谈沥青路面裂缝形成原因及防治措施

［摘要］基于沥青路面裂缝的类型，分析了沥青路面开裂的原因，主要有荷载因素、温度因素、基层反射裂缝、施工因素等。同时，提出了沥青路面裂缝的防治措施，对有效解决沥青路面的开裂具有一定的指导作用。

［关键词］道路工程；裂缝；沥青路面；防治措施

引言

沥青路面具有表面平整、无接缝、承载能力高等特点，且车辆在行驶过程中振动小、噪音低。因此，其在我国公路建设中被广泛使用[1]。与此同时，半刚性基层沥青路面的结构层容易形成裂缝，且随着时间的推移，这些裂缝逐渐扩展，发展成破坏性更大的深层裂缝，导致沥青路面在建成不到5年的时间里，就面临着大修或是重建，对于国家经济方面造成了巨大损失。道路结构开裂后，一方面行车的舒适性大大降低，另一方面，地面流水一旦进入裂缝结构，容易渗入道路路基中，路基将会破坏，且难以养护维修；此外，路面结构层出现裂缝病害以后，沥青路面的整体性被破坏，其抵抗车辆荷载的能力将大大削弱，路面结构会形成更加严重的病害，彻底失去承载能力。本文针对沥青路面的裂缝进行分类，并从开裂的原因方面入手，探究防治沥青路面开裂的技术途径。

1沥青路面裂缝分类和原因分析

半刚性基层沥青路面的开裂，在外观上表现出三种类型，分别是垂直于行车方向的横向裂缝、沿着行车方向破坏的纵向裂缝、横缝和纵缝互相交错演变成的网状裂缝。沿着裂缝的竖向开裂方向，可以将裂缝分为两类，分别是从路表面逐渐向下扩展的裂缝和从路基或基层开始向上延伸的裂缝。就其形成裂缝的原因来分类，可以分成由行车荷载造成的荷载型裂缝、受温度影响形成的温度裂缝和道路不同结构层相互影响形成的反射裂缝三类。综上所述，沥青路面的裂缝的分类方法和类型有很多，而造成沥青路面形成裂缝的因素可以归纳为以下几种，分别为荷载因素、温度因素、裂缝反射因素、施工因素，且造成路面的裂缝病害，不是上述所讲的某一单一因素，常常是几种因素互相作用所造成的[2]。断裂力学中，最基本的断裂有Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型这三种类型。这三种类型中，Ⅰ型断裂形式或者称为张开型断裂形式，是三种断裂类型中最广泛，同时也是最危险的。Ⅱ型断裂形式，也可以称为滑移型断裂形式，它所形成的原理是裂缝尖端的剪切应力，造成裂缝的两边在剪力方向互相错动滑移，最终形成Ⅱ型断裂。最后一种形式，我们称为撕裂型断裂，该断裂模式和前两者的断裂原理不一致，但也有相似的地方，我们可以发现Ⅲ型同时具有Ⅰ型的张开破坏，也具有Ⅱ型的剪切破坏。在道路结构中，不仅有这三种断裂方式，还有复合型裂缝的存在，即包含了Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型断裂中的两种或是三种破坏共存的形式。在道路结构中，裂缝的开裂位置，存在于整个结构层中，即路基层、基层、面层中均有可能形成裂缝。面层材料的裂缝，主要原因是温度变化、汽车作用及基层面的裂缝向上反射几种因素互相作用产生的。基层材料的开裂，是因为半刚性材料热胀冷缩和失水收缩而形成的，且该裂缝一旦出现难以维修。而路基结构的裂缝，主要是由于施工过程的不规范，或是超载车辆的行驶造成的，路基裂缝是危害最大且维护难度最大的一种。此外，路基裂缝和基层裂缝是可以相互反射的，且基层裂缝可以反射到路面面层。下面将从荷载、温度、反射、设计施工这四个因素出发，来进一步研究造成半刚性基层沥青路面裂缝的原因。

1.1荷载因素

车辆静止时，对于路面的作用力是竖直向下的；在启动和制动过程中，对于路面的作用力，不仅有竖向力也有横向的推挤力；在行驶过程中，还是一种半正弦的振动力。路面结构在汽车荷载的不断作用下，将出现疲劳损坏。这种疲劳损坏是一直存在且能够不断累积的，当达到一定程度时，超过了路面材料拉应力，那么材料就出现了裂缝。且这种裂缝大量存在于基层和面层中，随着时间的推移，这些裂缝将逐渐扩展，最终贯穿整个路面结构，造成永久性的破坏[3]。

1.2温度因素

温度因素所造成的的裂缝，我们称为温度型裂缝，主要分为两大类。一类是由于沥青的低温性能较差，在冬季温度较低的情况下，沥青层中的温缩应力非常大，超过了该材料的抗拉强度所形成的低温收缩型裂缝。另外一类温度裂缝，大多存在于一些每日气温变化差异很大的地区。沥青材料在白天，经历温度从低到高的逐渐变化，材料受热膨胀；而到晚上，温度由高到低逐渐变化，材料受冷而收缩。温度应力的存在，造成与荷载因素同样原理的疲劳破坏，最终沥青路面形成裂缝，这类裂缝我们称为温度疲劳裂缝。

1.3基层反射裂缝

传统意义上的反射裂缝，一般在路面白改黑工程中发生，是指旧水泥路面加铺沥青层时，如果原有路面的裂缝病害未修复，那么在这些裂缝对应位置，基于应力强度因子理论，沥青路面也会逐渐开裂破坏。反射裂缝的类型，可以总结为如下两大类。旧水泥混凝土路面补强时常在原有结构上加铺一层沥青罩面，而旧水泥路面存在裂缝和接缝，沥青罩面层在对应这些位置上会产生裂缝，这种裂缝称为反射裂缝。反射裂缝又可以分为以下两种。（1）交通荷载型反射裂缝沥青表面层对应半刚性基层材料的裂缝位置，由于裂缝尖端应用强度因子无限大，会形成应力集中。在汽车荷载的反复作用下，沥青面层内损伤逐渐积累，达到沥青路面的极限抗拉强度，最终在下面层处出现裂缝，而后逐渐向上扩展至路表面。（2）温缩型反射裂缝和交通荷载型反射裂缝类似，在环境温度降低时，沥青面层会产生温度收缩应力，尤其时是在对应基层裂缝位置，存在应力集中，在温度收缩应力的重复作用下，最终演变成反射裂缝，而后逐渐向上扩展。

1.4设计施工因素

设计施工因素对于沥青路面裂缝的影响是全方位的，贯穿于整个施工阶段[4]。路面结构在设计中，如果沥青层厚度过小，抑或是材料弹性模量过大，都容易造成裂缝的产生。而在施工阶段，沥青路面的各个结构层施工，都离不开压路机的压实。在压实过程中，路基和基层内部会产生大量的微裂缝，这些微裂缝在起初影响不大，但是在汽车荷载和温度荷载的耦合作用下，微裂缝会逐渐发展成宏观裂缝，且基层裂缝和路基裂缝能够相互扩展，造成进一步的危害。尤其是当裂缝形成后，雨水也会进入路面结构层，将对道路形成毁灭性的病害。因此，在沥青路面的设计和施工阶段，对于沥青路面的质量控制尤为重要。

2防治沥青路面裂缝对策分析

2.1做好施工组织和质量控制

应根据项目实际情况进行科学决策，确定合理工期，避免盲目赶工。协调组织好设计单位、施工单位、监理单位的工作，确保各单位、各环节的工作质量。此外，对于施工过程中的每个环节，要层层把关严格控制，从而保证公路建设的质量过关。尤其是沥青路面面层的施工，应严格控制好混合料运输、压实、检验等过程，尽可能避免因混合料的离析或不均匀性造成路面结构产生微裂缝。

2.2加强沥青路面养护管理

路面结构在建设初期就出现了大量病害，达不到设计所要求的的服务水平，对社会造成了不良影响，这其中很大一部分原因是不重视沥青路面的预防性养护。对于路面初期形成的微小裂缝没有采取措施，以至于裂缝逐渐扩展，影响道路的使用寿命[5]。裂缝填补是处理沥青路面裂缝的常用措施，包括嵌缝条封缝、沥青灌缝胶灌缝、壁可注入法等措施。此方法能够有效填补裂缝，防止地面水的进入裂缝，导致路面结构开裂扩展，避免造成更加严重的水损害，从而延长道路的使用寿命[6]。此外，相关研究表明，含裂缝道路的寿命，受车辆荷载作用影响较大[7]。车辆的超载运输，使道路结构中的裂缝加速扩展，大大降低道路的使用寿命，因此，必须要严格控制道路运输中汽车的超载行驶，是提升道路结构寿命的有效手段。

2.3积极开发新材料、新结构

沥青材料对于沥青路面的影响较大，优质的沥青可以提高沥青路面的抗裂性能，应积极研究低蜡含量的优质沥青。沥青路面具有较好的使用性能，应注重路面结构的合理设计，可适当加大沥青层的厚度，能有效延缓沥青路面裂缝的扩展行为。同时，在路面结构层中可设置各种类型的应力吸收层和设置土工织物层，以消除应力集中，避免反射裂缝的产生。此外，由于沥青材料的种类逐渐增多，路面层间结构连接也不尽相同，因此采用传统方法预估沥青路面的寿命已经不太适用，因而有必要开发新方法来分析沥青混合料性能，从而可较准确地预估沥青路面结构使用寿命。

2.4预裂技术

半刚性基层材料是一种水硬性材料，它具有较高的强度和粘性，此外，半刚性基层材料有很高的温度敏感性，因此非常容易形成温度裂缝及反射裂缝。为了避免或延缓反射裂缝的扩展，可以预先在半刚性基层结构中预先制造出规则间距的裂缝，这样使它比自然裂缝更细且变形量更小，从而避免裂缝间断的快速扩展或大大延缓半刚性基层裂缝扩展至贯穿面层，这种技术称为预裂技术或预切缝技术。对基层结构材料进行预切缝处理后，要及时将切缝填补起来，并铺设一定宽度的条带状土工布。预裂的施工方法，虽然在温度和车辆荷载的共同作用下，基层裂缝还有可能反射到面层中，但形成的反射裂缝形状规则且均布，不容易形成坑槽或者网状裂缝，就算是在道路结构使用后期形成了较严重的病害，也更容易修复。相比预裂技术，道路结构自然或汽车荷载作用造成的开裂，影响较大，且一旦发展成严重病害，修复起来也非常困难。

3结束语

笔者针对沥青路面结构中的裂缝问题，从裂缝类型及开裂原因进行了分析，并且提出了防治沥青路面开裂的措施，得出以下结论。（1）沥青路面开裂的主要因素有荷载因素、气候因素、基层反射裂缝、施工因素等，这几个因素相互作用，造成了沥青路面的开裂。（2）严格控制沥青路面的施工过程，把控好混合料的运输、压实、检验等过程，避免因施工不当而造成路面结构产生早期的微裂缝。（3）注重沥青路面的养护管理，及时修复路面的微小裂缝，避免因裂缝的逐渐扩展，影响道路的使用寿命。（4）沥青路面承受动态荷载后所表现出的力学特性，用静力学理论已经不足以解释。所以，基于裂缝的动态扩展理论，对于沥青路面设计理论的完善具有指导意义。

参考文献

[1]邓学钧，黄晓明.路面设计原理与方法[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]王虎.沥青路面高性能裂缝处治材料研发及应用[D].重庆：重庆交通大学，2019.

[3]张红春.半刚性基层沥青路面综合抗裂技术研究[D].西安：长安大学，2008.

[4]葛辉.含裂缝体沥青路面动力响应特性研究[D].南京：南京林业大学，2016.

[5]刘可新.沥青路面开裂原因分析[J].民营科技，2013（4）：264.

[6]塔来提•热布卡提.沥青路面预防性养护技术在新疆公路养护实践中的应用研究[D].西安：长安大学，2019.

[7]葛辉，王宏畅.动荷载作用下沥青路面基层底裂缝扩展研究[J].林业科技开发，2016，1（4）：177-182.

[8]朱登元，姚占勇.含裂缝沥青路面结构轮载响应分析[J].山东大学学报，2013，43（4）：74-79.

作者：葛辉 马海琴 单位：苏州建设交通高等职业技术学校