渐向上扩展到罩面层顶面。而当罩面层为沥青面层或面层较厚且气温较低时，裂缝则产生在面层的顶面和底面，而后逐渐向中间扩展，形成对应裂缝。
对于正荷载作用下的张开模式所对应的反射裂缝，一般产生于面层底面，在周期性荷载作用下垂直向上扩展。对于偏荷载作用下的剪切模式所对应的反射裂缝，一般产生于加铺层底面，之后向上扩展，其扩展路径在罩面层中是沿大约 45°角的方向向上扩展。当行车荷载和温度应力共同作用于复合路面结构时，反射裂缝的扩展介于偏荷载和温度应力单独作用时裂缝扩展路径之间，比偏荷载作用时的裂缝扩展路径更垂直一些。
行车荷载与温度荷载耦合作用对温缩裂缝具有一定的影响，在这两种荷载的共同作用下裂缝扩展模式比较复杂，目前还缺少相应的理论和试验研究。
2．几种有效的防治反射裂缝措施
2．1破碎和碾压旧水泥混凝土路面
在旧路面板损坏较为严重，断板率较高，且对损坏板进行修复后再采取其他措施已不经济时，可将旧路面板进行破碎和碾压，作为下承层，再加铺沥青混凝土面层。破碎后块体之间的裂缝需贯穿板厚，以分散和消减应力、应变，同时裂缝也不宜过宽，否则易引起行车荷载在裂缝处的拉应力和剪应力集中[3]。苏卫国，李晓华[4]利用有限元软件模拟了不同旧路面板破裂尺度对沥青加铺层荷载应力、温度应力的影响以及对旧路面板回弹模量实测值的影响。随着破裂尺寸的减小，沥青加铺层的荷载应力只是有了小幅度减小，影响并不大，同时对温度应力的影响却十分明显，破裂尺寸越小，温度应力下降越迅速，但是破碎后旧路面板尺寸减小之后，其结构强度也随之降低，在既能最大限度减少沥青加铺层反射裂缝，又能保证破碎旧路面作为新加铺沥青层基层满足承载力的要求的同时，推荐破碎旧水泥混凝土路面板的破裂尺度为50～80cm。
2．2增加加铺层厚度
适当增加沥青加铺层厚度可以延缓反射裂缝的产生和发展。增加加铺层厚度，一方面可以减少旧水泥路面板的温度变化，降低加铺层的拉应力；另一方面可以增加路面结构的弯曲刚度，降低接缝处的弯沉差，减少加铺层的剪切应力[5]。但是加铺层并不是越厚越好，当面层厚度超过12cm后，其对反射裂缝的防治效果已不十分显著，同时还增加路面造价，还会受到标高的限制。普遍认为加铺层的合理厚度范围为9～15cm，为防止或减缓加铺层反射裂缝的出现，沥青协会建议沥青加铺层不应低于10cm。
2．3设置裂缝缓解层
大粒径透水性沥青混合料（LSAM）是公称最大粒径在25～63cm之间、一定量的细集料填充空隙的矿料热拌热铺沥青混合料，通常含有25%～35%的连通空隙，透水性能好，具有较小的回弹模量，且施工周期短，高温稳定性好[6]，工程中可将其铺设于沥青加铺层与旧水泥路面层之间，作为裂缝缓解层延缓反射裂缝的产生。
LSAM是近几年才从国外引进来的一种骨架沥青材料，由于其理论尚不成熟，目前应用相对较少，相信随着研究的深入，LSAM出现在我们视线中的机会也将越来越大。