半刚性基层沥青路面反射裂缝成因分析

叶占海

摘 要：公路的质量是否达标，是保障公路使用寿命的基本前提。我国公路大多数都为沥青路面，沥青路面病害很难杜绝，作者通过分析半刚性基层和沥青面层材料性能、反射裂缝形成机理，介绍宁夏吴忠利红一级公路路面结构的开裂模式，指出防止半刚性基层裂缝及沥青面层反射裂缝着重从设计合理的结构组合和选择合适的材料以及施工管理着手采取有效的技术措施。

关键词：路面；裂缝；成因

中图分类号：U416 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）21-0178-02

1 概述

利红一级公路是宁夏吴忠市利通区至红寺堡开发区重要的一条交通要道，它南连红寺堡经济开发区及G2012定武高速，北接吴忠市利通区与S12古青高速，东至吴忠市太阳山能源基地，西通G6京藏高速，2013年12月通车至今。因公路路面结构设计为6cm厚沥青混凝土面层，18cm厚水泥稳定碎石半刚性基层，36cm厚水泥稳定砂砾底基层，本文将该路面结构简称为半刚性基层沥青路面，将半刚性基层裂缝与沥青面层反射裂缝简称为半刚性基层沥青路面的反射裂缝，做成因分析。

2 沥青路面半刚性基层材料的性能

沥青路面的半刚性基层是指：利用粉煤灰、水泥等一些无机结合料拌合而成的稳定土或者是级配碎砾石等，以及用水硬性材料结合料的如工业废渣所修筑的能结成板体的路面基层。现阶段下，我国高等级公路的半刚性基层以及底基层大多都为水泥稳定级配碎石或级配砂砾，而半刚性基层材料具有热冻胀特性还有干燥特性以及疲劳特性等，这些特性受温度影响极为明显。

热冻胀特性是指半刚性基层材料通常会具有热冻胀系数，是材料在固体、液体、气体这三项之间的综合效应。半刚性基层材料添加结合材料后，依靠水的扩张作用，以及其对应的毛细管压力还有最为常见的温度作用等，当其含水量比例达到最佳时，温度收缩系数将会呈现最大值。

在高温季节进行道路建设时，沥青路面半刚性基层会呈现出干燥收缩特性。这是因为半刚性基层材料铺筑是按最佳含水量来进行施工的，此时基层材料内部水分较多，而外部水分因暴露在高温空气环境下会被蒸发掉，进而使得基层材料发生干燥收缩。值得注意的是，当基层材料外部缺水后，又会从内部吸收水分，这一活动会随着环境的温差而有较明显的快慢变化。这也使道路在开始建设时，其基层会因干燥收缩还有温差变化进行反复的疲劳作用而发生综合效应。在这整个过程中，干燥收缩是最主要的表现，温度收缩是次要影响条件，尤其是利红一级公路地处宁夏中部干旱带，昼夜温差较大，这也使其半刚性基层材料的干燥收缩特性表现的较为明显原因之一。

沥青路面半刚性基层材料的疲劳特性是指半刚性基层材料模量随着使用年限的增加，进而不断的增强。这样的半刚性基层在建设初期有着很好的柔性路面力学特性，在环境适当的情况下，无论是强度或是刚度，都会随着道路使用年限的增长而增强，并且抗弯拉实验还有弹性模量都远远小于刚性基层。而沥青路面半刚性基层材料其强度，不單单和材料的种类有一定的关系，与试验还有养生条件也有一定的联系，对于水泥稳定材料的强度来讲，主要是受级配的组成、粉粒以及粘粒含量、水泥标号用量、后期养生的影响。沥青路面半刚性基层结构与柔性路面相对比，有着强度高、刚度大、稳定性以及整体性好等优点，但相对应的也有着其自身的缺点，就是脆性比较大，抗变形能力差等。在道路建设过程中，当半刚性基层上铺筑较薄的沥青面层时，在疲劳特性的作用下，半刚性基层裂缝会反映到面层上形成反射裂缝。

3 半刚性基层裂缝成因分析

利红公路在竣工通车后，经过几年的使用及气温的影响，路面病发了许多横向缝缝，通过冬春两季的2次路面病害的调查，发现路面开裂严重：上去50km范围内公路横向裂缝密布，最多处1km内裂缝达20条之多，春季宽度一般为2-8mm，冬季裂缝宽2-16mm，经挖探表明，有的是沥青混凝土面层开裂，但是大多都是由半刚性基层开裂后引起沥青混凝土面层反射裂缝，使得裂缝一裂到底，这主要是受气温影响而产生的裂缝现象。

（1）冻胀裂缝。组成半刚性路面基层的固相空间骨架材

料，以及存在于缝隙之中的固相水与固相气体组成了半刚性基层的无机结合稳定料，这三项在降温的过程中所产生的作用直接影响着半刚性路面基层的胀缩性，因此，半刚性路面基层低温收缩开裂是它的一个显著特性。（2）干燥收缩裂缝。大量实验证明，半刚性路面基层干燥收缩是由于基层混合料失去水分引起的，大量的层状结构晶体或者是非晶体例如黏土矿物还有C-A-H结晶体等，其层间水还有水化离子量非常大，但伴随着湿度下降，间层水不断的蒸发，游离与基层混合料中的水分减少缩小了颗粒间的空隙，致使晶体间距减小，从而引起整体收缩，故而体积变小，易于开裂形成裂缝。因此，半刚性基层干缩裂缝的形成和基层混合料的性质与用水量有关，所选半刚性基层材料中，无机料稳定细粒土比稳定粗粒土干缩变形大，易于开裂。利红公路孙家滩段地处宁夏干旱地区，常年少雨，6-9月份四个月中白天气温高达38℃以上，此段路的基层是在7-9月份施工，虽说施工过程中养生用水充足，但由于施工时气温高，蒸发量大、基层含水量散失快，故而基层极易开裂。（3）疲劳破坏裂缝。半刚性基层公路在运营过程中，抗压强度必然会比抗拉强度大，在车辆荷载、温度等应力的反复作用下，其结构层受压导致的弯沉疲劳程度加大，特别在基层的底部产生裂缝之后，裂缝将会由底发展延伸至基层表面，这种裂缝在最开始的时候，多为细小的横向裂缝，并且出现裂缝之后，会逐渐的扩张成为网状裂缝，其范围越来越大，导致道路表层被彻底破坏。这说明结构层达到临界疲劳状态时所能承受的荷载重复作用次数作为疲劳寿命指标，而指标的大小，则受到重复应力的大小所决定，同时还与其结构层的环境因素有一定的关系。（4）沉降裂缝。a.桥涵两侧沉降裂缝。出现在桥涵构造物两侧，主要由于路基填料固结沉降，或由于行车荷载作用引起两侧路基沉降导致的半刚性基层和沥青路面裂缝。这类裂缝主要是由桥涵构造物墙身与其两侧路基沉降量不一致，路基填料质量差或压实度不达标准等主客观原因引起的，雨水渗入裂缝后会加剧沉降，从而引起桥头跳车，对行车安全性危害巨大。b.路基沉降裂缝。多发生在旧路改建的新旧路基搭接段，主要是由新旧路基沉降量不一，或由于路基加宽部分滑动沉降而出现的纵向裂缝，或有些高填方路基缺乏路基支挡工程，坡脚经水浸泡而软弱变形，造成边坡或路基滑塌沉降而出现的纵向裂缝，路面水一旦渗入这种裂缝，路基含水量变大，路基稳定性遭到破坏后引起滑动后会加剧裂缝变大，严重影响交通安全。利红公路孙家滩管委会附近就有三处高填方路基由于雨水渗入路面裂缝，出现的半幅路基水平滑动25cm左右、沉降15cm左右，幸好发现早，病害处治及时，阻止了交通事故的发生。（5）化学腐蚀裂缝。半刚性基层腐蚀性裂缝产生的主要原因，是地下水的硫酸盐等侵蚀物质与基层添加材料如水泥等发生化学交替反应，生成一种新的盐结晶，从而导致的半刚性基层开裂或引起的破坏。沥青混凝土面层中的骨料或填料如富含有机脂或酸性物质，也会引起化学反应，从而造成面层开裂。

4 防止措施

4.1 进行合理的路面结构设计

根据当地筑路材料特性、气候特点和预测交通量等情况，提出适合地区特征的典型路面结构模式，计算确定最佳沥青面层厚度。路面结构设计时，切记要增加面层与基层之间用乳化沥青进行稀浆封层的重要性。

4.2 选择合理的道路材料

（1）选择合理的基层材料。在半刚性基层材料的选择过程中，最主要的一点是要对无机结合料稳定料的特性有一定的了解，利用相关的实验确定出结合料的最优化级配，并且还要确保无机结合料稳定料的温缩性所组成的含量比例，除此之外对于其结构的强度的影响也必须有所了解。选择确保质量的标号水泥以及洁净中性水，精心选择合理的基层材料。根据半刚性基层对于环境条件的要求，在特殊情况下也可以使用早强剂，保证在提高弯拉强度的同时弯拉模量不会发生太大的变化；最大程度的减少温室效应并且有效的提高抗裂性和耐用性等，最终减少其自身裂缝病害的出现。（2）结合当地环境选择面层材料。从沥青低温抗裂性的要求出发，达到沥青面层低温应具有较低的劲度和较大的抗变形能力，防止由于基层裂缝而引起面层的反射裂缝，且在行车荷载和其他因素的反复作用下不致产生疲劳开裂，有时在沥青中添加高分子聚合物，或在沥青路面结构层下铺设土工布或塑料隔栅，对提高沥青路面的低温抗裂性能都具有较为明顯的效果。利红公路个别路段就在沥青混凝土面层下添加了玻璃纤维布，这些路段的反射裂缝就极少。（3）加强施工管理。a.提高工程管理人员素质。首先要选好项目决策人，因为他直接影响工程能否顺利进行；其次工程管理者应加强业务学习，虚心请教，不耻下问，不断与施工单位，监理单位的专家和同行进行技术交流，以提高决策水平；最后要根据当地环境，因地制宜提出施工技术要求和工艺流程，才能保证工期和质量要求。b.精心施工，确保质量。基层在施工的过程中，为了防止基层在初期被破坏还有产生干缩裂缝病害，对于洒水养生还有封层处理必须要认真的对待，高密度碾压面层，也是减少沥青面层反射裂缝的有效措施之一。（4）加强层间联接功能设置。沥青面层和半刚性基层间的黏结——在保证半刚性基层强度的同时，设置效果最优化乳化沥青进行稀浆封层，将基层和面层牢牢的黏结好也可以有效的防止水分的侵蚀。相关的实验证明，基层与面层黏结的好与坏与基层强度有着直接的关系，基层强度不仅仅能够满足使用性能的要求，对于沥青路面使用寿命也有一定程度的延长。

5 结束语

在道路建设的过程中，想要保证工程的质量，那么科学合理的施工管理必不可少，半刚性基层沥青路面反射裂缝所形成的原因，多是由于环境还有温差以及积水还有组成半刚性基层的材料不大符合规范要求所导致，所以施工过程中，对于这些问题一定要谨慎对待，并且有针对性的给予相对应的措施，最终解决半刚性基层沥青路面反射裂缝的出现。

参考文献：

[1]王宏畅.半刚性基层沥青路面反射裂缝扩展及寿命研究[J].交通运输系统工程与信息，2012，02：174-180.

[2]胡海彦，张涛.半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝影响因素分析[J].交通科技，2015，06：79-81.