瀝青路面的裂縫及預防

張先鋒，張景平

（1.聊城三山公路工程監理有限公司，山東聊城 252000；2.東阿公路管理局，山東聊城252200）

0 前言

隨著城市道路的迅速發展，近年來，我國城市道路的建設大多采用半剛性基層瀝青路面。與其他類型路面相比，瀝青路面具有表面平整、無接縫、振動小、噪音低、行車平穩舒適，養護維修簡便等優點。因此瀝青路面較水泥混凝土路面更適用于城市道路。但瀝青路面也存在著抗彎拉強度低、面層的溫度穩定性較差等缺點。

1 瀝青路面裂縫的形式

瀝青路面裂縫的形式按形狀分：橫向裂縫、縱向裂縫、龜狀裂縫和網狀裂縫：按有無荷載可分：荷載裂縫和非荷載裂縫；按路面有無沉陷分為：沉陷性、疲勞性裂縫和非沉陷性早期裂縫。

2 瀝青路面開裂原因

（1）瀝青路面開裂的主要原因可分為兩大類：一種是由于行車荷載的作用而產生的結構性破壞裂縫，一般稱之為荷載型裂縫。另一種主要是由于瀝青面層溫度變化而產生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和疲勞裂縫，一般稱之為非荷載型裂縫。

（2）由于我國現行瀝青路面設計規范中規定或推薦瀝青路面采用半剛性基層。所以還存在著因為半剛性基層的溫縮裂縫或干縮裂縫引起瀝青面層產生的反射裂縫或對應裂縫。此類裂縫主要是非荷載型的，在某些情況下也可能是由溫度和荷載共同完成的。

（3）堤防自身直接影響瀝青路面裂縫的產生，堤身發生不均勻沉降，進而產生裂縫、下蟄、錯位等破壞現象。

2.1 設計原因

（1）路面結構設計不合理，厚度不足，路面強度無法滿足行車要求或者對路面設計年限內交通量年均增長率估計偏小，以至瀝青路面產生裂縫。

（2）地下管道設計深度不夠，導致基層壓實不平引起瀝青路面的橫向裂縫。

2.2 材料因素

（1）瀝青混合材料過細，其結合料過少（即石油比過低）；炒制過火。

（2）瀝青混合料中集料級配不佳，石料偏少。

（3）瀝青材料配合比不正確。

（4）瀝青原材料低溫延性差或瀝青混合料粘結力低，造成路面早期裂縫。

2.3 自然條件與施工因素

（1）路基或基層結構強度不足，路基局部下沉路面掰裂。

（2）半剛性基層在鋪建時隨著混合料水分的減少產生干縮應力，形成干縮裂縫。

（3）基層混合料的離析或輾壓不密實及機械組合不合理，造成基層上部細粒料上浮，形成強度較弱的薄層，在行車荷載作用下，易產生龜狀裂縫。

（4）半剛性基層養生不當直接影響干縮裂縫的產生。

（5）半剛性基層養生結束后，如果不及時灑鋪封層或透層油，隨著暴曬時間的增長產生干縮裂縫。

（6）施工填土未壓實，路基產生不均勻沉陷，接縫處壓實未達到要求，在行車作用下形成縱向裂縫。

（7）瀝青混合料攤鋪時間過長，其表面溫度低，內部較熱，用重型壓路機碾壓易引起路面表面切斷。

（8）施工接縫處理不當、碾壓方式不正確易產生橫向裂縫。

2.4 超載因素

（1）由于超載車輛引起累計軸次的增大，從而引起設計彎沉值減小。

（2）由于超載造成正常設計的路面基層或低基層抗拉強度不足，使其提前在層底產生拉裂。

（3）由于超載，加之車輛的振動沖擊作用，可將路面壓壞，即一次性破壞作用。

（4）由于超載，車輛在上下坡、剎車時將加速瀝青路面層的剪切破壞。

3 瀝青路面裂縫應力分析

3.1 結構性破壞裂縫

瀝青路面的結構性破壞裂縫主要是由于行車荷載引起的。在車輪荷載作用下，大于半剛性基層材料的抗拉強度時，半剛性基層的底部就會很快開裂。在行車荷載的反復作用下，底部的裂縫會逐漸擴展到上部，并使瀝青面層也產生開裂破壞。影響拉應力主要因素有面層的厚度、基層本身的厚度、基層的回彈模量和下承層的回彈模量。選取不同的瀝青面層厚度和半剛性基層厚度，通過試驗得出半剛性基層底部的拉應力與半剛性材料回彈模量間的關系曲線。

3.2 溫度裂縫

瀝青面層上的非荷載型裂縫主要是溫度裂縫。溫度裂縫有兩種，一種是低溫收縮裂縫或簡稱低溫裂縫，另一種是溫度疲勞裂縫。

3.2.1 低溫裂縫

瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應力松馳性能，溫度升降產生的變形不致于產生過大的溫度應力，但當氣溫大幅度下降時，瀝青材料逐漸發硬并開始收縮。此時半剛性基層的底部將產生拉應力，當拉應力瀝青混合料的應力松馳趕不上溫度應力增長，混合料勁度急劇增大。由于瀝青面層在路面中是受到約束的，面層中產生的收縮拉應力或拉應變一旦超過瀝青混合料的抗拉強度，瀝青面層就會開裂。這種情況在瀝青面層與基層的附著力不夠好、允許有一定的自由收縮時，裂縫就更容易發生。由于瀝青路面寬度有限，收縮受路面結構的相互約束小，所以低溫裂縫主要是橫向的。

3.2.2 溫度疲勞裂縫

這種裂縫主要發生在日溫差大的地區。由于溫度反復升降導致瀝青面層溫度應力疲勞，使瀝青混合料的極限拉伸應變(或勁度模量)變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應力松馳性能降低，最終達到極限抗拉強度使路面產生裂縫。

3.2.3 光彈試驗

在面層和基層均無裂縫的情況下，表面降溫30℃，在瀝青面層中產生的溫度應力分布。在面層已有裂縫時，光彈試驗得到的溫度應力分布狀況。

一方面溫度向瀝青面層底部傳遞需要一定的時間，不是瞬時完成的，而且瀝青面層內部和底部的溫度不可能與其暴露表面的溫度相同，始終有溫度差，即瀝青面層中會產生較大的溫度梯度。瀝青面層愈厚，表面溫度與底部溫度差愈大，層間溫度梯度也愈大。

另一方面瀝青面層表面的溫度應力隨著面層的增厚而增加，面層內的應力隨深度而很快減小，同時面層表面的溫度應力隨降溫幅度變小而減小。瀝青面層的表面一旦開裂，隨著持續低溫或另一次降溫，在裂縫尖端會產生較大的應力集中，使裂縫向下延伸并逐漸穿透整個瀝青面層；由于面層底部與基層表面的粘結作用，裂縫呈現上寬下窄現象。

3.3 半剛性路面的反射裂縫和對應裂縫

3.3.1 由半剛性基層溫縮開裂引起的反射裂縫

通常假設導致反射裂縫的機理是處于瀝青面層下的半剛性基層已經開裂，并且允許有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行車荷載引起的下臥路面結構在裂縫處的差動位移，水平位移是由溫度變化或水分變化引起的膨脹和收縮。

冬季或在寒冷地區，在結合得好的瀝青面層下，開裂的半剛性基層的水平位移使得直接在裂縫上的面層內產生大的拉應力或拉應變，由于在較低溫度下瀝青面層通常較硬，它只能承受小的拉應力或拉應變，因此容易被拉裂，并且裂縫的擴展途徑是由下至上的。瀝青面層的厚度愈薄，反射裂縫形成的愈早和愈多。

3.3.2 由半剛性基層干縮開裂引起的反射裂縫或對應裂縫

對于新鋪的半剛性基層，隨著混合料中水分的減少，要產生干縮和干縮應力；水分減少得愈多愈快，產生的干縮應力和干縮應變就愈大。在已經產生干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層，在較薄瀝青面層的情況下，半剛性基層的裂縫會由于溫度應力而使面層底部先開裂，并較快形成反射裂縫。一旦行車產生的拉應力與溫度應力相結合，反射裂縫會形成得更快。在較厚瀝青面層的情況下，由于溫度應力在表面最大，基層的裂縫將促使面層先從表面開裂，然后逐漸向下傳播形成對應裂縫。以上結論已被長沙交通學院光彈模型試驗所證實，表面降溫30℃時，不同厚度瀝青面層內下層裂縫上方的溫度應力分布規律。

由不同的應力分布規律不難推斷，通過進一步的試驗或計算，將會得到一個臨界面層厚度。面層厚于此臨界厚度時，裂縫將主要從表面開始；薄于此臨界厚度時，裂縫可能主要從底部開始。此臨界厚度與氣候條件、面層混合料的勁度模量、溫縮性，以及基層混合料的溫縮性有關。

3.4 堤防自身裂縫

（1）由于機淤固堤工程措施是將泥漿放淤到堤身一側，且目前大部分措施都是以堤身作為一道“天然”圍堤，和外圍三面新筑圍堤形成一個封閉的施工單元，將泥漿放淤進去。而泥漿中的水分就直接和堤身接觸，如果原堤身土質比較疏松干燥，則泥漿中的水分就會被原堤身的干燥土壤很快吸收進去，吸收了水分的干燥土壤就會很快改變其原有性狀，而沒吸收進水分的一側則會保持其原來狀態，這樣，原來的堤身就會發生不均勻沉降，進而產生裂縫、下蟄、錯位等滲透破壞現象。

（2）原有堤身再存在洞穴、裂縫等隱患，則發生這樣變化的速度會更快，破壞程度也會更嚴重。

（3）堤防加固工程施工措施是臨背河加高加寬原堤身，工程施工雖進行開蹬、碾壓、檢驗等工序。但該工程舊堤身部與新堤身部經歷的時間不同，沉降系數也不同，這樣堤身就會發生不均勻沉降，進而產生縱向裂縫破壞現象。

4 影響裂縫產生的主要因素

4.1 瀝青及瀝青混合料的性質

瀝青和瀝青結合料的性質是影響瀝青路面溫度開裂的最主要原因，瀝青混合料的低溫勁度是決定瀝青路面是否開裂的最根本因素，瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關鍵。在瀝青性能指標中，影響更大的是溫度敏感性，溫度敏感性大的瀝青更容易開裂。

4.2 基層材料的性質

基層材料的收縮性愈小，面層裂縫愈少?；鶎由嫌型笇佑鸵约訌娕c面層的粘結對抗開裂是有好處的，基層材料種類對瀝青面層的裂縫率有明顯影響。

4.3 氣候條件

極端最低溫度、降溫速率、低溫持續時間、升降溫循環數次數是氣候條件影響瀝青路面溫縮裂縫的四大要素。

4.4 交通量和車輛類型

半剛性基層中的最大拉應力，通常是由最重的車輪荷載產生的；并且對于半剛性路面，不同軸載對路面的破壞作用遠不是4次方的關系，而是11～13次方的關系，即使是通過次數較少的重荷載也對路面破壞起著決定性的作用。

4.5 施工因素

主要指半剛性基層材料的碾壓含水量，半剛性基層完成后的暴曬時間等因素。

5 減輕瀝青路面裂縫的措施

根據規范，通過路面結構設計和厚度計算可以滿足瀝青路面強度和承載能力要求，基本解決荷載型裂縫產生的問題。對于如何避免或減輕非荷載型裂縫的產生，應從設計與施工兩個方面來進行考慮。設計方面：在進行半剛性路面設計時，首先應選用抗沖刷性能好、干縮系數和溫縮系數小、抗拉強度高的半剛性材料做基層。選用松弛性能好的優質瀝青做瀝青面層。在缺少優質瀝青的情況下，應采取改善瀝青性質的措施。在穩定度滿足要求的前提下，優先選用針入度較大的瀝青做瀝青面層。瀝青面層采用密實型瀝青混凝土。采用合適的瀝青面層厚度，確保半剛性基層在使用期間一般不會產生干縮裂縫和溫縮裂縫。為進一步提高表面層抗溫度裂縫性能，可采用橡膠瀝青或聚合物瀝青在瀝青混凝土表面做一封層。設置應力消減（應力吸收）中間層。路基方面在項目規劃時，盡可能先實施放淤固堤項目，使堤防隱患充分暴露，有針對性地處理后，再實施堤頂道路硬化工程項目。如果機淤固堤項目還沒有批復，不妨在堤頂路面硬化前先處理堤身隱患，再硬化路面。對于堤頂道路已經硬化的堤段，機淤固堤時，放淤前先在靠堤身側修筑一道隔堤(需層層壓實)，以截斷因放淤產生的滲水，從而消除或減小對原有堤身及堤頂道路產生的滲透破壞。堤防加高地段要經一段時間沉降期后，進行路面硬化工程實施，以避免堤身發生不均勻沉降產生縱向裂縫破壞現象。使用錐探灌漿措施處理堤防存在的虛土層、洞穴、堤身裂縫等隱患。該辦法在處理堤身虛土層、洞穴及裂縫隱患時，不需要大斷面開挖，對堤防道路交通和日常管理影響較小，效果也較為理想，造價也相對較低。施工方面：嚴格控制半剛性基層施工碾壓時的含水量，混合料的含水量不能超過壓實需要的最佳含水量或控制在施工規范容許的范圍內。半剛性基層碾壓完成后，要及時養生。半剛性基層碾壓完成后或最遲在養生結束后應立即用乳化瀝青做透層或封層。透層或粘層完成后，應盡快鋪筑瀝青面層。

5.1 設計措施

（1）在設計中，充分估計和預測遠景交通量，適當考慮吧超載車輛的比列，適當提高路面結構層的標準。在設計半剛性路面結構時，優先選用抗壓性能好，干縮系數和溫縮系數小及抗拉強度高的半剛性材料做基層。

（2）設計地下管線的埋深不能深于路面以下30 cm。

5.2 材料措施

（1）選擇適合的道路材料和面層材料，進行合理的結構組織設計，確定瀝青路面厚度。

（2）在瀝青混合料中添加石棉或木質纖維料或采用較厚的瀝青面層減少或延緩由半剛性基層產生的反射裂縫。

（3）面層瀝青盡量選擇低稠度、髙延度、低含臘量的優質瀝青，在滿足穩定度要求的前提下，選擇針入度較大的瀝青，必要時可選用干性瀝青。

5.3 施工措施

填土中不得含有淤泥、腐殖土及有機物等，壓實度達到規定值；嚴把瀝青混合料質量關，使瀝青混合料級配最佳，礦料拌合粗細均勻一致，嚴格按配合比控制油石比；控制瀝青混合料所用瀝青的延度，拌制瀝青混合料時防止瀝青混合料加熱過度“燒焦”；混合料自加工廠運到現場氣候較低時，應覆蓋油布保溫；嚴格控制瀝青混合料施工溫度；攤鋪瀝青混合料后緊接著碾壓，縮短碾壓長度；嚴格按碾壓操作規程作業，壓路機在對瀝青路面進行碾壓時，車輛禁止在新壓路面調頭，碾壓的速度不宜快；在半剛性基層施工中，控制壓實的含水量；大風和降雨時停止攤鋪和碾壓；宜采用全路寬整幅攤鋪，避免縱向分幅接茬；半剛性基層碾壓后，應及時覆蓋灑水養生，潮濕養護5～14 d；剛性基層施工后，養生期內嚴禁車輛通行，并在養生期結束后及時澆面層。

5.4 超載措施

（1）適當增加路面厚度，使用更優質材料提高路面整體強度。

（2）增加車輛的后軸，改善車輛對路面的作用發展雙后軸及對后軸大型載貨車輛，避免道路的早期破壞。

（3）執法從嚴，限制車輛超載運輸，避免道路的早期破壞。

6 裂縫的治理

（1）一經發現裂縫后應立即修補以免水通過縫隙滲透到基層，造成基層破壞而影響面層。對于較小的很像裂縫和縱向裂縫，縫寬在6 mm以內，宜將縫隙刷掃干凈，并用壓縮空氣吹去塵土后，可用灌入熱瀝青或乳化瀝青材料加以封閉處理；縫寬大于6 mm的，將裂縫內雜質處理干凈后，用瀝青砂或細粒式瀝青混凝土填充、搗實，并用烙鐵封口，撒砂，掃勻；也可以采用乳化瀝青混合料填封。

（2）輕微龜裂可采用刷油法處治，或進行小面層噴油封面，防止滲水擴大裂縫；大面積龜裂、網裂采用加封層或瀝青表面處理。嚴重龜裂、網裂應對基層進行補強。

（3）碾壓中出現微裂縫，可在終碾前，用輪胎碾進行復壓，消除裂縫。

（4）因土基、路面基層的病害或強度不足引起的破損，應處理路基或基層，然后再修復路面。

7 結語

瀝青路面裂縫的形式多種，路面裂縫產生的原因不一，在施工中必須牢固樹立預防為主的思想，嚴格把住施工各個環節。在工程質量控制中，做到事前積極防治、事中嚴格控制、事后及時處治，最大限度地降低瀝青路面裂縫的產生，將裂縫控制在允許的范圍之內，確保瀝青路面的使用壽命。實際上按照現行瀝青路面設計規范要求，瀝青路面厚度設計相對偏厚，目前采用的半剛性基層收縮性都比較小，施工工藝水平有很大提高，所以新建半剛性瀝青路面上出現的裂縫絕大多數是瀝青路面本身產生的溫度裂縫。如何提高瀝青面層的防裂性能、改善瀝青及瀝青混合料的使用品質應是今后研究的主要方向。

[1]JTGF40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].