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论沥青路面的裂缝及预防
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内容提示：沥青路面裂缝问题是公路工程质量通病之一，沥青路面在堤防道路使用期开裂是普遍存在的问题。从裂缝产生的原因入手，对沥青路面层间应力进行了较详细的分析，并有针对性地提出了预防裂缝出现的相应措施。
摘要：沥青路面裂缝问题是公路工程质量通病之一，沥青路面在堤防道路使用期开裂是普遍存在的问题。从裂缝产生的原因入手，对沥青路面层间应力进行了较详细的分析，并有针对性地提出了预防裂缝出现的相应措施。
关键词：沥青；裂缝；成因及预防；堤防道路
1沥青路面开裂原因
(1)沥青路面开裂的主要原因可分为两大类：一种是由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝，一般称之为荷载型裂缝。另一种主要是由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝，一般称之为非荷载型裂缝。(2)由于我国现行沥青路面设计规范中规定或推荐沥青路面采用半刚性基层。所以还存在着因为半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。此类裂缝主要是非荷载型的，在某些情况下也可能是由温度和荷载共同完成的。(3)堤防自身直接影响沥青路面裂缝的产生，堤身发生不均匀沉降，进而产生裂缝、下蛰、错位等破坏现象。
2沥青路面裂缝应力分析
2.1结构性破坏裂缝
沥青路面的结构性破坏裂缝主要是由于行车荷载引起的。在半刚性基层下采用半刚性材料做底基层，可使基层底面由行车荷载产生的拉应力明显减小，甚至还小于半刚性底基层底面产生的拉应力，这对半刚性基层承受行车荷载的反复作用是十分有利的。同时在面层渗水、冰冻水、毛细水等的作用，裂缝的修补不及时等原因，造成水分积聚在基层和面层之间、缝隙之中，在冻涨、车辆冲击荷载作用下，造成基层界面软化、叽泥等，使该部位完全失去连续性。造成面层单板、基层裂缝处集中应力作用。两种情况均会完全脱离原有的基础，造成面层底、裂缝边缘处应力集中，很快导致破坏。
2.2温度裂缝
沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝有两种，一种是低温收缩裂缝或简称低温裂缝，另一种是温度疲劳裂缝。
①低温裂缝。沥青材料在较高温度条件下，具有良好的应力松驰性能，温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力，但当气温大幅度下降时，沥青材料逐渐发硬并开始收缩，面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度，沥青面层就会开裂。
②温度疲劳裂缝。这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳，使沥青混合料的极限拉伸应变(或劲度模量)变小，加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松驰性能降低，最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。
2.3半刚性路面的反射裂缝和对应裂缝
2.3.1由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝
冬季或在寒冷地区，在结合得好的沥青面层下，开裂的半刚性基层的水平位移使得直接在裂缝上的面层内产生大的拉应力或拉应变，由于在较低温度下沥青面层通常较硬，它只能承受小的拉应力或拉应变，因此容易被拉裂，并且裂缝的扩展途径是由下至上的。沥青面层的厚度愈薄，反射裂缝形成的愈早和愈多。
2.3.2由半刚性基层干缩开裂引起的反射裂缝或对应裂缝
对于新铺的半刚性基层，随着混合料中水分的减少，要产生干缩和干缩应力；水分减少得愈多愈快，产生的干缩应力和干缩应变就愈大。在已经产生干缩裂缝的半刚性基层上铺筑沥青面层，在较薄沥青面层的情况下，半刚性基层的裂缝会由于温度应力而使面层底部先开裂，并较快形成反射裂缝。一旦行车产生的拉应力与温度应力相结合，反射裂缝会形成得更快。在较厚沥青面层的情况下，由于温度应力在表面最大，基层的裂缝将促使面层先从表面开裂，然后逐渐向下传播形成对应裂缝。以上结论已被长沙交通学院光弹模型试验所证实，表面降温30℃时，不同厚度沥青面层内下层裂缝上方的温度应力分布规律。
不同的应力分布规律不难推断，通过进一步的试验或计算，将会得到一个临界面层厚度。面层厚于此临界厚度时，裂缝将主要从表面开始；薄于此临界厚度时，裂缝可能主要从底部开始。此临界厚度与气候条件、面层混合料的劲度模量、温缩性以及基层混合料的温缩性有关。
2.4堤防自身裂缝
(1)由于机淤固堤工程措施是将泥浆放淤到堤身一侧，且目前大部分措施都是以堤身作为一道“天然”围堤，和外围三面新筑围堤形成一个封闭的施工单元，将泥浆放淤进去。而泥浆中的水分就直接和堤身接触，如果原堤身土质比较疏松干燥，则泥浆中的水分就会被原堤身的干燥土壤很快吸收进去，吸收了水分的干燥土壤就会很快改变其原有性状，而没吸收进水分的一侧则会保持其原来状态，这样，原来的堤身就会发生不均匀沉降，进而产生裂缝、下蛰、错位等渗透破坏现象。
(2)原有堤身再存在洞穴、裂缝等隐患，则发生这样变化的速度会更快，破坏程度也会更严重。
(3)堤防加固工程施工措施是临背河加高加宽原堤身，工程施工虽进行开蹬、碾压、检验等工序。但该工程旧堤身部与新堤身部经历的时间不同，沉降系数也不同，这样堤身就会发生不均匀沉降，进而产生纵向裂缝破坏现象 3影响裂缝产生的主要因素
(1)沥青及沥青混合料的性质。沥青和沥青结合料的性质是影响沥青路面温度开裂的最主要原因，沥青混合料的低温劲度是决定沥青路面是否开裂的最根本因素，沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键。在沥青性能指标中，影响更大的是温度敏感性，温度敏感性大的沥青更容易开裂。
(2)基层材料的性质。基层材料的收缩性愈小，面层裂缝愈少。基层上有透层油以加强与面层的粘结对抗开裂是有好处的，基层材料种类对沥青面层的裂缝率有明显影响。
(3)气候条件。极端最低温度、降温速率、低温持续时间、升降温循环数次数是气候条件影响沥青路面温缩裂缝的四大要素。
(4)交通量和车辆类型。半刚性基层中的最大拉应力，通常是由最重的车轮荷载产生的；并且对于半刚性路面，不同轴载对路面的破坏作用远不是4次方的关系，而11～13次方的关系，即使是通过次数较少的重荷载也对路面破坏起着决定性的作用。
(5)施工因素。主要指半刚性基层材料的碾压含水量，半刚性基层完成后的暴晒时间等因素。
4减轻沥青路面裂缝的措施
根据规范，通过路面结构设计和厚度计算可以满足沥青路面强度和承载能力要求，基本解决荷载型裂缝产生的问题。对于如何避免或减轻非荷载型裂缝的产生，应从设计与施工两个方面来进行考虑。
4.1设计方面
(1)在进行半刚性路面设计时，首先应选用抗冲刷性能好、干缩系数和温缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料做基层。(2)选用松弛性能好的优质沥青做沥青面层。在缺少优质沥青的情况下，应采取改善沥青性质的措施。(3)在稳定度满足要求的前提下，优先选用针入度较大的沥青做沥青面层。(4)沥青面层采用密实型沥青混凝土。(5)采用合适的沥青面层厚度，确保半刚性基层在使用期间一般不会产生干缩裂缝和温缩裂缝。(6)为进一步提高表面层抗温度裂缝性能，可采用橡胶沥青或聚合物沥青在沥青混凝土表面做一封层。(7)设置应力消减(应力吸收)中间层。
4.2路基方面
(1)在项目规划时，尽可能先实施放淤固堤项目，使堤防隐患充分暴露，有针对性处理后，再实施堤顶道路硬化工程项目。(2)如果机淤固堤项目还没有批复，不妨在堤顶路面硬化前先处理堤身隐患，再硬化路面。(3)对于堤顶道路已经硬化的堤段，机淤固堤时，放淤前先在靠堤身侧修筑一道隔堤(需层层压实)，以截断因放淤产生的渗水，从而消除或减小对原有堤身及堤顶道路产生的渗透破坏。(4)堤防加高地段要经一段时间沉降期后，进行路面硬化工程实施，以避免堤身发生不均匀沉降产生纵向裂缝破坏现象。(5)使用锥探灌浆措施处理堤防存在的虚土层、洞穴、堤身裂缝等隐患。该办法在处理堤身虚土层、洞穴及裂缝隐患时，不需要大断面开挖，对堤防道路交通和日常管理影响较小，效果也较为理想，造价也相对较低。
4.3施工方面
(1)严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量，混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内。(2)半刚性基层碾压完成后，要及时养生。(3)半刚性基层碾压完成后或最迟在养生结束后应立即用乳化沥青做透层或封层。(4)透层或粘层完成后，应尽快铺筑沥青面层。
关键词：沥青；裂缝；成因及预防；堤防道路
1沥青路面开裂原因
(1)沥青路面开裂的主要原因可分为两大类：一种是由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝，一般称之为荷载型裂缝。另一种主要是由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝，一般称之为非荷载型裂缝。(2)由于我国现行沥青路面设计规范中规定或推荐沥青路面采用半刚性基层。所以还存在着因为半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。此类裂缝主要是非荷载型的，在某些情况下也可能是由温度和荷载共同完成的。(3)堤防自身直接影响沥青路面裂缝的产生，堤身发生不均匀沉降，进而产生裂缝、下蛰、错位等破坏现象。
2沥青路面裂缝应力分析
2.1结构性破坏裂缝
沥青路面的结构性破坏裂缝主要是由于行车荷载引起的。在半刚性基层下采用半刚性材料做底基层，可使基层底面由行车荷载产生的拉应力明显减小，甚至还小于半刚性底基层底面产生的拉应力，这对半刚性基层承受行车荷载的反复作用是十分有利的。同时在面层渗水、冰冻水、毛细水等的作用，裂缝的修补不及时等原因，造成水分积聚在基层和面层之间、缝隙之中，在冻涨、车辆冲击荷载作用下，造成基层界面软化、叽泥等，使该部位完全失去连续性。造成面层单板、基层裂缝处集中应力作用。两种情况均会完全脱离原有的基础，造成面层底、裂缝边缘处应力集中，很快导致破坏。
2.2温度裂缝
沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝有两种，一种是低温收缩裂缝或简称低温裂缝，另一种是温度疲劳裂缝。
①低温裂缝。沥青材料在较高温度条件下，具有良好的应力松驰性能，温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力，但当气温大幅度下降时，沥青材料逐渐发硬并开始收缩，面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度，沥青面层就会开裂。
②温度疲劳裂缝。这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳，使沥青混合料的极限拉伸应变(或劲度模量)变小，加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松驰性能降低，最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。
2.3半刚性路面的反射裂缝和对应裂缝
2.3.1由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝
冬季或在寒冷地区，在结合得好的沥青面层下，开裂的半刚性基层的水平位移使得直接在裂缝上的面层内产生大的拉应力或拉应变，由于在较低温度下沥青面层通常较硬，它只能承受小的拉应力或拉应变，因此容易被拉裂，并且裂缝的扩展途径是由下至上的。沥青面层的厚度愈薄，反射裂缝形成的愈早和愈多。
2.3.2由半刚性基层干缩开裂引起的反射裂缝或对应裂缝
对于新铺的半刚性基层，随着混合料中水分的减少，要产生干缩和干缩应力；水分减少得愈多愈快，产生的干缩应力和干缩应变就愈大。在已经产生干缩裂缝的半刚性基层上铺筑沥青面层，在较薄沥青面层的情况下，半刚性基层的裂缝会由于温度应力而使面层底部先开裂，并较快形成反射裂缝。一旦行车产生的拉应力与温度应力相结合，反射裂缝会形成得更快。在较厚沥青面层的情况下，由于温度应力在表面最大，基层的裂缝将促使面层先从表面开裂，然后逐渐向下传播形成对应裂缝。以上结论已被长沙交通学院光弹模型试验所证实，表面降温30℃时，不同厚度沥青面层内下层裂缝上方的温度应力分布规律。
不同的应力分布规律不难推断，通过进一步的试验或计算，将会得到一个临界面层厚度。面层厚于此临界厚度时，裂缝将主要从表面开始；薄于此临界厚度时，裂缝可能主要从底部开始。此临界厚度与气候条件、面层混合料的劲度模量、温缩性以及基层混合料的温缩性有关。
2.4堤防自身裂缝
(1)由于机淤固堤工程措施是将泥浆放淤到堤身一侧，且目前大部分措施都是以堤身作为一道“天然”围堤，和外围三面新筑围堤形成一个封闭的施工单元，将泥浆放淤进去。而泥浆中的水分就直接和堤身接触，如果原堤身土质比较疏松干燥，则泥浆中的水分就会被原堤身的干燥土壤很快吸收进去，吸收了水分的干燥土壤就会很快改变其原有性状，而没吸收进水分的一侧则会保持其原来状态，这样，原来的堤身就会发生不均匀沉降，进而产生裂缝、下蛰、错位等渗透破坏现象。
(2)原有堤身再存在洞穴、裂缝等隐患，则发生这样变化的速度会更快，破坏程度也会更严重。
(3)堤防加固工程施工措施是临背河加高加宽原堤身，工程施工虽进行开蹬、碾压、检验等工序。但该工程旧堤身部与新堤身部经历的时间不同，沉降系数也不同，这样堤身就会发生不均匀沉降，进而产生纵向裂缝破坏现象 3影响裂缝产生的主要因素
(1)沥青及沥青混合料的性质。沥青和沥青结合料的性质是影响沥青路面温度开裂的最主要原因，沥青混合料的低温劲度是决定沥青路面是否开裂的最根本因素，沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键。在沥青性能指标中，影响更大的是温度敏感性，温度敏感性大的沥青更容易开裂。
(2)基层材料的性质。基层材料的收缩性愈小，面层裂缝愈少。基层上有透层油以加强与面层的粘结对抗开裂是有好处的，基层材料种类对沥青面层的裂缝率有明显影响。
(3)气候条件。极端最低温度、降温速率、低温持续时间、升降温循环数次数是气候条件影响沥青路面温缩裂缝的四大要素。
(4)交通量和车辆类型。半刚性基层中的最大拉应力，通常是由最重的车轮荷载产生的；并且对于半刚性路面，不同轴载对路面的破坏作用远不是4次方的关系，而11～13次方的关系，即使是通过次数较少的重荷载也对路面破坏起着决定性的作用。
(5)施工因素。主要指半刚性基层材料的碾压含水量，半刚性基层完成后的暴晒时间等因素。
4减轻沥青路面裂缝的措施
根据规范，通过路面结构设计和厚度计算可以满足沥青路面强度和承载能力要求，基本解决荷载型裂缝产生的问题。对于如何避免或减轻非荷载型裂缝的产生，应从设计与施工两个方面来进行考虑。
4.1设计方面
(1)在进行半刚性路面设计时，首先应选用抗冲刷性能好、干缩系数和温缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料做基层。(2)选用松弛性能好的优质沥青做沥青面层。在缺少优质沥青的情况下，应采取改善沥青性质的措施。(3)在稳定度满足要求的前提下，优先选用针入度较大的沥青做沥青面层。(4)沥青面层采用密实型沥青混凝土。(5)采用合适的沥青面层厚度，确保半刚性基层在使用期间一般不会产生干缩裂缝和温缩裂缝。(6)为进一步提高表面层抗温度裂缝性能，可采用橡胶沥青或聚合物沥青在沥青混凝土表面做一封层。(7)设置应力消减(应力吸收)中间层。
4.2路基方面
(1)在项目规划时，尽可能先实施放淤固堤项目，使堤防隐患充分暴露，有针对性处理后，再实施堤顶道路硬化工程项目。(2)如果机淤固堤项目还没有批复，不妨在堤顶路面硬化前先处理堤身隐患，再硬化路面。(3)对于堤顶道路已经硬化的堤段，机淤固堤时，放淤前先在靠堤身侧修筑一道隔堤(需层层压实)，以截断因放淤产生的渗水，从而消除或减小对原有堤身及堤顶道路产生的渗透破坏。(4)堤防加高地段要经一段时间沉降期后，进行路面硬化工程实施，以避免堤身发生不均匀沉降产生纵向裂缝破坏现象。(5)使用锥探灌浆措施处理堤防存在的虚土层、洞穴、堤身裂缝等隐患。该办法在处理堤身虚土层、洞穴及裂缝隐患时，不需要大断面开挖，对堤防道路交通和日常管理影响较小，效果也较为理想，造价也相对较低。
4.3施工方面
(1)严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量，混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内。(2)半刚性基层碾压完成后，要及时养生。(3)半刚性基层碾压完成后或最迟在养生结束后应立即用乳化沥青做透层或封层。(4)透层或粘层完成后，应尽快铺筑沥青面层。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200904/12283.htm
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