沥青混凝土路面裂缝的成因及防治

1沥青混凝土路面裂缝的成因及防治[摘要]本文通过对沥青混凝土路面的主要病害之一的裂缝成因的分类分析，结合工作经验，针对各种成因，提出对裂缝防治的一些观点和看法，并对已出现的裂缝病害提出一些处治意见。供同行参考和讨论。[关键词]裂缝成因防治处治一、沥青混凝土路面裂缝的损坏特征裂缝是沥青混凝土路面的一种常见病害，也是造成沥青混凝土路面早期损坏的一个重要原因。裂缝一经出现，如不及时处治，随着车轮的挤压和气温的变化会造成裂缝边缘材料的不断松散和流失，裂缝处路面水的侵入会造成基层甚至路基的软化，导致路面承载能力下降，加速路面的破坏。从裂缝引起的原因来说，沥青混凝土路面裂缝大体分为三种类型：一种是荷载型裂缝，主要由行车荷载引起；另一种是非荷载型裂缝，即以温度裂缝为主的低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝；第三种是沉降裂缝，主要由不均匀沉降引起。从裂缝的表现形式来说，常见于沥青混凝土路面的裂缝为纵向裂缝、横向裂缝和网状裂缝。纵向裂缝的方向基本上平行于道路中心线，一般发生在距路边缘不远的车道内。裂缝大致以两种形状出现，一种为直线形，一种为纵向弧形且两端向路堤边缘延伸。横向裂缝是沥青混凝土路面最常见的一种裂缝形式，也是路面早期损坏现象之一。横向裂缝的方向基本垂直于道路中心线，裂缝间隔不等，数量会逐年增加。缝宽不一，缝长有的贯穿整个路幅，有时仅贯穿部分路幅。半刚性基层沥青路面的横向裂缝绝大部分是反射裂缝。网状裂缝即通常所称的“龟裂”，是在路面局部范围内，先沿轮迹带出现单条或多条平行纵缝，随即在纵缝间出现横向或斜向连接缝，裂缝纵横交错而形成网状裂缝，缝宽一般为1mm以上，缝距40cm以下。网状裂缝一般会伴有沉陷和唧泥现象出现。二、沥青混凝土路面裂缝的产生原因1、从裂缝的性质来分荷载裂缝：半刚性路面的结构性破坏裂缝，主要是由于行车荷载引起的。在车轮荷载作用下，半刚性基层的底部产生拉应力，当此拉应力大于半刚性基层材料的抗拉强度时，半刚性基层的底部就会很快开裂。在行车荷载的反复作用下，出现于底部的裂缝会逐渐扩2展到上部，并使位于路面最上端的沥青混凝土面层也产生裂缝。荷载裂缝出现的顺序为：底部---上部---表面。近年来日益严重的超载行为，对此类裂缝的影响呈明显上升趋势。非荷载裂缝：沥青面层上的非荷载裂缝主要是温度裂缝。在自然条件下的沥青面层，其表面和底部的温度相比，始终存在有温度差，而且沥青面层越厚，此温度差越大。当面层表面产生的温度收缩应力超过面层某一薄弱点处的沥青混合料的抗拉强度时，此处表面将首先开裂；同时，随着沥青表面温度的大幅度变化，白天与夜间温差较大，或者在炎热的夏季，经阳光暴晒后遇骤降瀑雨，路面的表面温度在短时间内会急剧下降，使沥青面层表面产生较大的温度收缩应力，在这种温度应力的反复作用下，会导致沥青混凝土面层的表面疲劳开裂。在温度应力的作用下，总是沥青面层表面首先出现开裂，反复作用下，表面裂缝开始逐渐向下延伸，直至面层底部。非荷载裂缝出现的顺序为：表面---底部。沉降裂缝：主要表现为桥涵两端的横向裂缝和路段上出现的较长的纵向裂缝。其形成的主要原因是填土的固结沉陷和地基的沉陷。此类裂缝一般为从基层到面层几乎同时出现。2、从裂缝的形式来分一般说来，引起纵向裂缝的原因是：a、路面摊铺时的分幅，前后摊铺幅相接处的冷接缝未按相关规范要求作认真处理，相互间结合不紧密而产生脱开，形成沿纵向接缝而出现裂缝。b、道路拓宽改造时，新筑路基未作有效沉降处理，与原有老路基之间出现不均匀沉降，形成沿新老路基纵向交界面而出现裂缝。c、城市道路在分幅调整，原有绿化分隔带改造为车行道时，由于施工面狭窄，导致基层、面层压实度达不到设计要求，产生工后不均匀沉降，形成沿原分隔带纵向边缘而出现裂缝。对于横向裂缝，引起的主要原因是：a、路面摊铺时的施工缝未进行有效处理，导致横向接缝不紧密，结合不良而在沿横向施工缝方向出现裂缝。b、工程使用沥青未达到适合本地区气候条件和使用要求的质量标准，致使使用过程中沥青面层产生的温度收缩应力和温度疲劳应力超过沥青混合料的容许抗拉强度。3c、半刚性基层以水泥、石灰等土石料和工业废料为主，成型工艺相对简单，具有明显的技术优势和经济优势，在道路工程中得到普遍采用。但同时由于半刚性基层的热容量较小，与沥青混凝土面层的粘结性能差，如遇水泥剂量控制不当、施工质量控制不严等因素，其本身就容易产生收缩开裂，进而反射至沥青面层。特别是城市道路窨井多、压实难；施工周期短导致养生期不足，极易造成面层摊铺后由基层到面层的反射裂缝，此类裂缝通常以横向裂缝的形式表现。d、在道路软土地基或高填土路段，由于下卧层处理不到位，回填土压实不足。工后沉降偏大造成与相邻路段的沉降差异，容易在临界处形成路基、路面因剪切拉伸而开裂，以横向裂缝或斜横向裂缝的形式表现出来。e、与桥梁和涵洞等结构物相接处，是容易出现病害的地点之一。构筑物属于相对刚性的基础，而台后填土部分刚度相对较小，具体表现为工后沉降差较大，常见裂缝和错台现象，即使采用桥头塔板也只是有所缓解变形的突变，在路基本身沉降控制不好的情况下，该裂缝会向塔板端部转移。网状裂缝的产生，主要是由于路面结构整体强度不足，具体因素为：a、沥青混合料质量差，拌和时间过长，拌和温度过高，沥青本身的老化导致沥青混合料抗变形能力降低而出现纵横向裂缝。b、路面结构中含有软弱夹层，导致粒料层松动，水稳定性差，从而形成网状裂缝。c、由于平整度较差，引起局部沥青结构层厚度不足，水分的侵入导致层间结合较差，局部的结构承载力不足和由于唧泥引起过量局部沉陷，加速网状裂缝的形成。三、沥青混凝土路面裂缝的防治措施沥青混凝土路面的裂缝不能彻底消除，但是通过优化设计、加强施工管理，选择合适材料等措施加以预防，将其危害程度降到最低，从而延长沥青混凝土路面的使用寿命。1、把好原材料的选择关按照《公路沥青路面施工技术规范》中的相关要求，结合本地区的气候条件和道路等级选用沥青种类，以减少沥青面层的温度裂缝。保证现场试验数据的完整性和准确性，杜绝弄虚作假。特别是沥青材料、砂石料的试验数据，必须做到抽样合理和数据真实，以保证筑路材料的路用性能。从低温抗裂性的要求出发，沥青路面在低温时应具有较低的劲度和较大的抗变形能力，且在车辆荷载和其他因素的反复作用下不致疲劳开裂，使用稠度较低及温度敏感性低4的沥青，可提高沥青路面的低温抗裂性能。为提高沥青路面的低温抗裂性能，应选用抗老化能力较强的沥青材料，在沥青中掺加橡胶类高分子聚合物，有较明显的效果。骨料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性好、与沥青粘附性能好的碱性集料。呈酸性集料应添加一定数量的抗剥落剂或石灰粉。同时应尽量降低骨料的含水量。2、优化设计生产配合比严格按照“目标配合比”---试验路段---“生产配合比”的程序，针对每一批原材料和使用时的自然、环境条件，优化确定适合工程特点的生产配比。混合料的级配决定混合料的高温稳定性、低稳抗裂性。路面表面特性和耐久性是相互制约的一对矛盾，优化配合比设计，就是要在各种路用性能之间寻找最佳平衡点，根据当地的气候条件和交通情况具体分析，相互兼顾。二灰碎石是道路工程中经常采用的一种基层材料，《规范》规定石灰：粉煤灰在1：2~1：4范围，但石灰含量大会造成温度收缩系数增大，基层收缩开裂的可能性增大。相关研究资料表明，综合考虑二灰基层的抗裂性，结合其强度和刚度要求，此比例在1：3左右时比较适宜。3、严格控制施工工艺强化施工管理，提高工序控制的科学性。经济发展的速度对基础设施的建设提出了更高的要求，作为基础设施先行的道路工程更是首当其冲，现实生活中，一项建设项目尚未启动，往往已确定了竣工时间。导致各工序间缺乏合理的衔接，施工工艺的基本要求得不到满足，施工质量存在隐患，工程投运之时，便是裂缝出现之机。沥青混合料的摊铺与压实是关系路面施工质量的重要环节，摊铺质量不好往往伴随着裂缝的发生。面料摊铺过程中，应着重控制摊铺温度，供料速度与前进速度要相协调，防止出现粗料滚动离析。低温碾压容易造成压实度不足导致空隙率增大，路面渗水导致早期破坏。重视并协调沥青路面的平整度与压实度的关系。不能牺牲压实度而偏面追求平整度，应该在确保压实度的前提下尽量争取平整度。合理施工组织设计，摊铺作业尽可能连续进行，避免冷接缝。不能避免时，上下层的接缝应错开15cm以上，先将已压实的摊铺带边缘切割整齐，清除浮料，用热混合料敷贴、预热软化接缝部位，清除敷贴料，涂刷粘层沥青后摊铺新的沥青混合料，并充分压实接缝部位，能有效预防由于摊铺接缝而产生的路面早期裂缝。保证基层顶面的粗糙度。改善基层材料级配，保证生产配合比中确定的粗骨料含量，并适度提高大中粒径集料含量。控制最佳含水量，改进碾压方法，避免过振过湿，不能使5基层顶面形成灰浆硬壳，不能用细料来进行压实后的找平。在雨后基层潮湿未干的情况下，不得进行沥青面层的摊铺作业，更不得冒雨进行摊铺。在冬季气温过低的情况下，应停止沥青面层的摊铺。以保证面层与基层的紧密衔接和沥青面层的有效压实。对于新铺的半刚性基层，随着混合料中水分的减少会产生干缩和干缩应力。在铺筑沥青面层前已存在干缩裂缝的半刚性基层，在面层摊铺后，会继续拉开和扩展，将沥青面层，特别是面层相对较薄处发展成为裂缝。因此，在半刚性基层的干缩接近完成，并对已出现裂缝进行封闭处理后，再进行沥青面层的摊铺，能大大减少使用期间出现的裂缝数量。4、重视路面排水防水设计由于道路设计人员与排水设计人员大多非同一人完成，设计周期往往得不到落实，排水工程要依据道路设计成果，而施工顺序却在道路工程前面，实际操作中，排水设计引用的资料常常为道路的中间设计成果，如果缺乏及时有效的沟通，容易造成雨水收集口与道路纵断面设计不匹配，导致道路运行时，路面水得不到迅速排放，而加速裂缝的发展。在沥青面层的中间或底部，使用合适的防水层，既能有效的防止水毁和减少反射裂缝的产生。目前市场上以非织造玻纤/聚酯纤维制造的路用防裂聚酯玻纤布，通过施工时洒布的粘层油和混合料中的沥青在玻纤布两侧的渗透，给路面提供一个连续、柔性的防水层，防止路面水对基层的破坏，同时能隔离由于基层裂缝对面层的影响，从而提高沥青路面的使用性能和服务年限。稀浆封层作为一种新技术已经在交通部门得到广泛应用，相对常用的沥青混合料封层而言，它的强度和韧性都比较好，同样适用于道路的上封层和下封层。采用稀浆封层作为沥青混凝土路面的下封层时，即使在施工期间由于临时交通荷载有所损坏，在道路营运期间仍能较好地发挥防水和防止反射裂缝的功效。5、合理设计路面结构路面结构设计前，应做好交通量的调查和预测工作，使路面结构组合与整体强度能够满足设计使用期限内的交通荷载要求。上基层应选用水稳定性良好的有粗粒料的水泥、石灰稳定类材料。有条件的可以采用沥青碎石柔性基层。半刚性基层沥青路面结构的承载能力主要由半刚性材料层（基层和底基层）承担，一味地增加沥青面层的厚度对解决裂缝问题是无益的，只会徒劳地增加沥青面层的温度差而引起早期非荷载裂缝的出现，而且，较厚的沥青面层反而容易导致车辙的产生。按照现代道路“强基薄面”的设计理念，一般道路的沥青路面厚度应控制在12~15cm之间。6沥青面层各层应尽量使用空隙率低的密实型沥青混凝土，如目前普遍采用的密实型连续级配的AC沥青混合料。为提高沥青路面的使用性能，可以考虑选用密实型断级配的沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA），既具有良好的不透水性，又有明显的高温抗永久变形能力和抗滑性能；同时改善沥青结合料，采用改性沥青，对提高沥青路面的抗裂缝性能将会有很大的帮助。6、强调特殊地段的处理当道路经过软土地基和高填土路段时，应进行必要的沉降计算，并采取针对性措施，如：排水固结法、强夯法、换填法、复合地基法和轻质填料法等，将工后沉降控制在规范容许范围内，减少由于不均匀沉降引起的路面裂缝。在桥头台后或搭板端部，采用碎砾石回填可以有效降低桥头路基的工后沉降，使桥台刚性与路段柔性间出现一个缓和过渡段，缓和沉降变化率，推迟路面裂缝的开展。在软土地基和高填土路段，及拓宽改造路段，在进行台阶处理的同时，适当应用“四新”产品，如：土工格栅、土工布等土工合