【精品】沥青路面裂缝分析与防治.doc

裂缝是沥青路面的主要病害之一根据沥青路面升裂的主要原因，裂 缝可以分为两大类，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝荷载型裂缝，即 主要由于交通荷载作用下产生的疲劳裂缝研究表明，荷载型裂缝的 开裂方式主要表现为剪切型非荷载型裂缝，即不是由交通荷载引起 的裂缝，主要为温度型裂缝沥青路面的温度型升裂包括低温收缩升 裂与温度疲劳开裂，均表现为张开型裂缝对于沥青路面基层存在裂 缝情形，按沥青面层（沥青加铺层）裂缝开裂部位，乂可以分为反射 裂缝与对应裂缝1路面裂缝的不利影响当沥青路面出现裂缝后将会使道路使用质量恶化由于裂缝局部过大 的应力会引起裂缝周围路面结构逐步破坏，随着水的侵入，路基土承 载力降低会加剧路面结构的破坏这将使得舒适性和安全性降低沥 青路表出现裂缝是路况恶化的征兆，会对路面性能和耐久性产生不利 的影响这些不利影响包括：第一，影响路面使用功能和品质裂缝的存在，会影响行车舒适和安 全，也影响路面美观第二，降低路面防水性，影响路面使用寿命路表出现任何裂缝，都 会使路表水有机会进入路面结构内部，甚至进入对湿度敏感的路基土 中，从而引起路面早期破坏第三，引起路基过大压应力，易造成路面下沉由于存在裂缝，造成 路面板体不连续，在行车荷载作用下将加大板体边缘的变形，从而在 裂缝处传递过大压力至路基顶面，造成路基沉陷，从而引起路面下沉。

第四，增大路面应力和变形，造成结构层提前破坏上述的路面结构 板体边缘变形，会在路面结构内（尤其基层）产生很大的应力和变形, 在行车荷载作用下将缩短这些结构层的寿命第五，磨耗层沿裂缝的破坏在车辆、水分、霜冻等因素的综合作用 下，磨耗层常会沿裂缝发生骨料或小块沥青的剥落2沥青路面裂缝的成因沥青路面开裂…般与路面材料的特性、结构组成及形式以及交通荷载 和各类环境因素的作用有关为解决沥青路面开裂问题，必须对其成 因有一正确的认识归纳起来，引起沥青路面开裂主要有下述几方•面 原因：2.1路面疲劳由于沥青路面所承受的累积交通量超过其设计极限，将导致路面疲劳 开裂裂缝这种疲劳作用对面层甚至整个路面结构（底基层、基层和 面层）均会造成影响对于沥青表面层（磨耗层），其疲劳裂缝很细 小，且限于行车道，随着时间会延伸至整个路面，形成龟裂用水泥 处治的半刚性基层，当设计欠安全或已达到设计使用年限时，由于疲 劳会产生开裂并依材料的残余力学特性（强度、模量），大面积的 块裂可能发展为小面积的块裂甚至成为龟裂除磨耗层外，沥青面层 中其他结构层也可能由于基层的过度疲劳而易于开裂，在交通荷载的 作用下裂缝将延伸至磨耗层。

虽然在裂缝出现的初期仅限于车辙处， 但这些疲劳裂缝通常会发展为块裂2.2路面结构的收缩变形当无限长的路面结构收缩时，一旦面层与下层表面间的摩擦约束力在 面层内引起的拉伸应力超过其抗拉强度，就会引起面层的收缩开裂 收缩的原因，对于采用水泥材料的结构层可能是水泥的凝固变性或干 缩，或者是因季节、早晚天气变化造成的温度收缩通常收缩裂缝主 要产生在至少有一层使用了水泥结合剂的结构中，但在非常恶劣的气 候条件下，这种现象也影响到沥青面层始发于磨耗层表面的裂缝， 可能因在冬天严寒条件下的温度收缩和路面结构层翘曲引起在贫水 泥混凝土基层路面上大量的观测到这种现象在寒冷天气中，上层的 温度比下层的温度低，结果因深度不同而收缩量不同，会引起路面板 的翘曲这一影响加上沥青表层所产生的拉伸应力，当超过材料的抗 拉强度时，就产生了这种裂缝在冬天极度严寒的国家，沥青材料在 极低温度下会硬化，这就使得它们易于因温度收缩而开裂当使用硬 沥青和易老化的沥青时，这一现象更为常见这时它们一般形成等距 横向收缩裂缝对于半刚性路面，水泥稳定类基层通常没有施工缝， 因此，这些结构层易于产生天然横向缩缝这些横向裂缝贯穿磨耗层 达到路表时，它们往往间距为5〜15m,且宽度随温度变化而变化，在 零点儿毫米到儿毫米之间。

缩缝在路表成为可见缝时通常为单一的直线型裂缝，但在交通荷载作用下可发展为双 线型裂缝和分叉裂缝2.3路基土的变形路基的变形或局部承载力的下降，也可以引起路面开裂，裂缝会贯穿 路面各结构层引起这种裂缝的原因各异：由于路基排水不畅使其内 部含水量增加而引起承载力下降；有压缩性强的土类填筑的路基或者 未经充分压实的路基，在交通荷载和路面自重作用下而缓慢下沉；路 基土体滑动，尤其是沿线半挖半填路段；在旱季，粘性土由于过度失 水而引起收缩，特别是道路沿线存在的树木根系会使裂缝出现的更频 繁；当路面结构层形成的温度隔离效应，不足以阻止霜冻影响波及敏 感土时引起路基冻胀2.4设计或施工不当路面开裂也可能因路面设计的某些缺陷，或某层或多层路面结构的施 工不当而引起：第一，当老路拓宽时，由于基础承载力的横向变化，经常在老路边缘 处出现纵向裂缝，尤其当车辆轮迹主要集中在老路边缘时第二，纵缝出现在道路加宽处且原有结构与加宽部分之间的施工连续 性没有保证的地方，这样的裂缝通常是直线裂缝且往往相当密第三，相邻车道铺筑时使用的纵缝与横向施工缝都是薄弱环节，如果 施工不当旦不能连续施工，这些缺陷将暴露在交通荷载作用下和温度 变化中，将导致直线性裂缝，由于表面磨耗和材料的损失，裂缝往往 加深。

2.5老化和环境因素在严冬，沥青材料最易破碎，其强度将难以承受由温缩引起的拉伸应 力，可能由于路面的温缩和翘曲在路表出现微裂缝它可以从表面扩 展至层底这种类型的开裂可能最终发展为龟裂但单个裂缝会一直 很细小沥青材料的老化变硬以及路表直接暴露于大气环境中，会使 这种影响随时间加剧3沥青路面裂缝扩展的影响因素沥青路面开裂主要由交通和环境因素引起与行车荷载有关的沥青路 面开裂的典型例子就是龟裂，它由车轮碾压引起与环境有关的沥青 路面开裂的典型例子是达到整个道路宽度或部分宽度的横向裂缝，这 种类型裂缝是由于温度下降或干缩变形时沥青路面结构层收缩引起 的区别裂缝类型和各种类型裂缝（环境的和交通的）间的相互作用 非常重要这些方面会因路面结构层属性（柔性、半刚性和刚性）的 变化而变化3.1交通荷载诱发裂缝根据经典的疲劳强度理论，交通荷载引发的沥青路面裂缝产生于受约 束层底部，然后向上扩展到路表这些裂缝应出现在车轮轮迹处，而 且根据理论计算，应为横向裂缝然而，在车轮轮迹处观测到大量的 纵向表面裂缝，它们产生于顶面，然后扩展到路面内大约40〜50mm 深处尽管这种类型裂缝的起因不完全清楚，但人们相信它们可能是 由于在轮胎与路面接触处的垂直接触压力分布不均，以及出现了位于 行车方向侧面的剪力作用的结果。

Dauzats等人报道了法国许多较厚的柔性路面上所观察到的裂缝类 型得出的结论认为：大多数裂缝起源于路面表层Numm也得到 类似的结论Van Dommelen作了类似的阐述所有这些都表明：与 交通荷载相关的沥青路面开裂不一定形成于约束层的底部，它们也可 以产生于路表3.2环境因素诱发裂缝事实上，由环境因素诱发的裂缝通常呈现为横向裂缝，这是因为温度 下降或干湿变化而收缩产生的应力一般在纵向最大在特殊条件下， 如高摩擦力和温度或含水量急剧下降，就可能产生横向裂缝在这种 情况下，也可能产生典型的块裂通常，环境因素诱发的裂缝与存在 水泥处治层或高塑性指数的重粘土路基有关这两者都对温度和湿度 变化非常敏感而且，沥青层内也可以产生很大的温度应力，尤其是 在低温地区O在这些地区,温度可以降低至使沥青材料具有玻璃特性, 这意味着更可能发生破碎然而，在温和的气候下也可能发生开裂， 尽管此时沥青材料中的应力可以迅速松弛3.3交通荷载与环境因素 对沥青路面开裂的综合影响与交通荷载和环境因素相关的应力不是 彼此孤立的而且，在许多气候条件下，沥青路面裂缝在白天主要受 交通影响，而夜晚主要受环境因素影响Goacolou等人和De Bondt 研究了交通荷载与环境温度的联合影响，表明：这类裂缝在开始阶段 发展缓慢，而在最后阶段发展非常快。

适用于含水泥处治基层的沥青 路面温度引起的开裂能够以完全不同的方式发展在早期阶段发展 快，而在第二阶段扩展速度减缓存在软弱地基或路基施工后沉降过 大的路段，路面开裂往往由非均匀沉降引起De Bondt指出，在这 种情况下，应用综合方法来分析这些影响同时指出，交通荷载加速 了非均匀沉降引起的路面开裂，反之亦然4沥青路面裂缝的防治应注意限制施工初期裂缝的形成和采用合适的预开裂措施路面设计 时应限制施工初期裂缝的形成，包括正确的选择基层材料，合理的设 计道路结构和控制施工质量如果知道裂缝的起因，有些情况下，可 以在加铺前采取避免现有裂缝向上扩展的方法①因路基含水量过高 而使其承载力减弱引起的的裂缝，此时，可以通过排水降低土体中含 水量和通过路表防渗阻止水分的进一步渗入；②因通常的结构疲劳引 起的裂缝，可以妥善的设计结构材料强度，解决这一问题；③因层间 滑动引起磨耗层的疲劳开裂，此时，可以有计划的挖除磨耗层，再铺 筑与下层粘结良好的新磨耗层对于新铺水泥处治基层等半刚性基层 沥青路面，其收缩裂缝难以避免，为防止裂缝对沥青面层造成不利影 响，可采取预开裂技术（目前常用五种不同的预开裂技术，结构层顶 部且槽、沥青乳液接缝、嵌入硬质波浪形夹片、嵌入柔性塑料带、结 构层底部预开裂），在缝处铺设土工织物防止基层开裂，并确保基层 的压实度达到规范的要求等。

4.1新建沥青路面裂缝的预防4.1.1材料的选择根据道路所在地区的气候条件和混合料类型选择结合料对于水泥处 治基层，如果条件允许，最好使用温度膨胀系数低的骨料对于沥青 结合料，使用某些聚合物或添加剂可以提高其抗裂能力沥青混合料 中的集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥 青粘附性好的材料如果集料呈酸性，则应添加一定数量的抗剥落剂 或石灰粉，确保混合料的抗剥落性能，同时应尽量降低集料的含水量, 尽可能使用人工砂代替圆形颗粒的天然沙4.1.2路面结构设计显然，所设计的道路必须能适应所承受的的交通荷载水平和温度条 件若道路承载力不足（如结构层太薄），将加速路面疲劳开裂过程 对于水泥处治基层，应尽量减少反射裂缝反射裂缝明显的受沥青面 层的影响，厚度超过15cm的面层可以有效的防止受拉疲劳产生的裂 缝在设计中应特别注意路面排水与防水措施4.1.3沥青混凝土配合比设计沥青混合料的级配也是一项重要因素在合理选择混合料级配时，应 兼顾其高温稳定性、疲劳性能和低温抗裂性，以及路表特性和耐久性 等各方面的要求对受拉疲劳开裂的研究表明，沥青用量从4.2%增 加到6.2%,可以使以25m板长为基层的密级配沥青碎石路面的抗疲 劳寿命由10年延长到45年。

空隙率对面层的疲劳寿命有很大影响, 当空隙率从11%降到3%时，针入度为100的密级配沥青碎石路面的 抗疲劳寿命会增加4倍开级配沥青混合料具有较高的空隙率，因 而抗拉能力比较低，试验表明，其疲劳寿命比密级配混合料要缩短 2.5倍SMA被证明具有良好的高温稳定性和低温抗裂性能，使用 寿命长，是防裂路面设计沥青混合料的一项新技术在条件允许的情 况下，注意改善集料级配（如SMA）和采用改性沥青4.1.4设计应力吸收层设计应力吸收层，对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使 裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，可明显减弱裂缝尖 端应力的奇异性，降低应力强度因子，而吸收层的弹模越低，防裂效 果越好就目前常用的材料而言，土工织物与沥青橡胶薄膜的弹模较 低，变形率较大，且不存在低温脆化问题，效果最佳4.1.5施工质量铺筑路面材料时，应该遵循正确的施工原则结构层之间粘结不良和 施工不良的纵缝和施工缝会产生本可以轻易避免的裂缝4.2半刚性基层反射裂缝的预防421结构。