浅析沥青路面产生裂缝的原因及防治措施

1浅析沥青路面产生裂缝的原因及防治措施[摘要]沥青路面在铺筑使用后会产生各种各样裂缝，由于路表水的浸入，裂缝两侧的路面结构层和土路基的含水量增大，致使路基和路面强度降低。随着交通量迅速增加，特别是大吨位车辆行车荷载的作用，路基、路面承受不了超载车辆荷载的作用，加快路面的裂缝产生，大大缩短沥青路面的使用寿命。本文对沥青路面裂缝常见形式和裂缝产生的原因进行了分析,同时也提出了相应的防治措施。[关键词]沥青路面裂缝原因防治措施0引言沥青路面以其行车舒适、噪音小、扬尘少、维修方便等优点被广为应用,但裂缝是沥青路面的常见病害,裂缝的出现不仅使沥青路面的品质下降,而且带来路面病害的恶性循环。我国经过长期的实践、探索和研究,随着施工技术和机械化施工程度的提高,许多病害已逐年减少,开裂导致路面迅速损坏的现象虽有所改善,但沥青路面裂缝这一病害至今未能根除。降水可导致路基整体强度的降低,如果路面裂缝,降水容易沿着裂缝侵入基层甚至路基,从而导致路基软化,在行车荷载的反复循环作用下,将引起路面下陷,如果冻胀,路面会隆起,春融季节将发生翻浆。这既有地基的因素,也有设计、施工、材料、及环境等几方面因素。1裂缝主要形式及现象沥青路面的开裂表现形式是多种多样的，主要有横向、纵向、网状和反射裂缝。2横向裂缝现象为：裂缝与路中心线基本垂直，缝宽不一，缝长有的贯穿整个路幅，有的贯穿部分路幅，裂缝弯弯曲曲、有枝有叉。横向裂缝中的唧浆导致裂缝两侧凹陷，桥头跳车处的路面横向裂缝，在路面积水的作用下加速跳车发展的速度，同时会对路基造成冲刷。纵向裂缝现象为：裂缝走向基本与行车方向平行，裂缝长度和宽度不一。一般都发生在高填方的路基上。纵向裂缝容易形成沿行车方向呈台阶状，影响行车舒适性。网状裂缝现象为：裂缝纵横交错，将面层分隔成若干多边形的小块，一般缝宽1mm以上，缝距40cm以下。网状裂缝导致沥青路面松散或坑槽，严重影响沥青路面的综合服务水平。反射裂缝现象为：基层产生裂缝后，在温度和行车荷载作用下，裂缝将逐渐反射到沥青表面，路表面裂缝的位置形状与基层裂缝基本相似。对于半刚性基层以横向裂缝居多，对于柔性路面上加罩的沥青结构层，裂缝形式不一，主要取决于下卧层。2裂缝产生的原因分析（1）是由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝。在车轮荷载的作用下，当路面结构层底部产生的拉应力大于其材料的抗拉强度时，产生的开裂称之荷载型裂缝。（2）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温度疲劳裂缝，称之非荷载裂缝。（3）是经常出现在桥涵两端的横向裂缝，或在路段上出现较长的纵缝，主要是由填土固结沉陷或地基沉陷引起，称为沉降裂缝。尽管沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的，但其中的行车荷载作用、沥青面层温度变化是产生裂缝的主要原因。另还有以下几方面的原因：3（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。2.1横向裂缝（1）半刚性基层沥青路面的反射裂缝。在车轮荷载作用下，半刚性基层底部产生接应力，当拉力大于基层材料的抗拉强度时，底部就会很快开裂，在行车荷载反复作用下，底部裂缝会逐渐宽展到上部，并使面层产生开裂。（2）沥青面层温度变化产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和温度疲劳裂4缝。（3）沥青未达到适合本地区气候条件和使用要求的质量标准，致使沥青面层温度收缩或温度疲劳应力（应变）大于沥青混合料的抗拉强度（应变）。（4）施工缝处理不当，接缝不紧密，结合不良。（5）桥梁、涵洞或通道等构造物两侧的填土产生固结或地基沉降。2.2纵向裂缝（1）填方材料和填方的不均匀性，以及填方密实度达不到设计要求。经过一段时间的自然沉降，特别是经过雨水浸泡后，路基强度有所下降，沿边坡部分路基承载力也下降，就会出现纵向裂缝。（2）施工时，前后摊铺幅相接处的冷接缝未按有关规范要求认真处理，结合不紧密而脱开；（3）纵向沟槽回填土压实质量差而发生沉陷；（4）拓宽路段的新老路面交界处土层处理不彻底，沉降不均匀引起纵向开裂；（5）边坡值小于设计值，边坡压实不够和边沟过深使实际填土高度加大而滑坡等引起的纵向开裂。2.3网状裂缝（1）路基局部压实度不足或基层材料局部松散不成板体，使路面的承载能力下降形成的裂缝；（2）沥青与沥青混合料质量差。沥青延度低，抗裂性差。沥青混合料拌和时间过长，拌和温度过高或在储料仓仓储时间过长，使沥青变硬，对拉应变敏感而产生的裂缝；（3）沥青层厚度不足，层间粘结差，水分渗入，形成的裂缝；（4）行车荷载重复作用下引起的疲劳裂缝。（5）外界原因如污染、腐蚀等造成的局部网裂。2.4反射裂缝5（1）由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝半刚性基层有着高强度、高承载力的优点,但同时也有着本身难以克服的缺陷和不足。由于较高强度的半刚性基层可能会导致较大的干缩、温度裂缝的产生,从而导致路面产生反射裂缝,同时雨水会从裂缝中下渗,并积聚在面层与基层中间,出现基层唧泥现象,降低了沥青层与半刚性基层间的连接状态,从而加速了路面结构的破坏。通常假设导致反射裂缝的机理是处于沥青面层下的半刚性基层已经开裂，并且允许有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行车荷载引起的下卧路面结构在裂缝处的差动位移，水平位移是由温度变化或水分变化引起的膨胀和收缩。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）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。6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。2.5温缩裂缝沥青路面的低温开裂有两种形式:一种是由于气温骤降造成面层温度收缩,在有约束的沥青层内产生的温度应力超过沥青混凝土的抗拉强度时造成的开裂。一般情况下,由于沥青混合料具有良好的应力松弛性能,温度升降产生的变形不至于产生过高的温度应力,当气温骤降时,由于沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力的增长,超过混合料的极限拉伸应变,便产生开裂。此类裂缝多从路面表面产生,向下发展。温度裂缝的另一种形式是温度疲劳裂缝。由于气温的反复升降导致沥青混合料的温度应力疲劳,以及混合料的极限拉伸应变减小,应力松弛性能降低,最后导致在并不太大的温度应力下即可开裂,因而温缩缝是随着使用年限不断增加的。温度裂缝大体垂直于路线方向,裂缝间距变化在数米至100__米之间。当路面宽度大于裂缝间距时,还将产生纵向裂缝,从而形成块状裂缝。温度裂缝破坏了沥青路面的整体性及连续性,水分通过裂缝渗入基层,浸蚀路基,导致路面承载力降低,同时为冻融提供了条件。普遍认为,除了温度这个客观条件外,产生温缩裂缝的最主要的因素是沥青材料的性质,改善沥青性能对减小温缩裂缝能起到90%的作用。除了沥青材料和环境温度条件外,沥青路面结构也是影响低温开裂的重要因素,一般认为窄的路面比宽的路面裂缝间距更密;厚的比薄的裂缝少,从10Y增加到25Y,裂缝能减少一半;基层的收缩性能、细粉含量也能影响面层的收缩裂缝,砂性基层低温裂缝比粘性土基层的多;施工时钢轮在低劲度下压实成型的细微裂缝易成为开裂的诱因,轮胎压路机则可减少这种裂缝的产生。72.6自上而下的表面裂缝产生表面裂缝的原因,现在还没有达成共识,有的认为是车辆荷载直接作用,在轮子部位产生大的应力,导致路面产生开裂;也有的认为是因为路表面沥青容易老化,极限拉应变不断减小而首先开裂;甚至也有认为在轮迹位置产生的剪应力导致开裂等等。其中很重要的是表面裂缝一般发生在施工离析的部位和两幅摊铺的交界处。2.7沉降裂缝由路基不均匀沉降在路面上引起的开裂,特别在那些半填半挖段、高填方路段、碾压比较困难,而且不容易做到均匀碾压,路基各部分在通车以后由于汽车荷载与雨水的作用,造成沉降不均匀,路面就可能产生大的沉降差,由此产生裂缝。2.8构造物端部接头裂缝桥涵构造物端部开裂也是高速公路沥青路面的一种常见病。其产生的原因主要是台背填土由于地方狭窄,压路机不容易到达,不能很好的碾压,致使产生后期沉降。构造物接缝处发生裂缝带来的直接后果是桥头跳车,它严重影响行车的舒适性。这种情况在软土路基段尤为显著。如我区的同沿高速公路桥头跳车问题就相当严重,主要原因就是所处地段属于湿陷性黄土地段。3裂缝对沥青路面的危害8沥青路面裂缝是常见病害之一,如果沥青路面裂缝得不到及时修补,将对路面的使用寿命和行车舒适性带来影响。裂缝对沥青路面的危害主要表现在以下几个方面。（1）缩短路面的使用寿命。裂缝的初期(1～2年内)对路面的使用性能无明显影响但随着裂缝的增大,雨水或雪水的逐渐侵入,导致裂缝两侧的路面结构或土基含水量增加,甚至达到饱和状态,其结果是结构层承载能力明显下降,在大量行车荷载作用下,产生冲刷唧浆现象,加速路面破坏。（2）纵向裂缝的发生容易形成沿行车方向呈台阶状,裂缝的凹陷或灌缝沥青凸出,影响行车的舒适性和安全性。（3）桥头跳车处的路面横向裂缝,在路面集水的作用下加速了跳车现象的发展,同时对路基造成危害。（4）块状的路面纵横裂缝如不能及时修补,将很快发展成为网裂,松散甚至坑槽,导致路面病害的发生,影响路面的功能。4沥青路面裂缝的预防措施4.1横向裂缝（1）合理组织施工，摊铺作业连续进行，减少冷接缝。冷接缝的处理，，应先将已摊铺压实的摊铺带边缘切割整齐、清除碎料。然后用热混合料敷贴接缝处，使其预热软化;铲除敷贴料，对缝壁涂刷0.3kg/m2-0.6kg/m2粘层沥青，再铺筑新混合料。（2）充分压实横向接缝。碾压时，压路机再已压实的横幅上，钢轮伸入新铺层15cm左右，每压一遍向新铺层移动15cm-20cm，直到压路机全部在新铺层为止，，再改为纵向碾压。9（3）根据GB50092-96沥青路面施工及验收规范要求，按该地区气候条件和道路等级选取适用的沥青类型。以减少或消除沥青面层温度收缩裂缝，，采用优质沥青更有效。（4）桥涵两侧填土充分压实或进行加固处理；沉降严重地段，事前应进行软土地基处理和合理的路基施工组织。4.2纵向裂缝（1）采用全路幅一次摊铺，如分幅摊铺时，前后幅应紧跟，避免前摊铺幅混合料冷却后才摊铺后半幅，确保热接缝。（2）如无条件全路幅摊铺时上、下层的施工纵缝应错开15cm以上。