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浙江大学自学考试本科毕业论文 1 目目 录录 第一章 绪论 3 1 1 研究背景 3 1 2 研究意义 4 1 3 研究内容 5 第二章 水泥混凝土路面产生裂缝的原因 5 2 1 前言 5 2 2 水泥混凝土路面裂缝的分类 6 2 3 水泥混凝土路面裂缝和断板的原因 6 第三章 沥青混凝土路面产生裂缝的原因 10 3 1 前言 10 3 2 沥青混凝土路面裂缝的分类 12 3 3 沥青混凝土路面裂缝成因 17 3 4 沥青混凝土路面裂缝形成机理分析 18 第四章 路面裂缝的分布研究 21 4 1 水泥混凝土路面裂缝分布规律 22 4 2 沥青混凝土路面裂缝分布规律 25 4 3 道路路面裂缝的实际分布特点 26 第五章 本文主要结论与建议 29 5 1 主要结论 29 5 2 建议 30 浙江大学自学考试本科毕业论文 2 第一章第一章 绪论绪论 1 1 研究背景研究背景 改革通报 2001 年 4 月 11 日发布的 2000 年公路交通行业发展统计公报称 行报 2001 2000 年新增公路 5 1 万公里 全国公路通车总里程达到 140 27 万公里 公路密度达到每百平方公里 14 6km 比上年增加 0 48km 按 公路路面等级分 高级路面里程达 19 14 万公里 次高级路面 40 41 万公里 中级和低级路面分别开放以来的 20 年 是我国公路历史上交通发展速度最快 规模最大 最具活力的时期 自 1988 年沈大高速及沪嘉高速公路建成通车以来 高等级公路以前所未有的速度发展 我国的公路事业进入了以建设高速公路 一级公路等高等级公路为主的新时代 据中国交通报 2001 年 4 月 11 日发布的 2000 年公路交通行业发展统计公报称 2000 年新增公路 5 1 万公里 全国公路 通车总里程达到 140 27 万公里 公路密度达到每百平方公里 14 6km 比上年 增加 0 48km 按公路路面等级分 高级路面里程达 19 14 万公里 次高级路面 40 41 万公里 中级和低级路面分别为 33 97 万公里和 38 77 万公里 无路面 公路的里程已减少到 7 99 万公里 全国高速公路的通车里程已达到 16314km 全国拥有高速公路的省 自治区 直辖市 达到了 28 个 即便如此 我国与发 达国家相比 差距还是很大 例如美国 至 1997 年州际高速公路系统的总里程 已经达到 7 46 万公里 占全美公路总里程的 1 2 承担着 22 8 的交通周转量 另外美国还有 25 65 万公里的国家干线公路系统 含高速公路 及 637 44 万公 里的一般公路网 可见我国的公路建设事业还任重而道远 毛成 2004 由于受到行车荷载 自然因素 设计施工 材料结构等因素的综合影响 路面病害问题不断发生 特别是路面裂缝病害一直无法得到彻底控制 许多路 面在通车不久 便产生大面积 不等规模的病害而不得不提前进行路面的维修 和处理 目前 国内外对路面裂缝分布规律的分析 研究及特点的研究还处于 研究摸索阶段 再加上路面裂缝产生原因的种类较多 分布形态多样 原因和 分布特点的联系等问题还相当复杂 因此 路面裂缝的原因和分布特点的研究 有助于在路面裂缝产生前进行 提前维护 减少路面裂缝带来的危害和损失 浙江大学自学考试本科毕业论文 3 由于裂缝分布的实际性 从反面将裂缝分布规律进行探讨研究为裂缝的防治提 供了新的思路 所以通过对裂缝分布来进行分析裂缝产生的机理和原因分析 从更实际的角度来理解裂缝的分布 这对于在裂缝产生前进行路面防护或者施 工时优化的处理提供了良好的前提 对路面原因和分布的分析对提高工程经济 效益同样具有实际价值 1 2 研究意义研究意义 就现行设计理论而言 研究表明 如果路面各层性能正常 层间界面理想 接触 设计和施工良好的水泥混凝土路面 一般要经过长期使用且达到其设计 使用年限后 才会开裂破坏 这是由路面的结构和荷载的特点所决定的 一般 情况下 汽车荷载和温度荷载在路面板中产生的应力比较小 一般不造成路面 一次性破坏 以 22cm 厚的水泥混凝土路面板为例 如果混凝土的回弹模量为 30GPa 泊松比为 0 15 基层顶面的地基反应模量 K 为 50MN m3 则在轮胎气压 为 0 7MPa 轮载为 50KN 的车辆荷载作用下 路面板底的最大拉应力仅为 1 34MPa 而一般路面水泥混凝土的抗弯拉强度为 4 5MPa 黄志义 2002 然而 从目前营运状况来看 调查发现 相当多的水泥混凝土路面在远未到达 设计使用年限前 己经出现了不同程度的缺陷和开裂 有的甚至完全破坏同时 水泥混凝土路面的维修非常不便 维修时必须先把已经破坏的板块凿掉 整平 基层后才能浇筑新的板块 由于工序复杂 耗费的人工和机具比较多 维修费 用昂贵 同时 由于水泥混凝土必须经过一段时间的养护才能形成强度 所以 维修期间对交通的干扰严重 使所在路段的通行能力受到了削弱 因此 路面 的开裂破坏常常会带来巨大的维修压力和经济负担 沥青混凝土路面也是一样 往往在远未达到设计使用年限时已经出现了裂缝 因而 如何提高道路路面的 抗裂性能 是当今工程界迫切需要解决的问题 为此 必须对水泥混凝土路面 开裂的机理进行深入研究 追根溯源 弄清导致路面开裂的分布规律和特点 这样 有利于完善路面设计计算理论以及施工 管理和养护方法和措施 加强 道路建设各环节相应的技术保障 从根本上消除导致路面开裂的隐患 同时 更有利于评估目前工程实际中所采用的抗裂措施的合理性和有效性 寻找规律 浙江大学自学考试本科毕业论文 4 总结经验 为路面设计提供一些参考性的资料 更好的帮助路面裂缝的防治 路面裂缝的出现不可避免 而在对路面出现裂缝前加以防治却能起到事半功倍 的效果 1 3 研究内容研究内容 本论文通过一系列的实地观察和分析 对水泥混凝土路面和沥青混凝土路 面裂缝产生的原因 分布的规律 特征等进行研究 许多论文都对路面损害的 原因在结构上进行分析 从原始理论上对路面裂缝分布予以探讨和总结 考虑 比较多的是在道路设计上的原因 研究主要集中在原因上 这些研究都是利用 理论上的分析对比 没有考虑分布规律的实际性 目前对路面裂缝分布规律的 研究不多 关于分布规律的参考文献也很少 因此 本文基于对路面的实际观 测 理论分析对以下方面进行研究 1 参考大量文献 利用将路面类型的分类进行逐个分析 这里主要 分析的是水泥混凝土路面和沥青混凝土路面产生裂缝原因 2 观察水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的实际裂缝分布规律 分 析不同路面的裂缝分布特点 3 对路面裂缝的实际分布进行观察分析 本论文结合浙江杭州下沙高教园区道路的实地观测 客观地分析路面裂缝 分布特点和道路性质对裂缝分布的影响 第二章第二章 水泥混凝土路面产生裂缝的原因水泥混凝土路面产生裂缝的原因 2 1 前言前言 近几年我国的公路 城市道路建设正进行得热火朝天 路面结构形式多样 在高等级公路 城市道路建设中水泥混凝土路面以其强度高 稳定性好 耐久 性好 养护维修费用低 经济效益高 有利于夜间行车的特点越来越受到人们 的青睐 但水泥混凝土路面损坏后修复困难也是限制水泥混凝土路面进一步推 广应用的主要障碍 水泥混凝土路面都出现了不同程度的损伤断裂现象 浙江大学自学考试本科毕业论文 5 路面是道路结构的重要组成部分 其功能是供汽车在其上以一定的速度安 全 舒适 经济地行驶 路面的好坏直接影响到行车速度 运输成本 行车安 全和舒适程度 水泥混凝土路面作为一种高级路面结构形式 因其强度高 稳 定性好 耐久性好 耐高温 耐磨耗以及养护费用少等优点而得到了广泛的应 用 统计表明 目前我国已通车的 2 5 万多公里的高速公路中 有 20 即 5000 公里左右采用水泥混凝土路面 城市道路中水泥混凝土路面所占的比例更高 方守恩 2002 水泥混凝土面层即路面板 是直接也是主要承受荷载的层次 路面板的 厚度一般为 18 26cm 为了避免混凝土收缩产生不规则的裂缝 路面板一般要 切缝以释放应力 通常切缝后板块的长度为 4 6m 水泥混凝土主要是由天然砂 石材料和水泥经过一系列物理和化学反应的产物 是以水泥浆为结合料 将矿 质骨料胶结在一起而形成的具有一定力学性能的复合材料 水泥混凝土的抗压 强度大 抗拉强度小 刚度大 允许变形小 常用的路而水泥混凝土 其抗压 强度一般为 25 35MPa 抗折强度为 4 5MPa 回弹模量为 27 3OGPa 交通部 1994 水泥混凝土路面是一种主要靠路面本身直接承受荷载的路面结构形式 作用其上的不但有汽车荷载和人群荷载 还有温度变化等各种环境因素 而能 够对路面结构产生影响的除了基层材料及其性能外 主要是作用其上的汽车荷 载和温度荷载 这也是路面裂缝产生的主要原因 2 2 水泥混凝土路面裂缝的分类水泥混凝土路面裂缝的分类 裂缝是水泥混凝土路面最主要的结构破损形式之一 裂缝在水泥路面上十 分常见 其成因各种各样 从表现形式看可分为横向裂缝 纵向裂缝两种类型 按其成因不同 又可分为荷载型裂缝与非荷载型裂缝两大类 荷载型裂缝是路面承载能力下降 强度不足以承担车辆荷载或者反复循环 荷载作用引起的疲劳所产生的 由于路面结构设计不当 材料配合比不当 或 施工质量低劣 或者由于车辆严重超载 致使刚性路面在反复的交通荷载作用 下 水泥面层或刚性基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而断裂 也可能因为 下层开裂造成顶面应力集中而引起开裂 或上下同时延伸而开裂 非荷载型裂缝是横向裂缝的主要形式 非荷载型裂缝的形成原因复杂 可 浙江大学自学考试本科毕业论文 6 以是温缩裂缝 反射性裂缝 异型断面或填挖过渡段不均匀沉降裂缝 冻胀裂 缝 施工裂缝 接缝 构造物接头 伸缩缝等 裂缝 老化裂缝等等 其中最主 要的是温缩裂缝和刚性基层开裂引起的反射性裂缝 吴国雄 易志坚 姚令侃 2003 2 3 水泥混凝土路面裂缝和断板成因水泥混凝土路面裂缝和断板成因 2 3 1 水泥砼的徐变与收缩是产生裂缝的主要原因之一水泥砼的徐变与收缩是产生裂缝的主要原因之一 砼在长期恒定荷载作用下 不仅会产生瞬时的弹性变形和塑性变形 而且 还会产生随荷载作用的时间而增长的非弹性变形 这种变形称为砼的徐变或称 蠕变 在受载初期 徐变变形增长较快 经过较长时间后逐渐趋于稳定 但徐 变应变值约为瞬时应变值的 1 4 倍 徐变变形会使截面中的应力产生重分布 致使砼面板出现裂缝和断板现象 砼板如果完全处于自由变形状态的情况下 则由于砼的收缩并不会产生裂 缝 但当砼面板的周界面上具有约束作用阻止其自由收缩时才会产生收缩裂缝 通过试验表明 吴美光 2001 砼的收缩与下列诸因素有关 1 材料质量对裂缝和断板的影响 水泥砼的性能很大程度上取决于水泥 的质量 如水泥标号选用过高 则砼中水泥用量过低 影响硅的和易性和耐久 性 反之 如水泥标号选用过高 则水泥用量太多 非但不经济 而且降低硅 的技术品质 使硅具有较大的收缩性 优质的硅用砂希望具有较高的密度和小的 比面 这样才能达到既保证新拌硅有适宜的工作性和硬化的砼有一定的强度 耐久性 同时 又达到节约水泥的目的 粗集料的压碎指标直接影响着砼的耐 久性和强度 所以 要严格控制其压碎指标值 对于粗细集料都要严格控制有害 杂质含量和良好的级配 以获得密实 高强的硅 杜绝产生裂缝的隐患 2 砼配合比对裂缝和断板的影响 水泥砼路面板的配合比包括骨料的颗 粒级配 含砂率 水灰比 水泥用量 外掺剂等 上述各项指标均不同程度地 影响着硅路面板的收缩系数 骨料级配的好坏 直接影响着砼的密度 也影响 着细颗粒及微填充料的含量 它们直接影响着砼的收缩率 水灰比的大小更明 显地影响着砼的收缩系数 对于砼路面板来说 应尽可能地采取一系列措施来 浙江大学自学考试本科毕业论文 7 降低水灰比 从而达到降低收缩断板率的目的 外掺剂的使用 对于我省这种 特殊的气候环境条件 它不仅能够降低水灰比 同时也能够起到延迟弹性模量 增长的增塑作用 但由于抗折强度的要求 水泥及骨料的级配组成受到限制 骨料粒径过大 抗折强度不宜满足设计要求骨料径过小 被细微水泥填充率越 大 则矽的收缩率也相应增大 选择什么样的骨料级配组成原则将成为关键 水灰比的大小对收缩的影响已众所周知 为解决水灰比和和易性之间的矛盾 掺人减水剂 它既可降低水灰比 又可起到缓凝作用 二者都有利于降低砼的 收缩断板 3 环境对砼收缩的影响 砼所处环境温度的高低对砼的水化 硬化作用 进行的速度影响很大 环境温度高时水化 硬化速度加快 砼强度增长加快温 度下降时 水化 硬化速度降低 强度增长也将迟缓 当温度降至冰点以下时 砼中的水大部分结冰 水泥颗粒不能与固相的冰发生水化反应 并且由于孔隙 内水分结冰而引起体积膨胀 在孔隙 毛细管内壁将产生相当大的压力作用 砼的内部结构将遭到破坏 使已获得的强度受到损失 产生内部裂缝 为表面 裂缝及断板埋下了隐患 昼夜温差大也是砼裂缝断板的重要原因占白天气温升高 水泥砼顶面温度 较底面温度为高 这种温度差会造成板的中部隆起 会使板的周边翘起 这些 板的变形会受到板与基础之间的摩阻力和粘结力以及板的自重和车轮荷载的约 束力 致使板内产生过大的应力 造成板断裂 4 养护条件对砼收缩的影响 砼拌合料浇筑成型后 在一定时期内必需使 其处于保水状态 只有在保水状态下 水泥水化速度才是最大的才能保证砼强 度的正常发展 如果环境干燥或有风吹 日晒 砼内部的水份易于损失 影响 水泥水化 硬化的正常进行 甚至完全停止水化 这不仅严重影响了砼的强度 而且会使砼内部结构疏松 渗水性增大 出现干缩裂缝现象 2 3 2 基层强度不足或不均匀造成断板 基层强度不足或不均匀造成断板 现在我们多用水泥稳定砂砾作基层 它强度高 整体性好 但施工中如不 按规范操作 也很难达到规定的密实度 一般为 97 另外基层强度不均匀 比如软土地基 地下管道线等 如处理不当 极易造成断板 2 3 3 基层高程及平整度控制不好基层高程及平整度控制不好 板厚不均板厚不均 造成基层摩阻力过大造成基层摩阻力过大 约束砼板在约束砼板在 浙江大学自学考试本科毕业论文 8 温度变化时的砼收缩与徐变温度变化时的砼收缩与徐变 板块产生应力集中导致断板 板块产生应力集中导致断板 2 3 4 施工不连续施工不连续 也是裂缝与断板产生的原因 为保证砼不分层 不离析 不也是裂缝与断板产生的原因 为保证砼不分层 不离析 不 漏浆漏浆 硅从搅拌机卸出后到浇筑完的连续时间应不大于硅从搅拌机卸出后到浇筑完的连续时间应不大于 60min 由于运输机械 由于运输机械 电源动力等发生故障时电源动力等发生故障时 造成硅施工长时间间断不连续造成硅施工长时间间断不连续 前后浇筑的砼凝结时间前后浇筑的砼凝结时间 不同不同 整体性不好整体性不好 形成断板 形成断板 2 3 5 由于模板接缝不严实由于模板接缝不严实 发生跑浆 漏浆发生跑浆 漏浆 造成接缝处硅强度骤然降低造成接缝处硅强度骤然降低 致使致使 硅板在此开裂 硅板在此开裂 2 3 6 假缝做的不好假缝做的不好 形成该开裂的地方不裂形成该开裂的地方不裂 不该开裂的地方反而开裂不该开裂的地方反而开裂 1 切缝不及时 超过个 300 个 s 发生干缩裂缝 2 压缝不完全 主要表现为压缩深度不够 砼收缩时不能从此开裂压缝 长度不够 形成连浆 造成假缝的正常开裂困难 出现局部斜裂缝嵌缝条不顺 直 也可产生裂缝 切缝时间不及时 使水泥混凝土面板很容易产生裂缝及断板 切缝的主要 目的 就是要缩小水泥混凝土面板的长度 来减小内部应力 实现人为的整齐 划一的有规则断裂 当混凝土的收缩力大于本身的抗拉强度时 若不及时切缝 形成人为的薄弱断面 让其有规则的断裂 就很容易产生不规则的裂缝及断板 笔者多次观察到 在切完缝 24h 后 基本上每隔 3 4 块面板之间就有一 道缝顺缝口下裂开 在清晨温度较低时清晰可见 图一 李辰德 钱秀华 1999 图一 浙江大学自学考试本科毕业论文 9 在养生期间 随时间 温度变化顺缝口下断裂渐增多 直至开放交通后基 本上都顺缝口下断裂 上述情况属正常现象 说明切缝时间是及时的 这样水泥混凝土路面不可 能再发生裂缝及断板 若切缝时间过迟 切缝太浅 即在距缝口 30 100cm 处产生裂缝长度不等 的不规则裂缝 图 2 第三章第三章 沥青混凝土路面产生裂缝的原因沥青混凝土路面产生裂缝的原因 3 1 前言前言 沥青路面是以沥青材料为结合料粘结矿料而修筑的面层与各类基层和垫层 所组成的路面结构 由于沥青路面使用沥青为结合料 因而增强了矿料间的粘结力 提高了沥 青混合料的强度和稳定性 使路面的使用质量和耐久性都得到了提高 与水泥 混凝土路面相比 沥青路面具有表面平整 无接缝 行车舒适 耐磨性好 震 动性好 噪音低 施工期短 养护维修简便 适宜分期修建等优点 沥青路面 也是我国高速公路的主要路面形式 随着国民经济和现代化道理交通运输发展 的需要 沥青路面必将得到更大的发展 贾晓敏 2006 浙江大学自学考试本科毕业论文 10 沥青路面因其行车舒适业已成为道路铺面的主要类型 美国公路统计年报 显示 全美 390 万铺装路面的公路中 沥青路面占 94 在高级路面中 68 25 的 城市道路和 79 25 的公路选用沥青路面 我国 2003 年公路水路交通行业发展 统计公报 表明 公路建设随着国家综合实力的提高和西部大开发战略的实施而 得到空前的发展 截止 2003 年底 全国公路总里程达到 180 98 万公里 其中 高速公路 29745 公里 全国有路面公路里程 164 74 万公里 占总里程的 91 而沥青路面已成为我国公路路面的主要形式 同时 在我国的机场建设和城市 道路建设中也广泛地选用沥青路面 因此 不断提高沥青路面的设计 施工和 维修管理水平并防止和控制路面的早期破坏 对于促进我国公路交通基础设施 的健康发展具有特别重要的意义 毛成 2004 在中国高速公路上 半刚性基层沥青路面结构有明显差别 常见的路面结 构见 图 3 1 吴传海 2006 双层式沥青路面面层厚 9 10cm 三层式沥青 面层厚 12 18cm 其中绝大多数是 15 16cm 18cm 很少 多数半刚性基层厚 20cm 少部分厚达 37cm 半刚性材料层的总厚度一般在 50 60cm 仅少数部分 为 40 60cm 层 在潮湿地段上的半刚性路面常有 15 20cm 的砂砾或稳定土垫 层 方守恩 2002 半刚性基层沥青路面的特点 半刚性路面的裂缝主要是沥 青面层的温度裂缝 反射裂缝只占很少数 半刚性路面的承载能力可完全由半刚 性材料层来满足 沥青面层可仅起功能性作用 就沥青面层的裂缝而言 并不 是面层愈厚 裂缝愈少 西安试验路和长春试验路表明 面层厚 12cm 路段的 裂缝最少 面层厚 15cm 路段的裂缝甚至还多于面层厚 9cm 的路段 在中国己 有部分高速公路的半刚性路面采用了 9 12cm 厚沥青面层 新版 公路沥青路面 设计规范 JTJ014 一 97 交通部 1997 也把以前的最小 1scm 改为建议 12cm 这就形成了中国高等级公路路面的特点一一 强基薄面 根据半刚性 材料的强度 抗冲刷性和收缩性 可选取水泥稳定粒料和石灰粉煤灰稳定粒料 作为高等级公路的路面基层材料 其他半刚性材料仅作底基层 浙江大学自学考试本科毕业论文 11 图图 3 1 3 2 沥青混凝土路面裂缝的分类沥青混凝土路面裂缝的分类 裂缝是沥青路面最主要的结构破损形式之一 裂缝在沥青路面上十分常见 其成因各种各样 从表现形式看可分为横向裂缝 纵向裂缝和网状裂缝三种类 型 按其成因不同 又可分为荷载型裂缝与非荷载型裂缝两大类 荷载型裂缝是路面承载能力下降 强度不足以承担车辆荷载或者反复循环 荷载作用引起的疲劳所产生的 由于路面结构设计不当 材料配合比不当 或 施工质量低劣 或者由于车辆严重超载 致使半刚性基层沥青路面在反复的交 通荷载作用下 沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而断裂 由结构层底面拉应力引起的疲劳破坏首先从底基层底面开始 并逐渐向上延伸 接着半刚性基层产生疲劳破坏 在车辆荷载的反复作用下 裂缝逐渐向上扩展 至表面 也可能因为下层开裂造成顶面应力集中而引起开裂 或上下同时延伸 而开裂 在路面设计和施工都符合要求的情况下 半刚性路面的结构性破坏常 先发生在行车道的轮迹带上 面层产生疲劳破坏的初始征兆是轮迹带上产生细 小纵向裂缝 随后产生横向裂缝及形成网裂和变形 由车轮荷载引起的裂缝反 映在面层上 往往不是单独的 稀疏的或较有规则的裂缝 而是稠密的 有时 互相联系的网状裂缝 我国测试规程定义裂缝与裂缝连接成龟甲状的不规则裂 缝 且其短边长度不大于 40cm 者称为龟裂 在路面纵向有平行密集的裂缝 浙江大学自学考试本科毕业论文 12 虽未成网但其距离不大于 30cm 者 亦属龟裂 非荷载型裂缝是横向裂缝的主要形式 非荷载型裂缝的形成原因复杂 可 以是温缩裂缝 反射性裂缝 异型断面或填挖过渡段不均匀沉降裂缝 冻胀裂 缝 施工裂缝 接缝 构造物接头 伸缩缝等 裂缝 老化裂缝等等 其中最主要 的是温缩裂缝和半刚性基层开裂引起的反射性裂缝 裂缝包括疲劳裂缝 块裂 边缘裂缝 纵向裂缝 反射裂缝和横向裂缝 为了说明沥青路面裂缝破损严重程度的分类标准 表 3 2 给出了美国最新 LTPP 路面损坏鉴别手册 SHRP P 338 中对沥青路面裂缝类损坏及严重程度的分 类 Washington D C 1993 SHRP P 338 沥青路面裂缝类损坏及严重程度的分类沥青路面裂缝类损坏及严重程度的分类 损坏类型简要特征 测量统 计单位 严重程度 疲劳裂缝 在轮迹带上 缝 距小于 0 3 米 平方米 轻微 裂片区并未连片成网 无明显唧泥 中等 裂片区以连片成网 有个别裂缝或 封缝无明显唧泥 严重 裂缝成片严重碎裂或以封碎 车辆 通过时有碎块移动 有明显唧泥发生 块裂 缝距 0 3 3m 块 的面积 0 1 10m2 平方米 轻微 平均缝宽 mm 或以封缝附近无 损坏 中等 平均缝宽 6 19mm 附近有轻微块 裂 严重 平均缝宽 19mm 附近有中等块裂 边缘裂缝 包括路肩在内靠 路面边缘 0 6m 范围内的纵向开 裂 平方米 轻微 裂缝未开裂 材料未散失 中等 裂缝少许断开 材料散失不超过 10 的长度 严重 裂缝已断开 材料散失已超过 10 的长度 纵向裂缝 a 轮迹带 b 非轮迹带 米 轻微 平均缝宽 mm 或以封缝附近无 损坏 中等 平均缝宽 6 19mm 附近有轻微块 裂 浙江大学自学考试本科毕业论文 13 严重 平均缝宽 19mm 附近有中等块裂 反射裂缝 a 纵缝的反射 裂缝 b 横缝的反射 裂缝 条数 m 轻微 平均缝宽 mm 或以封缝附近无 损坏 中等 平均缝宽 6 19mm 附近有轻微块 裂 严重 平均缝宽 19mm 附近有中等块裂 横向裂缝 除水泥混凝土路 面伸缩缝反射裂 缝外的与路面大 体垂直的横向裂 缝 条数 m 轻微 平均缝宽 mm 或以封缝附近无 损坏 中等 平均缝宽 6 19mm 附近有轻微块 裂 严重 平均缝宽 19mm 附近有中等块裂 高等级公路沥青路面上常见的损坏现象主要是裂缝 横向 纵向及网状裂缝 公路沥青路面养护技术规范 JTJ073 2 2001 也有类似的沥青路面破损分类 有关裂缝类的详细分类见表 3 3 公路沥青路面养护技术规范公路沥青路面养护技术规范 JTJ073 2 一一 2001 沥青路面破损分类沥青路面破损分类 类型分级外观描述分级指标计量单位 轻初期龟裂 缝细 无散落 裂区无变形块度 20 50cm 中 块裂明显 缝较宽 无或轻散落或轻度变 形 块度 20cm 龟裂 重 裂块破碎 缝宽散落重 变形明显 急待 维修 块度 20cm 平方米 轻缝细 不散落或轻微散落 块度大块度 100cm不规则 裂缝重缝宽 散落 裂块小块度 50 100cm 平方米 轻缝壁无散落或轻微散落 无或少支缝缝宽 5mm 纵缝 重缝壁散落多 支缝多缝宽 5mm 平方米 轻缝壁无散落或轻微散落 无或少支缝缝宽 5mm 横缝 重缝壁散落多 支缝多缝宽 5mm 平方米 浙江大学自学考试本科毕业论文 14 3 2 1 纵向裂缝表现为沿路面行车方向分布的单根裂缝 裂缝方向与路面中心线 大体平行 一般成熟的纵向裂缝都较长 达到 20 50m 在路表水渗入路堤下地 基范围较小的情况下 可能仅在中央分隔带两侧行车道上 甚至接近硬路肩的 一侧产生一条纵向裂缝 在路表水渗入路堤下地基范围较大的情况下 可能在中 央分隔带两侧行车道上和超车道上产生两条纵向裂缝 少数路段甚至有多条纵 向裂缝 特别是当路基边部压实不足 路堤边部会产生沉降 导致在距路边 30cm 左右处产生纵向裂缝 亦称为边缘裂缝或啃边 在沥青混合料摊铺时 由 于纵向接缝处理不当 造成路面早期渗水或压实度未达到要求 在行车作用下 亦会在纵向接缝处形成纵向裂缝 由于地基和填土在横向不可避免的不均匀性 特别是在有路表水渗入地基的情况下 路面产生细而小的纵向裂缝是不可避免 的 但是路面产生纵向裂缝过多过早 裂缝宽度过大和长度过长 将严重影响 路面使用性能和使用寿命 向下扩展裂缝是另一类荷载型纵向裂缝 发生在沥青路面行车道两侧轮迹 带边缘 由沥青面层表面开始并向下延伸 表现为纵向裂缝 可定义为起始裂 缝发生在沥青路面表面沿轮迹带方向并且向沥青面层内扩展传播 向下扩展裂 缝的观点现在受到了世界上的重视也称为表面裂缝 纵向表面裂缝 表面起始 纵向轮迹裂缝 及国内称之为 车辙纵向裂缝 3 2 2 横向裂缝表现为与路面行车方向垂直分布的单根裂缝 裂缝方向与路 面中心线大体垂直 由于地基或填土路堤纵向不均匀沉降 或由于沥青混合料 摊铺时横向接缝处理不当 会产生横向裂缝 并伴有错台现象出现 在温度变 化大的地区 夏季完好的路面到了冬季会由于路面温度过低或温度变化过大 还会产生纵向近似等间距的横向温度裂缝 沥青路面出现的绝大部分横向裂缝 是温度裂缝 这类裂缝一般从沥青面层表面开裂 逐渐向底面层和基层延伸 扩展 从而形成了上宽下窄的裂缝川 有的横向温度裂缝会贯穿路面的一部分 而大部分横向温度裂缝则是贯穿整个路面宽度 一条沥青路面会有多根横向温 度裂缝 温度裂缝一般比较规则 每隔一定的距离产生一道裂缝 其间距大小 取决于当地的气温和路面各层材料的抗裂性能 间距短的可能为 6 10m 长的 可达 100m 甚至更长 气温高 日温差变化小 路面材料抗裂性能好的路段 一般间距较大 且出现裂缝的时间也较晚 在同一地区 影响面层裂缝数量的 浙江大学自学考试本科毕业论文 15 最重要因是沥青的质量 沥青面层缩裂多发生在冬季气温较低的地区或易发生 温度骤变的地区 当沥青面层中的平均温度低于其断裂温度时 或者说在降温 过程中沥青面层的应力松弛性能降低 所产生的温度应力积聚超过其在该温度 时的抗拉强度时 沥青面层即发生断裂 应指出的是 沥青面层的温度收缩裂 缝经常是在温度应力的反复作用下 裂缝逐渐发展与扩张而形成的温度疲劳裂 缝 卢远芳 任会欣 2005 3 2 3 反射裂缝是由于下铺层不连续处 裂缝或接缝 作用在热拌沥青混凝土面层 底的应力超过了材料的抗拉强度并使面层底面开裂 裂缝逐渐向上扩展直至穿 透面层 反映为表面的裂缝 反射裂缝一般多发生在加铺层上 由于旧有的水 泥路面的接缝和裂缝 或旧有沥青路面的纵向裂缝 横向裂缝和块裂等 在加 铺时未加以适当的处理而导致加铺层产生与下铺层裂缝形状相似的反射裂缝 在新建的半刚性沥青路面上 半刚性基层受天长日久的温度变化引起的温度收 缩裂缝或受外界环境湿度变化产生的干缩裂缝 也会向路表面扩展形成基层反 射裂缝 基层反射裂缝是指半刚性基层先于沥青面层开裂 在交通荷载应力与 温度应力的共同作用下 在基层开裂处的面层底部产生应力集中而导致在面层 底部大体相对应的位置开裂 半刚性基层的开裂通常由温度收缩或干缩引起 多数情况是在基层铺筑后 由于未及时按规定进行养生或由于未及时铺筑沥青 面层 使基层长期暴露在大气中 在降温和水分蒸发联合作用下而开裂 当然 也可能在铺筑沥青面层后 路面在使用过程中 由于温度骤变 当基层内的温 差超过某一范围 致使其温度应力超过其抗拉强度而开裂 后者一般发生在沥 青面层相对较薄且日温差较大的地区 由于底层或基层不连续处 接缝或裂缝 的水平运动或垂直运动 会使沥青路面的底面层产生较大的拉应力或剪应力 并最先开裂 然后裂缝在荷载应力和温度应力的单独或共同作用下逐渐向上延 伸 扩展 并贯穿整个面层 开成下宽上窄的裂缝 反射裂缝常存在两种起裂 模式 一种反射裂缝发生在薄沥青面层 半刚性基层或旧路面的裂缝促使沥青 面层大致在相同位置产生裂缝 此裂缝起始于面层底面 在应力作用下逐渐向 上扩展并穿透面层 这是一种传统认为的典型反射裂缝 另一种反射裂缝发生在 较厚的沥青面层上 下层的裂缝促使沥青面层在大致相同的位置产生裂缝 此 裂缝起始于面层的表面 在应力作用下逐渐向下传播直到与下层裂缝相连 也 浙江大学自学考试本科毕业论文 16 称之为对应裂缝 3 2 4 称网裂 裂缝与裂缝连接成龟甲纹状的不规则裂缝 且其短边长度不大于 40cm 者 在路面纵向有平行密集的裂缝 虽未成网 但其距离不大于 30cm 者 亦属龟裂 龟裂是由于路面受交通荷载反复作用 其变形和挠度过大 表现为 路表弯沉较大 在沥青路面的柔性不够及在重载车辆的反复碾压下 路面材料 发生疲劳破坏而形成的一种裂缝 亦称为疲劳裂缝 这种裂缝开始可能只是微 观裂纹 后来相互连通形成宏观裂缝 3 2 5 当沥青面层宽度较大时 在横向开裂的同时 也会产生纵向开裂 从而 成为块裂 块裂的裂缝形状呈不规则的大块多边形 或呈大网格状 其在形状 上和尺寸上都有别于龟裂 测试规程把块裂定义为裂缝与裂缝连接成网 其短 边长度大于 40cm 但长边长度小于 300cm 者 且棱角较明显 块裂通常是由 于铺设沥青路面的沥青混合料采用了大量的低针入度沥青和亲水性集料 或沥 青发生老化失去其弹性 而在交通荷载作用下导致脆裂 或由于在低温作用下使 沥青混凝土产生缩裂 块裂在较开阔的广场 停车场和城市道路上普遍发生 这类裂缝常常会导致路表水渗入路基和路床 降低路面的结构强度而形成其它 的损坏 3 2 6 滑移裂缝是在车辆刹车 转弯或加速时产生的突然增大的水平力作用下 在路表面上沿行车方向形成的一种新月形状的裂缝 或称为 U 形裂缝 U 形的 顶端常指向作用力的方向 滑移裂缝最常发生在车辆刹车 转弯或加速的位置 当滑移裂缝由刹车引起时 滑移裂缝的末端 U 的顶端 指向行车方向 如果滑移 裂缝是由车辆加速引起 裂缝的末端 U 的顶端 将指向车的后方 滑移裂缝通 常是由于沥青路面表面层与底面层或面层与基层的粘接性不好 同时面层又受 到较大的水平外力时无法有效地传递给底层 而使表面层单独承受 造成路面 表面被拉裂破坏 郑健龙 周志刚 张起森 2002 3 3 沥青混凝土路面裂缝成因沥青混凝土路面裂缝成因 3 3 1 设计原因 路面结构设计不合理或厚度不足 路面强度无法满足行车要求或者对路面 设计年限内交通量年均增长率估计不足 致使路面强度不足 满足不了交通量的 浙江大学自学考试本科毕业论文 17 迅速增长和汽车载重明显增大的需要 以至沥青路面产生裂缝 3 3 2 材料因素 沥青原材料低温延性差 沥青混合料配合比不正确 集料级配不佳 粘结 力低 是造成路面早期裂缝的主要因素 3 3 3 气候因素 极端最低温度 降温速率 低温持续时间 升降温循环次数是气候条件影 响沥青路面温缩裂缝的四大要素 这种裂缝在路面重复荷载的作用下使沥青路 面表面形成横向反射裂缝 3 3 4 施工因素 1 路基或基层结构强度不足 路基局部下沉造成路面掰裂 2 半刚性基层在铺建时 养生不及时或养生结束后没有及时洒铺封层或 透层油 造成混合料水分减少 产生干缩应力 形成干缩裂缝 3 基层混合料的离析或碾压不密实及机械组合不合理 造成基层上部细 粒料上浮 形成强度较弱的薄层 在行车荷载作用下 易产生龟状裂缝 4 施工填土未压实 路基产生不均匀沉陷 接缝处压实未达到要求 在 行车作用下形成纵向裂缝 5 沥青混合料摊铺时间过长 其表面温度低 内部较热 用重型压路机 碾压易引起路面层切断 6 施工接缝处理不当 碾压方式不正确易产生横向裂缝 7 沥青混合料分幅碾压或纵向接茬时 由于接茬处理不当造成接茬开裂 3 3 5 超载因素 1 由于超载车辆引起累计轴次的增大 从而引起设计弯沉值减小 造成 正常设计的路面基层或底基层抗拉强度不足 使其提前在层底产生拉裂 2 由于超载加之车辆的振动冲击作用 特别是车辆在上下坡和刹车时将造 成沥青路面的剪切破坏 刘海超 2000 3 4 沥青路面裂缝形成机理分析沥青路面裂缝形成机理分析 纵向裂缝纵向裂缝产生的原因有多种可能性 在新建公路中由于碾压上的原因 出现 填土未压实或两侧密实度不均 使路基产生不均匀的沉陷而形成裂缝 对于改 浙江大学自学考试本科毕业论文 18 建公路 因与老路相接处没有处理或者处理不符合技术规范要求 造成路基不 均匀的沉陷或者滑坡而形成裂缝 特别是填挖结合部或填高沿横向变化较大处 更易出现 其纵缝常是断续的 路肩加固处理或处理不当 路基边缘受水浸蚀 导致路基湿软 承载力不足 进而引起路面边缘的纵向裂缝 形成边缘裂缝或 称啃边 填土含水量偏大 在冻胀作用下形成裂缝 沥青混合料摊铺时 由于 接缝处理不当 造成路面早期渗水或压实度未达到要求 在行车荷载作用下形 成纵向裂缝 出现的纵向裂缝相当长并且比较顺直 沥青含腊量偏高 延度偏 于下限 油层抗拉强度低 加之受当地资源的影响 出现公路两侧空 重载失 调 长期在行车荷载作用下形成纵向裂缝 轮胎破坏后轮毅在路面上行走造成 的轮毅压裂在许多路上也常见到 对于另一种荷载型纵向裂缝 国内研究报道较少 但最近美国和欧洲已有 越来越多的研究证实了许多与荷载有关的疲劳裂纹发生在路面的表面且向下扩 展贯穿沥青混凝土面层 这是一种比传统的疲劳裂纹更为严重的情况 尽管有 些表面裂纹对路面结构的承载力没有影响 但他们对磨耗层的耐久性和功能寿 命有强烈的影响而且它还允许水和其它外来杂物渗入到路面结构中 这就是沥 青路面向下扩展裂纹 可定义为起始裂缝发生在沥青路面表面沿轮迹带方向并 且向沥青面层内扩展传播 从路面中钻取的试样和切槽断面显示了裂纹可能扩 展穿透表面层 表面层和部分中面层 或穿透三层沥青层 这取决于路面的路 龄 沥青路面向下扩展裂纹的初期是由出现在轮迹带外侧的单一短小的纵向裂 纹组成随着时间的推移 沥青路面向下扩展裂纹进入第二阶段 此时纵向短裂 纹生长变长并在最初裂纹的 0 3 1 0m 的范围内形成裂纹簇 最后 沥青路面向 下扩展裂纹进入第三阶段 平行纵向裂纹簇通过短的横向裂纹相互连接形成龟 裂 沥青面层轮迹带上车辆轮载的反复作用 使行车道的车辙形状成 W 形或 U 形 在轮迹带两侧由于拉应力或拉应变的反复作用而产生纵向疲劳开裂 这 种裂缝在沥青路面车辙严重的路段很容易观察到 尤其对实行渠化交通的汽车 专用高速公路上表现更为明显 因此 有关沥青路面向下扩展裂纹形成的机理可以大致归纳为 一是 由于轮胎 宽基轮胎或径向轮胎和高的充气压力被认为是引起高的拉 浙江大学自学考试本科毕业论文 19 应力 产生高的表面拉应力 车辆超载也属此种情况 二是 由于高的表面温度引起上层刚度的降低 形成高温车辙 在轮迹带 边缘产生纵向裂缝 三是 沥青胶结物的老化 硬化导致沥青面层中高的低温应力 观察到的横 向裂纹最可能的一个原因 和荷载应力 四是 沥青混凝土面层的厚度对沥青路面向下扩展裂纹形成机理的确切影 响有待进一步研究 五是 沥青混合料施工时造成集料及温度的离析 压实不均匀 当然 这 些因素也是相互影响 也是多种因素共同作用的结果 毛成 2004 横向裂缝横向裂缝为与路中线近乎垂直的裂缝 间或伴有少量支缝 产生横向裂缝 的主要原因如下 构造物横穿路基时 在构造物两侧产生的裂缝 以及桥台与路 堤衔接处产生的裂缝 山谷高填方地段与挖方衔接处产生的裂缝等 这些横向 裂缝都是由于路基土体的不均匀沉降引起的 由于半刚性基层裂缝或刚性路面的 接缝或裂缝反射引起的横向裂缝 沥青面层由于暴露在自然环境中 沥青容易老 化 沥青混合料的极限拉伸应变小 应力松弛性能差 也是造成沥青路面产生 裂缝的重要因素 由温度应力引起的温度裂缝是横向裂缝的主要形式 温度裂缝通常不是由于荷载作用引起的 低温收缩或半刚性基层收缩是产 生横向温度裂缝的主要原因 温度裂缝产生主要是由于沥青路面在气候反复变 化下产生的累计温度应力超过沥青路面的抗拉强度而引起 开裂首先在沥青混 合料抗拉强度的薄面或某点开始 面层的表面开裂后 就会在裂缝尖端产生应 力集中 使其继续向下发展并贯穿整个沥青面层 沥青混凝土的低温变形能力 主要取决于沥青材料的低温性能 沥青与矿料的粘结强度以及沥青混合料的均 匀性 沥青路面低温抗裂性能的好坏 关键是沥青材料本身直接影响到沥青混 合料的低温抗裂性 沥青的低温针入度 低温感温比及流变指数对沥青混合料 的抗裂性能影响较大 低温针入度越大 低温感温比越小 以及沥青低温的流变 指数越小 则其低温抗裂性能越好 低温模量较低且收缩系数小的沥青混合料 产生的温度应力较小 同时变形能力强而强度也较高的混合料低温抗裂性能较 优良 反射裂缝反射裂缝的产生和发展 目前一般认为 由于温度变化引起的混凝土板伸缩 浙江大学自学考试本科毕业论文 20 和交通荷载驶过接缝或裂缝 在缝端附近的沥青混凝土材料内产生应力集中 而接缝或裂缝处不能很好地传递拉应力或剪应力 导致反射裂缝的产生和发展 温度变化时混凝土板的长度发生变化 在接缝或裂缝处诱发拉伸应力 若此处 的沥青面层拉伸强度不足 则很快出现裂缝 交通荷载驶过接缝或裂缝 除拉 伸裂缝外 缝两边的混凝土板对加铺层产生剪切作用 也可诱发反射裂缝产生 和发展 反射裂缝产生的基本机理是沥青面层受到交通荷载和温度联合或单独作用 产生受拉疲劳和剪切疲劳 路面反射裂缝是由于面层下部的拉应力 超过了沥 青混凝土的极限强度所致 偏荷载作用下的主拉应力 或剪应力 和温度变化下 的收缩应力是反射裂缝形成的根本原因 在冬季低温下 当基层开裂后 由于 基层失去抵抗拉应力的作用 就在开裂位置将应力传递给面层 造成面层在裂 缝处的应力集中 而且在低温下沥青面层的模量较大 它仅能承受较小的温度 应力 因而极易产生反射裂缝 此时如果再加上偏荷载主拉应力的作用 其应 力值就有可能超过材料的极限强度 从而使面层发生开裂 长期的温度变化引 起基层的胀缩 使面层承受拉应力的反复作用引起受拉疲劳 产生裂缝并导致 裂缝沿竖向扩展到路表 扩展速率是由基层温度变化的幅度 基层板块的长度 基层材料的温度特性以及面层对这种疲劳的抵抗性能等因素决定的 这种疲劳 作用在面层较薄或基层板块较长的路面上尤其明显 当车辆通过加铺在旧水泥 路面板或由于开裂而形成板块的基层上的沥青面层时 可将车辆通过裂缝分为 三个过程 l 车辆荷载位于接缝或裂缝一侧时 即偏载 接缝或裂缝两侧相邻板 块端部之间产生竖向相对位移 在沥青面层中产生较大的剪切应力 2 荷载位于 接缝或裂缝正上方时 即对称荷载 缝两侧相对位移较小或无相对位移 沥青 面层主要承受弯拉应力作用 3 车辆驶过裂缝时的情况与 l 中相同只是受力方向 相反 可见 一次轮载驶过 沥青面层将受到 2 次剪切应力和 1 次弯拉应力的 作用 这种荷载应力连同温度应力一起反复作用 是造成反射裂缝产生和扩展 的主要原因 反射裂缝扩展速率受半刚性基层板长和基层裂缝率的影响 沥青混 合料中沥青含量 沥青等级 矿料粒径 空隙率以及沥青面层厚度都对受拉疲 劳寿命有影响 应用三维光弹模型试验研究半刚性基层开裂表明 半刚性基层开 裂后 这种裂缝是不稳定的 裂缝尖端应力条纹十分密集 在偏荷载作用下将 浙江大学自学考试本科毕业论文 21 沿平行裂缝方向扩展至路面 提高半刚性基层材料的柔韧性 可预防裂缝的产 生 采用低模量高变形材料的应力吸收薄膜 可明显地防止产生反射裂缝 龟裂龟裂 不规则裂缝的形成主要是路面整体强度不足 沥青路面老化 在行 车荷载的作用下形成的 龟裂是相互交错的疲劳裂缝 形成一系列多边形小块 组成的网状开裂 它的初始形态是沿轮迹带出现单条或多条平行的纵向裂缝 后在纵向裂缝间出现横向和斜向连接缝 形成网状裂缝 龟裂是沥青混凝土中 沥青老化 松弛性能降低 车辆超载 行车荷载反复作用的结果 龟裂的产生 反映了路面结构的强度不足以承受行车荷载的作用 是沥青路面的一种主要结 构损坏类型 另外 基层排水不良 低温时沥青混合料变硬或变脆 也能造成 龟裂 龟裂在一些高速公路上比较普遍 Il 而且面积较大 沈大高速公路较为 严重 一些路段在春融季节及雨季出现哪泥 横向推移 隆起 并逐年加重 块状裂缝块状裂缝的形成机理可以由沥青混凝土老化 低温作用 基层和面层集料 离析或压实不均匀以及路面结构强度不足等因素来加以识别 沥青混合料在间 歇式拌和机中拌的时间过长 拌和温度过高或在贮料仓中贮存时间过长 都会 使沥青氧化变硬 沥青混合料的极限拉伸应变变小 应力松驰 性能降低 使 沥青对拉应变特别敏感 一旦低温作用或荷载产生的拉应变超过了沥青混凝土 的抗拉强度 就会产生块状裂缝 低温作用下形成的块状裂缝其机理与低温作 用下的温度裂缝机理相似 温度裂缝大体垂直于路线方向 裂缝间距变化在数 米至数十米之间 当路面宽度大于裂缝间距时 还将产生纵向温度裂缝 从而 形成块状裂缝 对于施工因素而言 在基层或沥青混凝土面层施工时 未按规 范要求用摊铺机进行施工 不可避免地会造成基层或面层混合料离析 而且厚 度和压实度不均匀 表面不平整 这样在大量行车及超载车辆作用下也会产生 块状裂缝 由以上分析可见 影响块状裂缝形成的因素也是多种多样的 一个 块状裂缝可能是纵向和横向裂缝的综合体现 滑移裂缝滑移裂缝 在沥青面层与基层结合不好的情况下 容易发生典型的滑移裂缝 在喷洒透层沥青 或粘层沥青 或铺设下封层之前 基层顶面没有清扫和冲洗干 净 在基层顶面有薄层砂土或二灰 甚至局部有外来素土层 它们不但直接影 响透层沥青透入基层 或影响粘层和下封层与基层粘接 而且使沥青容易被行 车车轮粘走 造成脱皮 卷皮等破坏现象 一方面使粘层 下封层或防水层的 浙江大学自学考试本科毕业论文 22 完整性遭到破坏 另一方面成为沥青面层与基层之间的隔离层 开放交通后 干燥时形成薄层粉 潮湿时 表面水渗入或下层气态水上升都会使它潮湿 变成稠 浆 使面层与基层不粘结 而月潮湿时类似润滑剂 更容易引起沥青面层产生 滑移裂缝 滑移裂缝最常发生在车辆刹车 转弯或加速的位置 在城市道路的 交叉口路段经常可以观察到滑移裂缝 因此 当沥青面层受到水平外力作用时不能有效地将水平外力传递到基层 整个路面结构不能有效地分担沥青表面受到的水平外力 沥青面层将受到较大 的水平外力 当此外力超过沥青面层的抗拉或抗剪切强度时 面层就会产生上 述的滑移裂缝 第四章第四章 路面裂缝的分布研究路面裂缝的分布研究 4 1 水泥混凝土路面裂缝分布规律水泥混凝土路面裂缝分布规律 水泥路面裂缝分布情况统计的目的是