不同基层类型沥青路面裂缝的长期发展规律*

高玲玲　张艳聪

(1.山西水利职业技术学院　运城　044004；　2.山西省交通科学研究院　太原　030006)

不同基层类型沥青路面裂缝的长期发展规律*

高玲玲1张艳聪2

(1.山西水利职业技术学院运城044004；2.山西省交通科学研究院太原030006)

摘要为探讨基层类型对沥青路面裂缝长期发展规律的影响，针对山西某高速公路3种基层类型(柔性基层、半刚性基层、刚性基层)、2种基层厚度(50，55 cm)的6段沥青路面试验路，于铺筑后连续4年、加铺后连续4年测定了路面裂缝数目和分布规律的发展情况。结果表明，半刚性基层沥青路面的裂缝数目、开裂面积及其发展速度均明显大于刚性和柔性基层；增加基层厚度可以减少半刚性基层沥青路面裂缝数目和开裂面积，但对于刚性基层和柔性基层路面作用有限；加铺后路面裂缝的发展规律与新建路面相似，加铺对于柔性基层路面意义更大。

关键词道路工程沥青路面裂缝基层长期性能

裂缝是长期困扰我国沥青路面建设的顽疾，从形式上分，一般包括横向裂缝、纵向裂缝和表面龟裂等。裂缝一旦出现，就会对路面使用功能、结构安全产生影响[1-2]。细微裂缝在温度和车辆荷载的作用下逐渐向宽裂缝、贯通裂缝发展，遇降水、冰冻等因素时，出现唧泥、翻浆等病害，严重威胁道路的使用安全[3-4]。就路面结构自身而言，基层对沥青面层的裂缝发展影响最大[5-6]。刚性基层沥青路面的裂缝较多且发展较快[7]，柔性基层沥青路面更容易出现车辙，裂缝相对较少，半刚性基层则容易出现大面积龟裂[8-9]。尽管许多学者对裂缝作了较为详细的研究和分析，但裂缝一再出现也反映了对沥青路面在长期的交通荷载和环境因素影响下裂缝长期变化规律缺乏系统的认识。

因此，本文结合山西省某高速公路3种基层类型(柔性基层、半刚性基层、刚性基层)、2种基层厚度(50，55 cm)的6段沥青路面试验路，于铺筑后连续4年、加铺后连续4年测定了路面的裂

缝条数、宽度和长度等参数，研究基层类型、厚度对沥青路面裂缝的长期发展规律的影响。

1试验路概况

山西某高速公路全长127.569 km，路基宽度28.5 m，双向6车道，上、下行路面宽度均为3×3.75 m+2.5 m=13.75 m，设计车速120 km/h，于2001年开工建设，2003年通车运营，2010，2011年进行了10 cm密级配沥青混凝土加铺。建设初，为保障路面工程质量，针对柔性、半刚性和刚性3种基层共铺筑了6段面层完全相同的沥青路面试验段，布置见图1。

图1试验路布置图

各试验段路面结构见表1，每种基层类型设2个试验段，其中1个基层厚度略厚。

表1　不同基层类型的路面结构组合

2裂缝长期发展规律的评价方案

为考查基层类型、厚度对沥青路面裂缝长期发展规律的影响，采用人工普查法、借助钢卷尺、裂缝测宽仪等设备，在试验路铺筑后连续4年(2003~2006年)以及加铺后连续4年(2010~2013年)的冬季全面测定6段试验路的所有裂缝的长度、宽度等特征参数。

为客观评价裂缝的发展规律，借鉴《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB T50082-2009关于裂缝形态的概念，采用单位面积的裂缝数目a和单位面积上的总开裂面积b对裂缝发展规律做统一评价。

(1)

(2)

式中：a为单位面积的裂缝数目，条/m2；b为单位面积上的开裂面积，mm2/m2；Wi为第i条裂缝的最大宽度，mm，精确到0.02 mm；Li为第i条裂缝的长度，m，精确到1 cm；N为裂缝的总数目，条；A为统计段路面的总面积，m2。

由于路面在加铺之前，局部进行了灌封、修补等处治，统计时将此类裂缝计入统计之列。加铺之后，裂缝数目归零，重新统计。

3基层类型对裂缝发展规律的影响

6段试验路均在2002年上半年建成，2003年底正式通车，其中试验段III，IV于2010年初进行了加铺，而试验段I，II，V和VI于2011年4月进行了加铺。为减少温度、湿度等外界因素对裂缝观测结果的影响，观测时间均选择在当年9月份的晴天进行。

3.1　3种基层路面的裂缝观测结果

按照上述统计方法，2003~2006年间6段试验路的裂缝观测数据见表2。

表2　裂缝形态统计表

加铺后裂缝的观测数据见表3。由于裂缝较多，表中未列出每条裂缝的长度和最大宽度，仅给出调查当年所有裂缝的最大长度和最大宽度。表3中“-”指当年该试验段尚未进行加铺，故无统计数据。

表3　裂缝形态统计表

3.2　基层类型对裂缝数目长期发展规律的影响

对于6种基层类型的沥青路面试验段，单位面积上裂缝条数的长期发展规律见图2。基层类型和厚度对裂缝条数的发展均有影响，但基层类型的影响更大。半刚性基层沥青路面的裂缝条数、发展速度均明显大于刚性和柔性基层的。就刚性基层和柔性基层沥青路面而言，柔性基层稍具优势。

图2裂缝数目的发展规律

以基层厚度为50 cm时为例，铺筑1年后，刚性基层、柔性基层路面均未出现裂缝，半刚性基层的裂缝条数为0.001条/m2；铺筑5年后，半刚性基层路面的裂缝条数迅速增加到为0.017条/m2，即：平均59 m2出现1条裂缝，与此同时，刚性基层、柔性基层路面的裂缝条数仅为半刚性基层的11.7%，17.6%。

当基层类型相同时，增加基层厚度可以减少裂缝的出现，但作用有限，且对于半刚性基层路面的作用明显优于刚性基层和柔性基层。如图2所示，对于半刚性基层路面，铺筑5年后，基层厚度为55 cm的为0.009条/m2，较基层厚度为50 cm的降低约47.5%，而对于刚性和柔性基层而言，这一值仅为13.3%和9.6%。

加铺后沥青路面裂缝条数的发展规律与新建路面相似，不同之处在于半刚性基层路面的反射裂缝问题导致加铺后仅1年，裂缝即达到0.007条/m2，且后期发展迅速。相比之下，加铺对于柔性基层沥青路面使用性能的提高意义最大，加铺后裂缝出现少，且发展缓慢。

3.3　基层类型对裂缝分布长期发展规律的影响

6种基层类型沥青路面的裂缝分布的长期发展规律见图3。基层类型对裂缝分布发展的影响大于基层厚度。无论基层厚度大小，半刚性基层沥青路面单位面积上的开裂面积均明显大于刚性和柔性基层的，柔性基层路面单位面积上的开裂面积最小，且发展较慢。

图3裂缝面积的发展规律

以基层厚度为50 cm时为例，铺筑2年后，柔性基层路面未出现裂缝，刚性基层路面的开裂面积为0.15 mm2/m2，而半刚性基层路面铺筑2年后的开裂面积即为0.13 mm2/m2；铺筑5年后，半刚性基层路面开裂面积达到437.7 mm2/m2，此时，柔性和刚性基层路面的开裂面积仅为这一值的1%，14%。当基层类型相同时，增加基层厚度能够减少开裂面积，且对于半刚性基层路面的作用明显优于刚性基层和柔性基层。

对比3种基层路面加铺后的开裂面积可知，对于半刚性基层路面，加铺短暂地减少了开裂面积，但由于反射裂缝问题，1~2年后，开裂面积即开始迅速增加。而对于刚性基层沥青路面，加铺的效果可以延续2~3年，柔性基层沥青路面时间则更长。

4结论

(1) 基层类型和厚度对沥青路面裂缝数目、裂缝分布发展规律均有影响，基层类型的影响远大于基层厚度。

(2) 半刚性基层沥青路面的裂缝数目、开裂面积及其发展速度均明显大于刚性和柔性基层的。增加基层厚度可以减少半刚性基层沥青路面裂缝数目和开裂面积，但对于刚性基层和柔性基层路面作用有限。

(3) 对于半刚性基层路面，加铺短期内减少了裂缝数目和开裂面积，1~2年后，裂缝数目和开裂面积即开始迅速增加。而对于刚性基层沥青路面，加铺的作用效果可以延续2~3年，柔性基层沥青路面时间则更长。

参考文献

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Cracks Long-term Development Law of Asphalt Pavement with Different Base Types

GaoLingling1，ZhangYancong2

(1.Shanxi Conservancy Technical College, Yuncheng 044004, China；

2.Shanxi Provincial Research Institute of Communication, Taiyuan 030006, China)

Abstract：In order to determine the effect of base structures on cracks long-term development law of asphalt pavement, the number and distribution of cracks of six test freeways in Shanxi province were investigated. It contains three base types (flexible base, semi-rigid base and rigid base) and two base thicknesses (50cm and 55cm). The investigating time was four years after construction and four years after overlay. The results showed that: number, area and development speed of asphalt pavement with semi-rigid base were significantly bigger than pavement with flexible base and rigid base. Increasing thickness of semi-rigid base can reduce the number and area of cracks, but it was limited for rigid and flexible base. Cracks development law of pavement after overlay was similar to new pavement. Overlay is more valuable for pavement with flexible base.

Key words:road engineering; asphalt pavement; cracks; base; long-term performance

收稿日期：2015-02-27

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.025

*国家自然科学基金项目(51308329)；山西省自然科学基金项目(2013011027-1)资助