石嵩山 徐倬伟

大同市2008年和2009年进行了大规模的道路建设。2008年所建道路于2008年9月底将沥青混合料铺筑完毕，在2009年1月发现新建道路上存在横向裂缝。通过前期调研，2009年5月，大同市道路指挥部组织道路相关参建人员，并邀请国外专家就2008年建成道路存在的道路横向裂缝问题进行深入分析，同时提出在半刚性基层与面层之间增加沥青稳定碎石(ATB)柔性基层来缓解裂缝的发展，并同意在2009年道路建设中进行试验使用。结果表明，稳定碎石(ATB)柔性基层能有效缓解道路裂缝，截止目前，2009年应用ATB的新建道路没有发现横向裂缝。

1 道路横向裂缝的产生

大同市2008年所建城市道路的路面结构为:4 cm SBS改性沥青混凝土(AC-13)+5 cm中粒式沥青混凝土(AC-20)+7 cm粗粒式沥青混凝土(AC-25)+20 cm水泥稳定碎石(水泥含量5%)+36 cm水泥稳定砂砾(水泥含量暂定3.5%)。施工过程中，由于水泥稳定砂砾7 d无侧限抗压强度需达到2.5 MPa，因此施工中增大了水泥稳定砂砾中的水泥含量，使其达到4.5%～5%，在水稳层铺筑7 d后达到设计要求强度后即进行上层混合料铺筑施工。道路面层SBS改性沥青混凝土截止9月底全部铺筑完毕，在 2009年1月发现道路存在横向裂缝，横向裂缝如图1所示。

2 道路横向裂缝产生的原因分析

2.1 现场勘查

沥青路面在使用期开裂是世界各国普遍存在的问题，专家们通过现场踏勘和钻芯取样对沥青混凝土面层横向裂缝问题进行分析。现场踏勘结果是:裂缝大多出现在过路雨水支管的位置，通过钻芯取样可以看出几乎都是因基层产生裂缝反射到面层贯通整个面层的裂缝。

2.2 横向裂缝原因分析

1)水稳基层刚度大，产生基层开裂。施工过程中为了满足基层的设计强度要求及取芯完整，基层中掺入水泥量均超过设计要求值的0.5～1.0，这就使基层刚度增大。刚度较大时基层易产生较大的内应力，应变伴随应力发生，这就是裂缝开裂的主要原因。因此，半刚性基层的道路施工建成后在一段时间内会有规律的出现裂缝，高速公路一般是40 m～50 m出现，在市政道路中会出现在雨水等过路支管等刚度突变部位。2)水稳养护期短，产生温缩裂缝。一般水稳在达到7 d的设计强度后就会进行下一层施工或者铺沥青面层，这就使基层养护不到位，应力得不到充分释放、产生收缩裂缝。此种裂缝是工程上发生比较普遍的裂缝，其产生主要是由于压实后的水稳基层水分不断蒸发和水泥水化作用使水分不断减少，产生吸附作用、毛细管作用、材料矿物晶体、凝胶体层间水的作用以及碳化收缩作用等，使水稳基层压实体积收缩，从而形成裂缝。这种裂缝一般在水稳基层完工后20 d左右产生，缝宽多为1 mm～3 mm，横向贯通或半贯通。3)温度裂缝。沥青材料在较高温度条件下，具有良好的应力松弛性能，但当气温大幅度下降时，沥青材料逐渐发硬并开始收缩，由于沥青面层在路面中是受到约束的，面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度，沥青面层就会开裂。表现在沥青面层的裂缝在冬天缝宽明显，夏天的裂缝变小。具体到大同地区，由于大同昼夜温差大，冬季气温较低，因此温度变化也会产生裂缝。

3 影响裂缝产生的主要因素

1)沥青及沥青混合料的性质。沥青和沥青混合料的性质是影响沥青路面温度开裂的主要因素之一。在沥青性能指标中，沥青的温度敏感性是影响沥青路面开裂的主要指标，温度敏感性大的沥青更容易开裂。2)基层材料的性质。基层材料的收缩性愈小，面层裂缝愈少。基层上有透层油以加强与面层的粘结对抗开裂是有好处的，基层材料种类也是沥青面层裂缝的主要因素之一。3)气候条件。极端最低温度、降温速率、低温持续时间、升降温循环次数是气候条件影响沥青路面温缩裂缝的四大要素。4)交通量和车辆类型。半刚性基层中的最大拉应力通常是由最重的车轮荷载产生的，并且对于半刚性路面，不同轴载对路面的破坏作用远不是4次方的关系，而是11次～13次方的关系，即使是通过次数较少的重荷载也对路面破坏起着重要作用。5)施工因素。主要指半刚性基层材料的碾压含水量，半刚性基层完成后的暴晒时间等因素，要保证基层施工过程的压实和施工后的养护工作。半刚性材料的施工质量以及基层和沥青面层之间的粘结性也是沥青面层裂缝的主要因素。

4 预防裂缝产生的措施

针对以上原因和影响因素分析，结合大同市工业发展和气候特点，经集体讨论分析，确定对于缓解裂缝出现主要是从基层上着手，从基层材料和施工过程两方面来缓解裂缝出现的时间和频率。

4.1 基层材料方面

1)采用级配较好的骨料来满足水稳基层的强度，减少水泥用量，降低基层刚度。2)在半刚性基层与面层之间设置应力消减(应力吸收)中间层，增加柔性基层，以吸收应力和缓解裂缝出现的时间和频率，可采用沥青稳定碎石层(ATB)来缓解裂缝的发展。还有如采用沥青面层切缝灌缝措施，可达到规律的控制裂缝位置和宽度。但影响沥青面层观感质量，且施工较为复杂。

4.2 基层施工方面

1)施工过程中，保证基层在最佳含水量下的压实。且在满足工程工期的情况下尽量增加水稳基层养护时间，使基层的强度得到保证，应力得到充分释放。2)基层与面层之间的透层油粘结施工要保证使两层间粘结良好。

5 预防裂缝措施(加入ATB柔性基层)的应用

经专家组研究，在道路基层和面层之间加入ATB柔性基层，具体路面结构做法是:4 cm SBS改性沥青(AC-13C)+6 cm中粒式沥青混凝土(AC-20C)+7 cm粗粒式沥青混凝土(AC-25C)+10 cm沥青稳定碎石(ATB-25)+1 cm沥青表处+20 cm水泥稳定碎石(5%)+15 cm水泥稳定砂砾(3.5%)+15 cm砾石砂。

将上述措施应用在2009年新建的城市道路上(以兴云路为例)，道路参建各方均齐心努力加强施工过程控制。通过实践证明，兴云路为2009年9月底面层铺筑完毕，截止目前，兴云路没有出现道路横向裂缝。

因此，将ATB柔性基层应用于大同市政道路中能有效缓解道路裂缝的出现。

[1] JTJG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[2] JTJ 034-2000，公路路面基层施工技术规范[S].