王海能

摘要：本文通过对半刚性基层沥青路面裂缝形成原因的分析，指出半刚性基层沥青路面中基层和面层的温度收缩裂缝是半刚性基层沥青路面裂缝产生的主要因素，并根据裂缝形成机理提出了相应的防治措施。

关键词：半刚性基层；裂缝；原因；防治

目前在我国高等级公路建设中，半刚性基层沥青路面是路面结构的主流模式。半刚性基层沥青路面具有高强度、良好平整度和良好抗疲劳性能等特点, 在我国已完成的高等级公路中，95％的里程采用了半刚性路面。但是在半刚性路面在我国大量投入使用的过程中，出现的比较严重的路面裂缝问题。路面开裂后水分通过裂缝渗到路面基层、底基层甚至土基,削弱基层、土基的强度,使路面强度大大降低并产生冲刷和唧泥现象，使裂缝加宽，裂缝两侧的沥青路面破碎，从而加剧路面的破坏,缩短路面的使用寿命。因此必须充分重视半刚性沥青路面裂缝的产生及其影响，深入研究其形成机理并采取合理的防治措施进行预防和延缓裂缝的产生，以使半刚性基层沥青路面结构的优势得到充分发挥，从而进一步推动我国高等级公路的发展。

1 裂缝形成原因

沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的。沥青和沥青混合料的性质、基层材料的性质、气候条件、交通量和车辆类型以及施工因素等都会对裂缝的形成和发展程度产生很大的影响。但就沥青路面开裂的主要原因而言，裂缝分为两大类：荷载型裂缝和非荷载型裂缝。

1.1 荷载型裂缝

荷载型裂缝，即主要由行车荷载作用而产生的裂缝。主要半刚性基层和沥青面层的疲劳寿命有关。在车轮荷载的反复作用下，若半刚性基层的底部产生的层底拉应力大于半刚性基层材料的抗弯拉强度，则半刚性基层的底部很快开裂，随之在车辆荷载的反复作用下，裂缝逐渐扩展到上部并使沥青面层也开裂破坏。这类裂缝往往是稠密的、有时互相联系的裂缝，甚至是网状的裂缝。造成荷载型裂缝产生的原因可能有：

路面结构设计不合理或厚度不足，致使路面强度不够或不能满足交通量和汽车荷载的迅速增长；半刚性基层基层材料中集料的级配设计不合理，从而导致疲劳寿命降低；施工质量不好，无机结合料没有充分拌合，出现大范围的离析现象。

1.2 非荷载型裂缝

非荷载型裂缝包括温度收缩裂缝和干燥收缩裂缝

1.2.1 温度收缩裂缝

温度收缩裂缝包括低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝。在我国的北方大部分使用半刚性基层沥青路面的地区所出现的裂缝大部分是由温度收缩裂缝造成的。低温收缩裂缝是由于冬季随着温度下降,材料开始收缩,而由于基层在路面结构中受到约束,当气温大幅度下降时,基层材料中的拉应力或拉应变一旦超过材料的抗拉强度或极限抗拉应变而引起基层的开裂。温度疲劳裂缝主要发生在太阳照射强烈、日温差大的地区，温度应力日复一日地反复作用在基层中,使基层产生疲劳开裂.由此产生的裂缝称为温度疲劳裂缝。

沥青面层的温度收缩裂缝：在寒冷和较寒冷的地区，一旦气温大幅度下降，在沥青面层会产生很大的温度梯度，沥青面层内部和底部始终有一温差，沥青面层愈厚，温差就愈大。由此在沥青面层产生的温度收缩应力就有所不同，其中沥青面层表面产生的收缩应力最大。一旦这个应力超过沥青面层某一薄弱面（或点）混合料的抗拉强度，面层的表面就要首先开裂。随着持续低温或又一次降温的到来，在裂缝尖端会产生很大的应力集中，使裂缝向下延伸并逐渐穿透整个沥青面层。

半刚性材料基层的温度收缩裂缝：在底基层和沥青面层的约束下,半刚性基层材料碾压成型后产生温差ΔＴ引起的温度收缩应变超过半刚性基层材料的极限拉伸应变值时,基层便会出现裂缝。

1.2.2 干燥收缩裂缝

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。由于材料的应力松弛性质和材料强度随龄期增长，材料的抗应变能力增强，所以干缩应力在施工后的几天内即达到最大值，随后就降低。半刚性基层干燥收缩裂缝的产生可能有以下几个原因：

半刚性基层在摊铺成型后未得到合适养生，在压实后几天内产生很大的收缩应力，而此时混合料的抗拉强度还不大，易产生干缩裂缝；半刚性基层在养生结束后，如不及时铺筑沥青封层和沥青面层，让其曝晒，随曝晒时间增长，也会产生干缩裂缝；

1.3 综合以上分析,半刚性基层沥青路面的反射裂缝形成有复杂的原因,主要与基层和面层材料的温度收缩性质有关，同时与材料性能、结构层组合设计、温湿循环、车辆荷载疲劳作用以及施工工艺有一定的关系。

2 防治措施

2.1 避免荷载型结构性破坏裂缝

减轻半刚性路面裂缝的首要措施是从设计上不发生荷载型结构性破坏裂缝。因此在设计中应该考虑到下列因素：半刚性基层和半刚性底基层底面拉应力；半刚性材料层的厚度；半刚性基层材料的疲劳寿命。

2.2 减轻非荷载裂缝的措施

2.2.1 选择合理面层材料

面层沥青应选用劲度模量大、温度敏感性低的沥青或改性沥青,采用一定级配的集料,必要时可在沥青混合料中加土工合成材料以提高其韧性,减少沥青面层自身温湿效应并增强对基层可能形成反射裂缝的预防。

2.2.2 选择合理基层材料

对半刚性基层无机结合料,从目前情况来看应通过试验确定其最佳组成,尤其是集料级配，尽量使用骨架密实型级配，以便使其抗裂性能尽量符合当地环境条件的要求；同时可适当加入有助于提高早期性能的外加剂,减少水泥用量，增大其弯拉强度而使弯拉模量变化不大,减弱温湿效应,增强抗裂性能,减少基层自身裂缝。

2.2.3 防止或延缓基层开裂

提高材料抗裂性能：造成面层反射裂缝的原因在于半刚性基层材料的开裂,而决定半刚性基层开裂的主要因素是其材料的胀缩系数,因此尽量采用胀缩系数小的材料作为基层或者采取措施尽量使材料胀缩系数变得小一点。有很多措施减少半刚性基层的收缩和收缩裂缝以及避免冲刷唧浆现象。这些措施包括：尽量使用骨架密实结构矿料级配；减少水泥的用量；控制粒料中细料含量和塑性指数；水泥稳定粒料的混合料设计应使混合料的收缩应变不大于200με；控制此粒料中粒径在0.075mm以下细料含量，如果有条件的情况下尽量不使用。

改善约束条件：设置粒料过渡层或裂缝隔断层；使用土工布、玻璃纤维格栅等作为应力吸收层；进行预锯缝处理；

使用作用明显的透层油和粘层油，尽量使底基层、基层和面层形成一个整体，这样既有助于防止裂缝在层与层之间传递，同时可以提高整个路面结构的疲劳寿命。

2.2.4 施工时应注意事项

加强半刚性施工时的原料质量控制，特别是我国北方、西部大量使用的水泥稳定砂砾基层中，控制砂砾中粒径在0.075mm以下细料含量对于基层裂缝产生的减少有很重要的作用；根据天气和温度情况严格控制半刚性基层施工碾压时含水量,混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量;施工时要严格控制摊铺机的摊铺质量，减少离析的发生；半刚性基层碾压完毕,要及时养生; 半刚性基层碾压完毕或最迟在养生结束后应用乳化沥青做透层或封层；充分利用某些天然条件,如利用夜间或有利的低温季节进行半刚性基层的施工以降低施工时温度。

参考文献

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