新疆沥青路面反射裂缝病理分析及防治

王显赫，陈发明

（新疆大学 建筑工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047）

1 典型路段病害统计与分析

本文的典型路段调查主要针对路面的使用状况和病害进行分析，调查路段为新疆地区具有代表性的两条路线：北疆G312线，南疆G314线。

1.1 调查区域的气象资料

调查区域的气象资料见表1。

1.2 典型路段病害统计

具体调查数据见表2和表3。

表1 调查区域气象资料

表2 G312沥青路面破损、构造深度调查数据

表3 G314沥青路面破损、构造深度调查数据

1.3 典型路段病害分析

南北疆主要道路的调查路段钻芯取样表明，大部分路段的损坏为裂缝、车辙。面层出现横向裂缝而基层却没有开裂的情况很少出现，而且面层和基层部位的裂缝出现位置的上下基本对应，说明路面裂缝主要为基层的反射裂缝，同时，由于昼夜温差及季节性温度变化较大，由温度应力产生的横向裂缝在北疆路段十分严重。

1.3.1 北疆路段裂缝病害成因

1）冬季严寒将产生低温缩裂，温差大会导致温度疲劳裂缝，半刚性基层裂缝会进一步形成反射裂缝；

2）中下面层疲劳破坏产生的疲劳裂缝；

3）该地区的大部分路段属于夏热冬寒，裂缝中渗入的水分与地下水分的上移聚集在面层底部和基层顶面上；春季冻融，就会产生冻胀破坏，使沥青与集料的粘附性降低，造成水损坏，从而降低了路面的强度。

1.3.2 南疆路段裂缝病害成因

1）半刚性基层的反射裂缝；

2）面层的沥青材料低温抗裂性能差。

综合以上分析可知，反射裂缝是形成新疆地区南北疆各等级道路损坏的主要原因，必须采取有效可行的措施予以防治。

2 沥青路面反射裂缝扩展机理

2.1 裂缝扩展的基本型式

断裂力学认为，在外力作用下，裂缝的扩展有3种基本型式，即张开型（I型）、滑开型或剪切型（II型）、撕开型（III型），如图1所示。

图1 裂缝的扩展型式

1）张开型裂缝（I型）。正应力σ和裂缝表面垂直在正应力作用下，裂缝尖端处上下两个平面张开而扩展，且裂缝扩展方向和σ的作用方向垂直，裂缝上下表面产生彼此相反的张开位移，如图1（a）所示。

2）滑开型或剪切型裂缝（II型）。剪应力τ平行于裂缝表面、垂直于裂缝前缘。在剪应力作用下，裂缝的上下两个平面相对滑开，一个沿着裂缝扩展方向，另一个背离扩展方向，如图1（b）所示。

3）撕开型裂缝（III型）。剪应力τ平行于裂缝表面和裂缝前缘。在剪应力作用下，裂缝上下两个平面撕裂而扩展，裂缝相对错开，裂缝上下表面产生方向相反的离面位移，如图1（c）所示。

2.2 沥青路面反射裂缝的产生和发展

反射裂缝分为荷载型裂缝和温度型裂缝。车轮荷载经过接缝或裂缝时会对沥青面层或加铺层产生两次剪切作用、一次弯曲，在裂缝一侧时，主要以剪切型式引发反射裂缝，如图2所示。车轮荷载经过裂缝正上方时，以张开型式引起反射裂缝；温度变化使得路面结构产生两种变形：第1种是由于四季及昼夜温差导致温度在各个结构层中分布不均而产生温度梯度，且不同材料的热膨胀系数不同，造成沥青加铺层的收缩及翘曲从而在加铺层中产生张开型反射裂缝，如图3所示。第2种是由于温度下降致使接缝处沥青加铺层产生收缩而引起的张开型反射裂缝。总之，沥青路面反射裂缝主要为由交通荷载引起的张开型裂缝（I型）和剪切型裂缝（II型）以及由温度变化引起的张开型裂缝（I型），或者由I型及II型构成的复合型裂缝，而撕开型裂缝（III型）则较少。

3 反射裂缝的防治措施

为防止或延缓反射裂缝的产生和发展，国内外道路工程界的专家、学者们进行了大量的理论和室内外试验研究。对反射裂缝采取的防治措施主要体现在3个方面：一是针对半刚性基层材料自身，二是在面层与基层之间设置应力吸收夹层，三是改善沥青面层性能或加铺层性能。

对于半刚性基层而言，其设计强度要根据路面结构在一个很宽的值域内取值，一定剂量的结合料、良好级配的集料、高质量的保湿养生可以避免半刚性基层的干缩裂缝，同时也可以通过控制细料的含量减小半刚性基层材料的温缩裂缝。

改善沥青面层性能或加铺层性能：一方面可以降低半刚性基层的温度变化，减小裂缝或接缝处沥青面层或加铺层的温度应力；另一方面，可以明显增加路面结构的整体弯曲刚度，降低半刚性基层裂缝处的弯沉及弯沉差，减小沥青面层或加铺层的剪应力，从而延长路面的使用寿命。

目前，随着改性沥青的研究深化，综合各种裂缝的防治措施，将新型改性沥青用在防治路面裂缝上不仅能提高道路的使用性能，而且会在设计和施工上降低防治难度，同时能与应力吸收夹层很好的结合，针对新疆昼夜温差大、南北疆气候差别大等特点，稳定型橡胶改性沥青是一种兼具高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳、水稳定性能好的应力吸收层沥青混合料，应用于半刚性基层与沥青面层之间或旧路面与沥青加铺层之间，以防止或延缓反射裂缝的产生，并会实现密封隔水并加强上下层之间的粘结作用，同时，应力吸收层具有施工方便、施工周期短、开放交通早、性价比高、可回收利用等优点。在新疆地区的道路建设上，改性沥青应力吸收层将会对裂缝起到很好的防治作用。

4 结 论

1）由于年温差及昼夜温差较大的气候特点，近几年迅猛增长的交通量是造成新疆地区高等级道路产生反射裂缝的主要原因，而防治反射裂缝的方法主要有增加沥青面层或加铺层厚度、设置土工合成材料夹层、设置应力吸收夹层、设置大粒径开级配沥青碎石裂缝缓解层等方法，针对不同情况的破损路段采用相对应的防治措施，不能简单的从防治方法上着手，还要注意在设计和施工工艺上按照规范要求进行施工。

2）无论从经济角度还是施工方面来看，改性沥青应力吸收层是防治反射裂缝的有效可行措施，我们要加大对新材料、新工艺的研发，找出一种新型改性沥青来提高道路的使用性能。

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