高等级沥青路面裂缝成因及预防措施

1、高等级沥青路面裂缝成因及预防措施 摘要：对高等级公路沥青路面裂缝进行归类，从结构缺陷、温度变化、超限荷载、施工方式或工艺缺陷、构造因素及其它外界环境因素几个方面对早期裂缝进行原因分析。预防裂缝则从设计方面重点阐述为满足高等级公路对路面使用功能高标准要求，对路面结构设计在强度组合、厚度组合、功能组合方面采取的措施。提出我国目前情况下高速公路路面结构设计组合几种方案。厚度组合设计方面提出规范对高等级公路路面结构最小厚度设置底线，强度组合设计方面提出半刚性添加纤维基层和钢筋混凝土基层结构形式。施工方面对半刚性基层防裂缝措施进行重点论述，在原材料选择、配合比、含水量、铺料温度等方面有针对性地提出了预防

2、和减轻裂缝出现的相应措施。关键词 沥青路面；裂缝；原因；预防；措施有了沥青路面，就有了沥青路面裂缝。对沥青路面裂缝进行原因分析以及研究防治沥青路面裂缝的措施，都已经是由来已久的话题。裂缝形成初期对路面使用功能不会造成很大影响，但只要发生裂缝就说明结构产生了破坏，随着时间推移，裂缝扩展将会逐步减弱结构承载力，水从裂缝渗下使各结构层出现稳定问题，进而使路面出现各种病害，降低路面服务水平。 1 裂缝产生的原因1.1 结构缺陷路面结构是一个整体，它依附在土基之上，由沥青面层、基层、垫层几部分组成，任何一个结构层次存在缺陷或者各层间联结不当都可能使路面出现裂缝。垫层虽然作为一个独立层，但所用材料一般分为

3、两类，一类是由松散粒料，如砂、砾石、炉渣等组成的透水性垫层，为减少分析层次，在下面按结构层分析原因时把这类垫层同土基一同分析；另一类是用水泥或石灰稳定土等修筑的稳定类垫层，在下面按结构层分析原因时把这类垫层同基层一同分析。1 土基原因土基是路面的基础，承受路面结构传递下来的全部动载和静载，要求具有足够的强度和整体稳定性。当土基存在质量缺陷，如设计工作区深度偏小、软土地区土基处理不当、换填或淤泥处理不彻底、填筑密实度不足、填料的液限偏高、填料差异造成不均匀沉降等都会导致结构破坏，致使路面发生开裂。2基层原因基层分刚性基层、半刚性基层和柔性基层。基于我国国情，只谈半刚性基层产生裂缝的原因。半刚性基

4、层结构缺陷主要是干燥收缩。新铺的半刚性基层，随着混合料中水分的减少，要产生干缩变形，形变积累产生裂缝。对基层干燥收缩影响较大的因素很多，集料级配不好、细料过多、水泥用量大、水泥标号高、集料含水量大、施工温度高都会增大基层干燥收缩。3面层原因 集料规格、质量、级配以及沥青的路用性能对抵抗沥青面层裂缝的发生起着很关键作用。由面层自身因素引发裂缝的情形为：沥青材料低温稳定性能差使面层在低温情况下出现开裂；集料含土或天然砂比例高，碾压时出现“呲牙”，甚至推移；沥青加温时间长及温度过高造成沥青老化、摊铺温度低、油料离析等使油料间粘结力下降，碾压和使用后出现开裂。4层间结合原因我国公路沥青路面结构设计理论

5、为双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论。即假设在车辆荷载作用下，各结构层是一个联系紧密共同受力的整体。结构没有破坏时最大弯拉应力出现在基层底面，破坏顺序由下而上。然而由于种种原因，各层间联结没有实现连续的理论状态。如下基层表面有浮土杂物、路拌基层出现素夹层、基层和面层之间粘结油不匀等因素都会影响体系的连续性。基层间连续不好会导致承载力不够引发裂缝。外观特征是先发生纵向裂缝再逐步发展成纵向网裂、龟裂，直至破坏。基层与面层之间连接不好，会导致面层推移开裂。5结构组合原因由于行车荷载和自然因素对路面的影响，路面的使用功能随深度的增加而逐渐减弱。为了适应这一特点，路面结构通常是分层铺筑的。按照

6、使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不同，进行不同结构组合。即由上而下强度递减、差距均衡的强度组合；功能互补的功能组合；厚度适当、满足要求的厚度组合。每种组合不好都可能使结构功能弱化甚至破裂。对于厚度方面，本人以为我国高等级公路沥青路面基层总厚度不足。由于种种原因，运输市场管理缺乏严厉手段，超限车辆不能根除，结构设计时要给予考虑。基层结构本身来说，由于受外界环境特别是水的影响，半刚性基层随时间推移自身强度逐渐衰减，受荷载频繁作用抗疲劳变形能力下降。又由于半刚性基层破坏的不可恢复性，决定了这种结构要采取相当大的安全系数，同时，基于长寿路面的理念和交通长远发展的要求，对高等级公路基

7、层厚度确定主张保守做法。现在高速公路采用的60-80cm结构总厚度太冒险。1.2温度变化半刚性基层、沥青面层乃至土基都会随温度变化在结构内部产生温度应力，当应力聚集足够大时，结构出现开裂。1基层温度变化半刚性基层大都在高温季节施工，随着昼夜温差和季节温差的变化，结构将产生收缩，收缩应力大于结构承受能力时发生裂缝。裂缝的发生破坏了结构的整体性，材料在水平方向发生位移，随着车载的作用，横向位移加大，竖向也产生位移。基层材料的位移变化必然在面层结构引发应力，超过自身强度时，结构被拉裂。当基层和面层连接很好时，即出现由基层引起的同位置反射裂缝，当基层和面层连接不好时，在不一定和基层同位置的薄弱部位出现

8、反射裂缝。由于材料温度系数和抗变形能力不同，基层裂缝不一定对应反射到面层。2面层温度变化主要是季节低温使面层产生的应力超过结构抵抗能力引发裂缝和温差变化造成结构疲劳累积，使终极应力超限引发结构裂缝。1.3超限荷载路面本身功能就是为行车服务，理论上讲正常行驶的车辆不会造成路面结构的破坏。只有当超过设计的最大轴载和有限时间通过累积轴次超量时，结构才发生开裂破坏。1超重荷载在超限重荷载作用下，按连续理论设计的结构，理论上最下面结构层底部首先开裂。依次向上发展，直至面层开裂破坏。按光滑或半光滑理论设计的结构，理论上承载能力相对低的结构层底部首先开裂，按承载能力从低到高依次破坏，直至面层开裂破坏。超重荷

9、载造成路面开裂和破坏是瞬时的、快速的、严重的、危险的。2超量次荷载没有理想的弹性材料，路面结构每承受一次荷载作用都会产生残余变形，短时间大流量的荷载势必加速路面结构残余变形的累积，变形达到极限时，结构随之出现开裂甚至破坏。1.4施工方式或工艺缺陷施工方式和工艺选择对路面结构质量有很大影响，对直接引发路面裂缝的因素有以下情况。（1）路拌基层施工方法造成层间素夹层;（2）基层分幅施工，间隔时间长造成联接部位薄弱;（3）边施工边通车使各结构层间及分幅连接部位薄弱；（4）压实功能不匹配造成面层过压；1.5构造因素构造裂缝一是说桥涵构造物两侧裂缝。由于压实不够或处理措施不当，在桥涵两端出现开裂，开裂严重

10、时，出现跳车或其他病害。二是指施工工作缝。构造因素引发的裂缝虽然难以避免，但在施工过程中要尽量采取有效措施减轻危害。总之，造成沥青路面裂缝因素很多，除上述几项引发沥青路面裂缝因素外，还有如日照老化、冻胀春融、漏油污染、机械损坏等等，不再赘述。2预防和减少裂缝的措施2.1设计方面措施1厚度组合设计结构厚度是防止开裂的基本保障，荷载通过面层逐次向下传递，在各结构层内产生相应内力，设计的目的就是使不同深度的各结构层在使用年限内满足强度要求，不出现结构破坏。前面分析原因时已经提到高等级公路路面基层设计厚度不足问题，基于高等级公路对行车环境高标准的要求，设计路面结构厚度时，除按现行规范进行设计外，还应综

11、合考虑环境因素造成结构强度随时间衰减、突发单次重载车辆破坏以及发展要求等多方面因素。同时各结构层承载能力预留量要均衡，以便整体结构最大效能发挥。规范应对高等级公路基层厚度进行底线限制，建议二级公路基层厚度不少于40cm，一级公路基层厚度不少于60cm，高速公路基层厚度不少于80cm，同时必须设置垫层。土基工作深度计算时也要考虑上述因素，对工作深度范围内的土层提出相应要求。2强度组合设计防止结构开裂破坏，各结构层不但要有很好的自身强度，同时还要进行合理的强度组合。强度组合设计和厚度组合设计同时进行，结构自身强度决定其抗裂性能。现在有一些人怀疑半刚性基层结构不能满足抗裂要求，认为面层开裂病害是由半

12、刚性结构引起的，主张高速公路采用柔性结构，以我了解国外此类结构造价很高，结构一般不少于3层，每层在12英寸左右，总厚度一米左右，不说车辙病害比半刚性基层严重，造价因素决定其难以在国内推广，科研单位做做实验研究还是必要。我国国情决定高等级公路路面基层结构还是以半刚性结构作为设计首选，为克服半刚性基层抗弯拉能力差的缺陷，设计时加入土工纤维提高结构抗弯拉能力，减少收缩和温度裂缝的发生。现在国内有部分高速公路用水泥混凝土做上基层，也出现开裂断板、行车舒适度差的问题。由于钢筋混凝土自身强度高整体性能好，钢筋混凝土结构开裂后竖向位移小，开裂部位短时间内不会折断破损，应尝试做高速公路做上基层。总之在选择各结

13、构层结构类型的同时，要充分考虑整体结构强度组合，除强度由下至上逐渐提高并满足承载要求外，还要考虑外界因素影响。如不能把强度随然很高，但集料较细的结构层放在面层下面；不能将含有石灰材料的结构用在水位高的路段和面层下面等。3功能组合设计功能组合设计要以“优面、强基、稳定土”的结构设计总原则为基础，使各结构层充分发挥作用，保证整体结构经济、实用、高效。土基设计时应尽可能选择有效方式提高路基的承载能力。使土基在环境和荷载作用下产生尽可能小的变形，从而为其上面结构层提供稳定均匀的支承。面层选择抗裂、抗疲劳、温度稳定性好的结构，满足安全行车的需要。基层与面层之间设置应力吸收层，采用橡胶沥青、土工织物或土工

14、格栅等材料做成应力吸收层，防止和减轻反射裂缝和疲劳裂缝发生。垫层在有隔水和保温要求时采用松散粒料结构，如砂、砾石、炉渣等组成的透水或隔温性垫层，有提高强度和整体稳定性要求时用水泥或石灰稳定土等修筑的稳定类垫层。基层要选用强度高、整体性好、抗变形能力强的结构。结构设计时，对各结构层的原材料选择，要充分考虑抗裂要求。在路面结构设计时，要对上述三种组合综合考虑，同时结合工程实际情况，使结构设计即经济合理又能满足使用要求。推荐三种高速公路路面结构设计组合。第一种，半刚性基层组合：沥青（改性）面层+土工织物（其他）应力吸收防水层+水泥稳定基层+二灰稳定集料底基层+垫层；第二种，刚性基层组合：沥青（改性）

15、面层+土工织物（其他）粘结层+混凝土上基层+水泥稳定基层+二灰稳定集料底基层+垫层；第三种，刚性基层组合：沥青（改性）面层+土工织物（其他）粘结层+钢筋混凝土上基层+水泥稳定基层+二灰稳定集料底基层+垫层。各结构层厚度根据需要合理确定，不主张大幅度增加沥青面层厚度。2.2施工方面措施1土基施工施工中严格控制路基填筑工艺，确保路基强度。填筑材料首选石、砾、砂类土，其次选用含砾、砂低液限粘土，再次选用低液限粘土。粉质土和有机土不能用于填筑路基。对压实度严格检测控制，检测压实度试坑要打到下一填筑层顶面，凡是检测结果达不到规定值的要加压处理，或重新填压，使其达到规定值。填土层的厚度根据压实功能合理确定

16、，施工中严格按确定的厚度填筑。施工中时刻注意水的影响，隔断和减轻水对路基的危害，降低地下水位，排导地表水至路基以外。由于土基环境复杂，施工现状不可能与设计状态相符，要及时把情况按规定上报，不能隐瞒不报或私下处理，以便采取适当措施。其他方面的要求不再叙述。2半刚性基层施工（1）材料选择。基层材料用量大，且大都是地方采购材料，质量标准控制尤为重要。对于水泥要选择大厂水泥，提前订购，保证供应，要保证水泥堆放时间。标号不求高，水泥标号越高干缩量越大。品种选择上，不选择火山灰水泥，尽量不用矿渣水泥，硅酸盐水泥相对前两种收缩量小。集料选择方面，如果在山区，集料应充分利用开山、修隧废料，提前自己加工。没有这

17、种条件，应提前选择12家能保证施工进度的厂家供料，使材料质量、级配处于受控状态。（2）严格配比。好的配比才能有高强度的产品，不能靠增加水泥用量来提高强度，水泥用量最好控制在6以下。有时靠增加水泥用量不能解决的强度问题，由于选择好的配比可以达到满意的效果。严格控制集料中细料的含量，减少集料中的粘性成分含量，通过0.075mm筛孔的颗粒含量控制5以下，细土的塑性指数不宜大于4。另外，配比不能只依靠于设计、施工方案、实验段的配比，施工中配比实验不但要满足规范频率要求，还要真正反应施工实际。（3）降低铺料温度。料温高，结构收缩量大，要想方设法降低铺料温度。存料最好背阴遮阳，必要时对集料洒水降温。另外降

18、低拌和料的延迟时间，不但使成型强度增加，还减少摊铺后温度升高，降低收缩量。（4）控制含水量。含水量控制要根据气候调整，一般时大于最佳含水量的1。对于运输距离较远， 宜用土工布等覆盖， 一天施工中应根据日照强度和风力大小多次调整含水量。试验人员应在拌和站和摊铺现场快速烧测含水量，前后现场要及时联系，当摊铺现场的含水量与最佳含水量相差大时，要及时通知后场调整含水量。 （5） 做好层间联系。下基层强度符合要求进行上基层铺筑时，要对层面进行认真清理，涂刷水泥浆或撒适量水泥。以加强层间联系，保证结构的整体性。（6）养生及交通控制 。半刚性基层成型后，及时进行养生，下基层可以采用用薄膜及其他材料覆盖养护，上基层在基层表面的毛细水蒸发后可直接撒布透层油养生保护。养生期不能小于7天。上基层成型后，铺筑沥青面层之前尽量封闭交通，以减少车辆荷载的影响。在铺筑面层前要重视基层表面的清扫工作。对破损的粘结层及时