半刚性基层沥青路面裂缝成因分析及防治措施

刘海涛

（金昌市规划建筑设计院， 金昌 737100）

0 引言

半刚性基层沥青路面主要指将粉碎土、松散土或碎石等经过相应的材料如水泥、石灰等和水进行一定比例的配比，并经过适当程度的搅拌后形成混合材料，当这种混合材料的抗压强度达到一定级别并能满足道路施工需求时，即形成无机结合料稳定材料，用这种材料进行路面基层修筑而形成无机结合料稳定材料基层，也就是我们常说的半刚性基层。

半刚性基层沥青路面的使用由来已久，早在五十多年前，我国学者对半刚性基层材料的相关性能已经开战了广泛的研究，如其强度的发展规律、强度机理等。由于这种路面结构稳定性好、强度高，加上成本较低，在我国城市道路和高等级公路建设中取得了绝对性的应用。

半刚性基层沥青路面自身性能优良，其平整度好的同时具有较高的强度，且使用周期较长，我国城市建设及高等公路中几乎有超过95%的道路路面建设均采用了半刚性基层沥青路面。随着半刚性基层沥青路面大量投入使用，其优势体现的同时也出现了诸多的问题，例如路面裂缝问题，路面裂缝是道路在长期使用中形成的，一旦产生，只会呈现越来越严重的趋势，路面裂缝使得遇水进入到路面基层，从而影响路基的强度，大量的雨水冲刷加剧了路面裂缝的速度和程度，使得路面破坏更为严重直至影响路面的正常使用。故而，要对半刚性基层沥青路面的裂缝问题引起重视，对其成因及防治措施进行深入的研究，找出相应的预防措施，增加路面的使用年限。

1 裂缝成因分析

半刚性基层沥青路面发生裂缝的原因很多，有的是受到气候影响，极端的气候使得路面开裂；有的是受到路面基层材料的影响，材料强度性能不够，致使路面在正常使用中发生裂缝；有的是因为交通车辆过多，承载过量，使得路面因压力过大而发生裂缝；有的也可能是因为施工不当等造成路面裂缝。总之，造成路面裂缝的因素很多，但总结下来可以分为两类：第一类是荷载型裂缝，第二类是非荷载型裂缝。

1.1 荷载型裂缝

荷载型裂缝，简言之就是路面荷载过重而造成的裂缝，一般主要是大型车辆过多、交通量过大导致的路面结构发生改变，从而产生裂缝。荷载型裂缝属于结构性破坏，对路面基层有致命的影响。车辆经过时，路面底部要承受车辆重量而产生拉应力，如果此时产生的拉应力超过了路面底部材料的抗拉强度，那路面底部就会因拉应力过大而发生开裂情况，一旦未及时检出底部开裂，而同时大量的车辆通过，底部开裂就会蔓延到路面，造成路面的破坏。路面底部拉应力大大小主要取决于其基层厚度、基层回弹模量及面层厚度等。

荷载型裂缝具有连接性，其裂缝大部分是相互连接的，而且涉及面积较广，可能呈现成片的网状裂缝。网状裂缝的产生原因主要有以下两个方面：一个方面是半刚性的基层强度不是很强时，如果路面上行驶重车，时间一长就会因为荷载过重产生网状的裂缝。另一个方面是因为沥青混合料中的沥青随着时间的推移，其性能也会不断的降低。当沥青的粘结度不断下降后，经过气候和水的多方作用，就很容易出现网状的裂缝，这种裂缝也被称作疲惫性裂缝。

荷载型裂缝产生的原因比较多，总的来说可以归纳为以下几点：第一，在施工过程中没有对相关材料进行充分的准备和处理，使得相关的材料没有发挥固定作用，因强度不足而发生离析现象；第二，材料使用过程中没得得到正确的设计，使得用于路面基层建设的材料级配不够，无法承受路面过大的重量；第三，路面结构在设计过程中存在缺陷，厚度不够，使得路面承载力过低。

1.2 非荷载型裂缝

（1）温度收缩裂缝

温度收缩裂缝主要是低温收缩和温度疲劳，这两种裂缝具有较大差别。半刚性基层的沥青路面，较适应高温气候，沥青材料的应力松弛性能不受高温影响，而高温情况下的日温度变化对沥青的正常应力不产生过度的影响。温度收缩裂缝主要是在高温地区，由于长时间的日温差变化，使得沥青基层和路面一直重复高温、低温的变化，材料应力产生疲劳而发生开裂。另外，沥青路面由于一直产生应力，当其应力到达极限时，也会导致裂缝的出现。

温度收缩裂缝主要发生在气候较为寒冷的地区，当发生气温骤降情况时，沥青表面温度与基层温度存在较大差别，此时路面温度低于基层温度，基层应力较足，而路面气温较低使得应力不足，当路面材料出现强度不足时就难以应对应力，从而使得路面发生开裂情况。一旦低温持续，裂缝的尖端就会使得应力集中，而应力集中会造成裂缝越来越大，并逐渐蔓延到整个沥青面层。我国北方半刚性基层沥青路面的开裂主要是由于冬季与夏季气温差别过大而引发的温度收缩裂缝。

半刚性基层沥青路面的表层和基层由于厚度不同，会有较大的温度差，而当这两者温度差过大时也会引起应力不足以抵抗拉力而出现路面裂缝的情况。

（2）干燥收缩裂缝

干燥收缩裂缝主要指半刚性沥青路面所使用的材料中水分减少，使路面出现干缩，路面干缩后路面材料要产生相应的应力来抵抗干缩，而一旦抗应力能力达到极限，随后就会呈现递减的状态，抗应力能力的不足直接导致路面开裂。干燥收缩裂缝产生的主要原因如下：半刚性基层沥青在刚刚铺设成型后没有进行及时和适当的养护，或者养护过程中没有使用沥青进行封层，使得基层面长时间经受高温，沥青路面在短时间内承受过大的应力，应力与抗拉强度不对等而产生开裂。

半刚性基层沥青路面的干燥收缩裂缝主要受到温度的影响，当基层与面层温度不一致时发生温度收缩而产生裂缝，另外，干燥收缩裂缝还受到结构设计、材料性能、施工工艺、车辆荷载等综合因素的影响。

2 裂缝预防措施

2.1 设计方面

（1）准确预测设计年限内的交通情况。

（2）选用干缩系数较小、抗拉强度高的半刚性材料做基层。

（3）通过4.75mm筛孔控制碎石和砂砾的级配，4.75mm筛孔含量应控制在35%左右，通过0.075mm筛孔的含量应控制在2%左右。

（4）水泥含量不应过高，采用低标号且早期强度较低的水泥。

（5）选用针入度较大的沥青或是改性沥青等性能较好的优质沥青做面层，以增强路面强度。

（6）严格控制沥青面层的厚度，使得沥青面层厚度能经受温度变化和承载变化带来的影响，从而对半刚性基层沥青的基层起到保护作用，不至于因路面温度和承载过量导致基层发生干缩裂缝和温度裂缝。

（7）在半刚性基层面铺设相应的土工合成材料，以提高基层的应力能力，也可通过设置应力吸收层改善基层的应力能力。

3.2 施工方面

（1）对施工所用材料的级配进行严格控制和精准设计，使得材料的强度符合路面需求，不至于因路面承载过量而路面材料强度不足而产生裂缝。

（2）施工期间应选择合适的温度，前文提到温差过大会导致产生温度收缩裂缝，故而在施工时要避免在温度过高或过低的情况下进行，施工应尽量选择在低温季节进行，当夏季气温较高时，也可以选择在夜间进行。

（3）在进行施工材料处理时，要对水泥的含量进行严格控制，施工材料配比过程中要将水泥含量控制在3%到6%之间，从而使得材料得到良好配比，实现最好的强度。

（4）施工过程中要对施工所采用的加水设备、加料设备进行保护和适当控制，严格控制施工流程，使得各设备和材料能符合施工需求，避免因材料使用失误而影响路面性能的发挥。

（5）严禁混合料中添加黏土，严格控制含泥量。

（6）对基层所用材料的级配进行重新选择，可通过选择相对较为粗糙的中粒径集料，保证路面有一定的粗糙度，并且使得基层与沥青面层更好的结合，增强路面强度，进一步避免裂缝的产生。

（7）施工过程中要保证相关施工车辆及运料车辆能在合适的距离，及时补充施工过程中的材料和水的空缺。

（8）摊铺完成后应及时碾压，采用不少于2台压路机梯队作业，碾压完成后应及时向基层表面洒水湿润后用塑料薄膜覆盖，薄膜厚度不宜小于1mm，至少养生7d以上，养生期间应禁止车辆通行。养生结束后，要对表面进行清理，并洒少量等等待表面干燥后再将表面用水浇湿浇透，其沥青含量（蒸发残留物-残留分）不小于60%。

（9）铺设沥青面层之前，要确保半刚性基层强度达到要求，一般是要达到设计强度的70%左右才能进行铺设，此时如果在2.5MPa之上，可以通过预切缝的方式，减少温度收缩所带来的应力变化。

3 结论

半刚性基层沥青路面裂缝是沥青路面最常见的病害形式，我们在以后的道路建设过程中应该引起足够的重视，并根据不同的裂缝成因，从设计初期直到施工结束，都应该严把质量关，最大限度地减少或消除可能影响半刚性基层沥青路面开裂的因素，从而达到提高行车舒适性和道路美观性，延迟道路使用寿命的目的。