沥青混凝土路面裂缝产生机理及防治措施

(四川省机场集团有限公司 四川 成都 610000)

引言

沥青路面以其行车舒适、噪音小、扬尘少、维修方便等优点被广为应用,但裂缝是沥青路面的常见病害,裂缝的出现不仅使沥青路面的品质下降,而且带来路面病害的恶性循环。

一、裂缝主要形式及现象

沥青路面的开裂表现形式是多种多样的，主要有横向、纵向、网状和反射裂缝。

横向裂缝现象为：裂缝与路中心线基本垂直，缝宽不一，缝长有的贯穿整个路幅，有的贯穿部分路幅，裂缝弯弯曲曲、有枝有叉。横向裂缝中的唧浆导致裂缝两侧凹陷，桥头跳车处的路面横向裂缝，在路面积水的作用下加速跳车发展的速度，同时会对路基造成冲刷。

纵向裂缝现象为：裂缝走向基本与行车方向平行，裂缝长度和宽度不一。一般都发生在高填方的路基上。纵向裂缝容易形成沿行车方向呈台阶状，影响行车舒适性。

网状裂缝现象为：裂缝纵横交错，将面层分隔成若干多边形的小块，一般缝宽1mm以上，缝距40cm以下。网状裂缝导致沥青路面松散或坑槽，严重影响沥青路面的综合服务水平。

反射裂缝现象为：基层产生裂缝后，在温度和行车荷载作用下，裂缝将逐渐反射到沥青表面，路表面裂缝的位置形状与基层裂缝基本相似。对于半刚性基层以横向裂缝居多，对于柔性路面上加罩的沥青结构层，裂缝形式不一，主要取决于下卧层。

二、裂缝产生的原因分析

(1)是由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝。在车轮荷载的作用下，当路面结构层底部产生的拉应力大于其材料的抗拉强度时，产生的开裂称之荷载型裂缝。(2)是由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝，称之非荷载裂缝。(3)是经常出现在桥涵两端的横向裂缝，或在路段上出现较长的纵缝，主要是由填土固结沉陷或地基沉陷引起，称为沉降裂缝。尽管沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的，但其中的行车荷载作用、沥青面层温度变化是产生裂缝的主要原因。

(一)横向裂缝

(1)半刚性基层沥青路面的反射裂缝。在车轮荷载作用下，半刚性基层底部产生接应力，当拉力大于基层材料的抗拉强度时，底部就会很快开裂，在行车荷载反复作用下，底部裂缝会逐渐宽展到上部，并使面层产生开裂。(2)沥青面层温度变化产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝。(3)沥青未达到适合本地区气候条件和使用要求的质量标准，致使沥青面层温度收缩或温度疲劳应力(应变)大于沥青混合料的抗拉强度(应变)。(4)施工缝处理不当，接缝不紧密，结合不良。(5)桥梁、涵洞或通道等构造物两侧的填土产生固结或地基沉降。

(二)纵向裂缝

(1)填方材料和填方的不均匀性，以及填方密实度达不到设计要求。经过一段时间的自然沉降，特别是经过雨水浸泡后，路基强度有所下降，沿边坡部分路基承载力也下降，就会出现纵向裂缝。(2)施工时，前后摊铺幅相接处的冷接缝未按有关规范要求认真处理，结合不紧密而脱开；(3)纵向沟槽回填土压实质量差而发生沉陷；(4)拓宽路段的新老路面交界处土层处理不彻底，沉降不均匀引起纵向开裂；(5)边坡值小于设计值，边坡压实不够和边沟过深使实际填土高度加大而滑坡等引起的纵向开裂。

(三)网状裂缝

(1)路基局部压实度不足或基层材料局部松散不成板体，使路面的承载能力下降形成的裂缝；(2)沥青与沥青混合料质量差。沥青延度低，抗裂性差。沥青混合料拌和时间过长，拌和温度过高或在储料仓仓储时间过长，使沥青变硬，对拉应变敏感而产生的裂缝；(3)沥青层厚度不足，层间粘结差，水分渗入，形成的裂缝；(4)行车荷载重复作用下引起的疲劳裂缝。(5)外界原因如污染、腐蚀等造成的局部网裂。

(四)反射裂缝

1.由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝

半刚性基层有着高强度、高承载力的优点,但同时也有着本身难以克服的缺陷和不足。由于较高强度的半刚性基层可能会导致较大的干缩、温度裂缝的产生,从而导致路面产生反射裂缝,同时雨水会从裂缝中下渗,并积聚在面层与基层中间,出现基层唧泥现象,降低了沥青层与半刚性基层间的连接状态,从而加速了路面结构的破坏。

2.由半刚性基层干缩开裂引起的反射裂缝或对应裂缝

对于新铺的半刚性基层，随着混合料中水分的减少，要产生干缩和干缩应力；水分减少得愈多愈快，产生的干缩应力和干缩应变就愈大。在已经产生干缩裂缝的半刚性基层上铺筑沥青面层，在较薄沥青面层的情况下，半刚性基层的裂缝会由于温度应力而使面层底部先开裂，并较快形成反射裂缝。一旦行车产生的拉应力与温度应力相结合，反射裂缝会形成得更快。

(五)温缩裂缝

沥青路面的低温开裂有两种形式:一种是由于气温骤降造成面层温度收缩,在有约束的沥青层内产生的温度应力超过沥青混凝土的抗拉强度时造成的开裂。另一种形式是温度疲劳裂缝，由于气温的反复升降导致沥青混合料的温度应力疲劳,以及混合料的极限拉伸应变减小,应力松弛性能降低,最后导致在并不太大的温度应力下即可开裂,因而温缩缝是随着使用年限不断增加的。

(六)自上而下的表面裂缝

产生表面裂缝的原因,现在还没有达成共识,有的认为是车辆荷载直接作用,在轮子部位产生大的应力,导致路面产生开裂；也有的认为是因为路表面沥青容易老化,极限拉应变不断减小而首先开裂；甚至也有认为在轮迹位置产生的剪应力导致开裂等等。其中很重要的是表面裂缝一般发生在施工离析的部位和两幅摊铺的交界处。

(七)构造物端部接头裂缝

桥涵构造物端部开裂也是高速公路沥青路面的一种常见病。其产生的原因主要是台背填土由于地方狭窄,压路机不容易到达,不能很好的碾压,致使产生后期沉降。构造物接缝处发生裂缝带来的直接后果是桥头跳车,它严重影响行车的舒适性。这种情况在软土路基段尤为显著。

三、裂缝对沥青路面的危害

1.缩短路面的使用寿命。裂缝的初期(1～2年内) 对路面的使用性能无明显影响但随着裂缝的增大,雨水或雪水的逐渐侵入,导致裂缝两侧的路面结构或土基含水量增加,甚至达到饱和状态,其结果是结构层承载能力明显下降,在大量行车荷载作用下,产生冲刷唧浆现象,加速路面破坏。

2.纵向裂缝的发生容易形成沿行车方向呈台阶状,裂缝的凹陷或灌缝沥青凸出,影响行车的舒适性和安全性。

3.桥头跳车处的路面横向裂缝,在路面集水的作用下加速了跳车现象的发展,同时对路基造成危害。

4.块状的路面纵横裂缝如不能及时修补,将很快发展成为网裂,松散甚至坑槽,导致路面病害的发生,影响路面的功能。

四、沥青路面裂缝的预防措施

(一)横向裂缝

1.合理组织施工，摊铺作业连续进行，减少冷接缝。冷接缝的处理，应先将已摊铺压实的摊铺带边缘切割整齐、清除碎料。然后用热混合料敷贴接缝处，使其预热软化;铲除敷贴料，对缝壁涂刷0.3kg/m2-0.6kg/m2粘层沥青，再铺筑新混合料。

2.充分压实横向接缝。碾压时，压路机再已压实的横幅上，钢轮伸入新铺层15cm左右，每压一遍向新铺层移动15cm-20cm，直到压路机全部在新铺层为止，再改为纵向碾压。

3.根据GB50092-96沥青路面施工及验收规范要求，按该地区气候条件和道路等级选取适用的沥青类型。以减少或消除沥青面层温度收缩裂缝，采用优质沥青更有效。

4.桥涵两侧填土充分压实或进行加固处理；沉降严重地段，事前应进行软土地基处理和合理的路基施工组织。

(二)纵向裂缝

1.采用全路幅一次摊铺，如分幅摊铺时，前后幅应紧跟，避免前摊铺幅混合料冷却后才摊铺后半幅，确保热接缝。

2.如无条件全路幅摊铺时上、下层的施工纵缝应错开15cm以上。前后幅相接处为冷接缝时，应先将已施工压实的边沿坍斜部分切除，切线需顺直侧壁要垂直，清楚碎料后，宜用热混合料敷贴接缝处，使其预热软化，然后铲除敷贴料，并对侧壁涂刷0.3kg/m2-0.6kg/m2粘层沥青，再摊铺时控制好松铺系数，使压实后的接缝结合紧密、平整。

3.沟槽回填土应分层填筑、压实，压实度需达到要求。如符合质量要求的回填土来源或压实有困难时，须作特殊处理，如采用黄砂、砾石砂或又自硬性的高钙粉煤灰或热焖钢渣等。

4.拓宽路段的基层厚度和材料须与老路面一致，或稍厚。土路基应密实、稳定。铺筑沥青面层前，老路面侧壁需涂刷0.3kg/m2-0.6kg/m2粘层沥青。沥青面层应充分压实。新老路面接缝宜用热烙铁烫密。

(三)网状裂缝

1.沥青路面摊铺前，对下卧层需要认真检查，及时清除泥灰，处理好软弱层，保证下卧层稳定，并宜喷撒0.3kg/m2-0.6kg/m2粘层沥青。

2.原材料质量和混合料质量严格按GB50092-96沥青路面施工及验收规范进行选定、拌合和施工。

3.沥青面层各层应满足最小施工厚度的要求，保证上下层的良好连接；并从设计施工养护上采取措施有效的排除雨后结构层内积水。

4.路面结构设计应做好交通量和预测工作，使路面结构组合与总体强度满足设计使用期限内交通荷载要求。上基层必须选用水稳定性良好的有粗粒料的石灰、水泥稳定材料。

(四)反射裂缝

1.采取有效措施减少半刚性基层收缩裂缝。

基层混合料应在接近最佳含水量的状态下碾压，要防止碾压时含水量过小，压实度和强度不足造成强度裂缝。对分段施工的基层，在碾压时，应预留一定混合料暂缓碾压，待下段混合料摊铺后一起碾压，以利于衔接。对于分层碾压的基层，上下层的接头应错开，已减少出现裂缝的机会。合理选择混合料的配比，控制细料数量；重视结构层的养护，并及早铺筑上层或进行封层以利于减少裂缝。

2.在旧路面加罩沥青路面结构层前，采用铺设土工布、格栅后再加罩，以延缓反射裂缝的形成。

(五)合理选材

1.选择抗裂性好的材料做基层。为减少收缩裂缝,应增加粗骨料含量,降低施工含水量,提高基层压实度,尽量避免采用干缩性较大的材料。如水泥、石灰等做结合料,而应选用级配碎 (砾) 石及工业矿渣等做基层材料。

2.采用优质改性沥青。改性沥青在低温粘度、耐老化等指标上均优于普通沥青,目前普遍采用的改性沥青有橡胶类、热塑性橡胶弹性体和热塑树脂类。改性沥青混凝土造价高,但长期经济效益较好,因此,一般用于新建道路。

3.选择合适的矿料。无论什么骨料,为使沥青与矿料之间很好的粘结应使用抗剥离剂,以延缓由于荷载和温度的反复作用发生沥青剥离而产生水毁现象,同时限制碱性骨料的使用。

(六)正确施工

施工质量的好坏直接影响路面的各种性能,因此,严格保证道路各结构层的施工质量,能有效防治路面裂缝。基层和底基层的养生要满足要求,切勿为赶工期而提早铺筑面层,以防基层损坏或收缩而导致沥青面层产生反射裂缝。面层施工时保证在制备沥青混合料过程中不使沥青过分老化(控制沥青的加热温度和加热时间),加强运料车的保温工作,保证适宜的摊铺、碾压温度,及时摊铺,保证供料和摊铺的连续性,减少由于混合料表面温度降低影响温度均匀性而产生的离析和裂缝,加强碾压使沥青混合料达到较高的密实度(98% 以上),做好施工接缝的联结处理。

(七)加强养护

及时维修完善路基、路面的排水设施,确保路面排水顺畅,基层与面层之间不得形成集水槽。此外,沥青路面的早期损坏应及时处理,避免基层破坏进而加剧面层的破坏,延长路面大修时间,从而延长道路的使用寿命。

五、治理措施

1.一经发现裂缝后应立即修补以免水通过缝渗透到基层，造成基层破坏而影响面层。对于较小的横向裂缝和纵向裂缝，缝宽在6mm以内，宜将缝隙刷扫干净，并用压缩空气吹去尘土后，可用灌入热沥青或乳化沥青材料加以封闭处理；缝宽大于6mm的，将裂缝内杂质处理干净后，用沥青砂或细粒式沥青混凝土填充、捣实，并用烙铁封口，撒砂，扫匀；也可以采用乳化沥青混合料填封。

2.轻微龟裂可采用刷油法处治，或进行小面层喷油封面，防止渗水扩大裂缝；大面积龟裂、网裂采用加封层或沥青表面处治。严重龟裂、网裂应对基层进行补强。

3.碾压中出现微裂缝，可在终碾前，用轮胎碾进行复压，消除裂缝。

(一)横向裂缝的治理措施

为防止雨水由裂缝渗透至路面结构，对于细裂缝(2mm-5mm)可用改性乳化沥青灌缝。对大于5mm的粗裂缝，可用改性沥青(如BBS改性沥青)灌缝。灌缝前，必须清除逢内、缝边碎粒、垃圾。并使逢内干燥。灌缝后，表面撒上粗砂或3mm-5mm石屑。

(二)纵向裂缝的治理措施

2mm-5mm的裂缝可用改性乳化沥青灌缝，大于5mm的粗裂缝，可用改性沥青(如BBS改性沥青)灌缝。灌缝前，必须清除逢内、缝边碎粒、垃圾。并使逢内干燥。灌缝后，表面撒上粗砂或3mm-5mm石屑。

(三)反射裂缝的治理措施

缝宽小于2mm时可不做处理。缝宽大于2mm时，用改性乳化沥青或改性沥青(如BBS改性沥青)灌缝。灌缝前，必须清除逢内、缝边碎粒、垃圾。并使逢内干燥，灌缝后，表面撒上粗砂或3mm-5mm石屑。

(四)网状裂缝

1.如夹有软弱层或不稳定结构层时，应将其铲除；如因结构层积水引起网裂时，铲除面层后，需加设将路面渗透水排除至路外的排水设施。然后再铺筑新混合料。

2.如强度满足要求，网状裂出自沥青面层厚度不足时，可采用铣削网裂的面层后加铺新料来处理。加铺厚度按现行设计规范计算确定；如在路面上加罩，为减轻反射裂缝，可采取各种“防反”措施进行处理。

3.由于路基不稳定，导致路面网裂时，可采用石灰或水泥处理路基，或注浆加固处理，深度可根据具体情况确定，一般为20-40cm。消石灰用量5%-10%，或水泥用量4%-6%。待土路基处理稳定后，再重做基层、面层。

4.由于基层软弱或厚度不足引起路面网裂时，可根据情况，分别采取加厚、调换或综合稳定的措施进行加强。水稳定性好、收缩性小的半刚性材料是首选基层。基层加强后，再铺筑沥青面层。

六、结束语

合理的设计、选材,精心的施工、养护和及时的维修是预防和控制沥青路面裂缝的有效方法。