RIOHTrack足尺路面试验环道裂缝状态浅析

肖 倩，王旭东*，周兴业，单伶燕，陶亚平

(1.交通运输部公路科学研究院，北京 100088；2.北京大杜社公路材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站，北京 100088；3.甘肃省公路交通建设集团有限公司，甘肃 兰州 730030)

0 引言

裂缝是沥青路面典型病害之一[1-3]。实际工程中，裂缝的发展是一个持续渐进的过程，需要通过长期观测以明晰它的产生、发展规律及影响因素。在沥青路面长期性能观测研究方面，美国于1987年启动了LTPP计划，建立了2 000多个试验路段，该计划持续了20多年，获取了大量路面性能观测数据，通过LTPP数据，国内外学者针对裂缝产生、发展的规律及影响因素、裂缝预测模型等开展了诸多研究[4-9]，取得了很多有价值的成果。此外，美国NCAT和MnRoad试验环道设置了不同的试验段，比较和验证了4种沥青混合料、7种再生沥青混合料表面层的抗裂性能差异[10-11]，目前该研究工作仍在继续。我国对于裂缝在实际荷载作用下的发生、发展过程的长期观测研究由于缺乏有效手段，现有研究大多通过实体工程的短期裂缝调查或采用有限元模拟分析的方法来分析裂缝产生的原因[12-16]。2015年，我国第1条足尺路面试验环道建成，为相关研究提供了试验平台。足尺路面试验环道共铺设了25种不同结构形式和材料品质的沥青路面，其中19种铺设于直线段和缓和曲线段，是主要试验路段，另外6种铺设于圆曲线段，作为抗车辙验证的试验段。该环道自2015年建成通车以来，至今已经历了7个自然年气候环境的交替作用，以及7 000万累计标准轴载次数的作用，各个试验路段产生了不同程度的裂缝状态。本研究基于环道各试验段裂缝发展过程的长期观测，对环道裂缝现状及一些新现象进行阐述，并对裂缝成因进行分析和判断，为进一步认识和预防沥青路面裂缝提供一些新的启发和思路。

1 环道试验段服役条件概况

1.1 环境条件

RIOHTrack环道的公路自然区划为Ⅱ4区东部湿润季冻区，环道于2015年年底建成，图1为2016—2021年6 a间环道气象站采集的月均最高温度、月均最低温度和降雨量分布图。2016—2021年6 a间，环道年平均气温为15.3 ℃，最冷月平均温度为-2.3 ℃，最热月平均气温为28.6 ℃，极端最高温度42.5 ℃，极端最低温度-20.9 ℃。年平均总降水量403.7 mm，月平均最大降水量166.9 mm。

图1 2016—2021年月均最高温度、月均最低温度和降雨量分布图Fig.1 Distribution map of rainfall，monthly average maximum and minimum temperature from 2016 to 2021

1.2 荷载条件

RIOHTrack环道加载至今先后采用了两种加载模式：2016年11月28日至2018年12月31日，采用模式A，为4辆10轮卡车加载，采用16 t的轴载水平，即双后轴为32 t；2019年1月1日至今，采用模式B，多轴重载列车进行实车加载，即1个单轴牵引轴+1个双联轴+3个单轴载重轴，共6个轴，为了加快路面的疲劳损伤，在每年的冬季和春季加重轴载水平，主要载重轴(后面的3个单轴)的轴重标准为18 t，而夏季和秋季为16 t。

1.3 材料与结构情况[17]

为了比较不同结构类型沥青路面裂缝发展的规律，RIOHTrack环道设置了25种沥青路面结构，包括位于直线段和缓和曲线段的主试验段，共布设7大类19种沥青路面结构形式，见图2，以及布设在圆曲线段的6种抗车辙试验段。

图2 RIOHTrack主要试验路面结构(单位：cm)Fig.2 Main test pavement structure of RIOHTrack (unit：cm)

第1类为典型的强基薄面型半刚性基层结构，包括STR1，STR2和STR3这3个结构，沥青混凝土面层分两层铺筑，上层为4 cm SBS改性沥青混凝土AC13-65，下层为8 cm 30#沥青的高模量沥青混凝土层AC20，总厚度12 cm；这3个结构的基层均为设计强度6 MPa的40 cm水稳定碎石；同时，为了延缓反射裂缝的产生，在上面层和下面层底下均设置改性沥青防水黏结层(又称为应力吸收层)，沥青洒铺量分别为(1.8±0.2)kg/m2和(2.2±0.2)kg/m2。

第2类为刚性基层结构，包括STR4和STR5两个结构，沥青混凝土层总厚度为12 cm，上层为4 cmSBS改性沥青混凝土AC13-65，下层为6 cm 30#沥青的高模量沥青混凝土层AC20，在下面层下面又设置2 cm的SBS改性沥青混凝土应力吸收层AC10。STR5的基层为24 cm水泥混凝土，STR4的基层为24 cm 碾压贫混凝土(7 d无侧限抗压强度8 MPa)。设置沥青混凝土应力吸收层的目的是：延缓这2个结构刚性基层反射裂缝的产生。此外，在上面层下面设置同第1类结构的改性沥青防水黏结层。

第3类为常用半刚性基层结构，包括STR6，STR7，STR8和STR9这4个结构，STR6的沥青混凝土层厚度为16 cm，具体组合为4 cm AC13-70+10 cm AC25+2 cm AC10，其中AC10同第2类结构，为改性沥青混凝土应力吸收层。后3个结构沥青混凝土层厚度均为18 cm，组合为4 cm AC13+6 cm AC20+8 cm AC25，其中STR9为多空隙沥青混凝土PAC13，STR7和STR8为AC13-70。这4个结构的基层均为水泥稳定碎石，其中：STR6和STR7的强度标准为6.0 MPa，STR8和STR9为4.5 MPa。与第1类结构一样，在上面层下面设置同第1类结构的改性沥青防水黏结层，同时在STR7，STR8和STR9结构下面层底下设置同第1类结构的改性沥青防水黏结层。

第4类为倒装结构，包括STR10和STR12两个结构，沥青混凝土层厚度分别为24 cm和28 cm，并在沥青混凝土层与半刚性基层之间设置了20 cm的级配碎石联结层(又称过渡层)。

第5类为厚沥青混凝土结构(一)，包括STR11，STR12，STR13和STR14这4个结构，其沥青混凝土层厚度同第4类结构，但未设置级配碎石联结层，而是直接座落在半刚性基层上面。

第6类为厚沥青混凝土结构(二)，包括STR15，STR16和STR17这3个结构，沥青混凝土层厚度36 cm，下设半刚性材料结构层。

第7类为全厚式沥青混凝土路面结构，包括STR18和STR19两个结构，沥青混凝土结构层厚度分别为52 cm和48 cm。

在圆曲线段的6种沥青路面，基层、底基层的结构、材料的技术要求与主试验段STR1是相同的，而且沥青混凝土层厚度均为18 cm，主要的差异在于沥青混凝土层材料的品质不同。同样，在上面层底下和下面层底下均设置改性沥青防水黏结层。

环道25种沥青路面结构均采取了一定的抗反射裂缝措施。主要的对策有：(1)在上面层底下均设置改性沥青防水黏结层；(2)对于沥青混凝土层厚度不大于18 cm的结构，在下面层底下也设置了一层改性沥青防水黏结层(STR4～STR6除外)；(3)对于STR4，STR5和STR6，在下面层沥青混凝土与刚性或半刚性基层之间设置了改性沥青混凝土应力吸收层；(4)在24，28 cm沥青混凝土层下面设置级配碎石层，作为对比验证；(5)铺设了一些厚沥青混凝土结构层。这些措施将在之后的加载试验过程中，验证其使用效果。

2 环道路表裂缝的发展情况

路面裂缝是随荷载累积作用与自然环境变化综合影响下，逐渐产生和发展的，是一个渐变的过程。环道从2016年11月28日开始加载试验，到2022年春季(4月底，120周期)，共承受了6 587万累计标准轴次的作用，期间经历了3个荷载作用状态：(1)2016年的“零荷”检测阶段，期间未进行加载试验，仅是自然环境的变化影响；(2)2016年底至2018年底的A模式加载阶段；(3)2019年初至今的B模式加载阶段。

2.1 各阶段环道裂缝发展简述

在“零荷”检测阶段的2016年1月(冬季)，在STR1和STR3路段先后产生5条横向的贯通型裂缝，即行车道和超车道同时开裂，这是一种典型的半刚性基层薄沥青面层结构的温度裂缝形态，此时环道尚未进行加载试验，裂缝的产生主要由于温度变化引起。冬季随着外界气温的降低，路面材料变硬并开始收缩，由于层状路面结构的相互约束，当收缩产生的拉应力超过路面材料的抗拉强度时，就会产生裂缝，且通常是横向裂缝[18]。

在A模式加载阶段，荷载水平较轻，但随着荷载作用次数的增加，在温度和荷载的双重作用下，环道一些试验段的裂缝逐渐增加。裂缝的特征主要表现为首先产生于行车道的轮迹带上，左侧或右侧轮迹带，然后逐渐向两边拓展，形成贯穿行车道的横向裂缝，此时，裂缝并没有拓展到超车道上。

通过后期跨缝钻芯发现，这种类型的横向裂缝是自上而下发展的，为车道Top-Down裂缝。主要有两种情况：(1)基层未开裂，裂缝产生于上面层，并逐渐向下拓展，见图3(a)；(2)基层虽然已经开裂，但中间沥青混凝土层并未开裂，而是在上面层产生裂缝，见图3(b)。由此判断这种横向裂缝并不是常见的反射裂缝，而是与荷载作用相关的一种疲劳裂缝。

图3 横向裂缝芯样状态Fig.3 Core state of transverse cracks

进入到B模式加载后，环道加载效率大幅提升，与此同时，路表裂缝数量也迅速增加。该阶段裂缝发展主要呈现出3个特点：

(1)原有行车道横向裂缝大幅增加，尤其是开始B模式加载的第1 a，即2019年，共产生34条横向裂缝，是迄今为止裂缝发展最快的一年。这些裂缝都产生在行车道上，没有产生贯通型横向裂缝。

(2)2019年5月，环道行车道上出现了一种类似裂缝的水痕(见图4)。它的主要表现是，在中午之前、空气湿度较大时，在行车道轮迹带处会出现类似横向裂缝的水痕，随着温度升高、水分蒸发，这些水痕会逐渐消失。经过后期持续的观测，有些水痕已发展成为正常肉眼可见的横向裂缝，有些尚未发展。笔者认为这是由于肉眼不可见的微裂缝在水汽作用下呈现出来的一种形态，称之为“水印型裂缝”，这些“水印型裂缝”是否都会发展成为肉眼可见的横向裂缝，需要持续跟踪观测。

图4 “水印型”裂缝Fig.4 ‘Watermark’ cracks

(3)2020年以后，横向裂缝的拓展性损伤逐渐加快。①横向裂缝出现“啃边”，逐渐由单一裂缝逐渐发展成2条平行的裂缝，尽管采用沥青灌封，也难以阻止重载交通条件下的裂缝发展，最终于发展为横向的局部龟裂(见图5)。②2021年9月，在STR6的横向裂缝位置，由于裂缝扩展和动水压力冲刷，产生了环道第1个坑槽(见图6)。③原有行车道横向裂缝出现进一步拓展现象，逐渐向超车道发展。

图5 STR19局部龟裂Fig.5 Localized cracking in STR19

图6 STR6坑槽Fig.6 Crater in STR6

(4)在圆曲线路段上，最初也产生与主试验段相同的横向裂缝，直到2020年4月份，在轮迹带上产生了第1条纵向裂缝，通过钻芯发现，裂缝仅产生于表面层，其发展方向也是自上而下的。环道加载至今，圆曲线段已产生了4条纵向裂缝，并逐步延长，最长的已达到6 m。

2.2 各试验路段裂缝状态的统计分析

表1为环道各试验段的裂缝病害统计表，目前环道裂缝类型主要包括：横向贯通裂缝、仅行车道开裂的横向裂缝和纵向裂缝3大类。需要注意的是，在各个试验段交界处和传感器埋设处等特殊位置处，由于结构内部存在一些特殊情况，更容易产生横向贯通裂缝，所以我们将其定义为特殊裂缝，在研究由于荷载、环境、路面结构与材料等因素引起的裂缝成因时，不考虑这类裂缝。本研究只针对剔除特殊裂缝的情况进行讨论。

表1 RIOHTrack沥青混凝土路面试验段裂缝统计(至2022年4月)Tab.1 Crack statistics in asphalt concrete pavement test sections of RIOHTrack (until April 2022)

根据表中数据，统计分析各个试验路段车道横向裂缝占总裂缝数量的比例，以及横向裂缝占总裂缝数量的比例，见图7。由图7看出：

图7 各试验路段车道横向裂缝对比Fig.7 Comparative chart of lateral cracks in driving lane of each test section

(1)除圆曲线段外，在19个主要试验路段上，STR1和STR3的车道横向裂缝占比为50%，其余各路段均大于50%，STR5，STR7～STR19等路段达到100%。

(2)各个路段横向裂缝的占比均大于50%，除STR2外，19个主要试验路段的横向裂缝占比均为100%。

(3)由于圆曲线段线形的不同，其裂缝分布状态不仅与19个主要试验路段存在明显差异，而且与相同沥青混凝土层厚度的STR7～STR9有明显不同。

总的来说，除圆曲线路段外，环道以横向裂缝为主，或以横向为主的不规则裂缝，尚未产生明显的纵向裂缝；横向裂缝以行车道(包括轮迹带)的裂缝为主，贯通于整个试验路段(双车道)的裂缝较少；不同沥青混凝土层厚度的试验路段，裂缝数量有明显的差异。

根据表1中数据，统计分析各个路段总横向裂缝和正常产生的横向裂缝的分布数量，并根据路段的实际长度计算相应的横向裂缝密度。在裂缝密度计算过程中，车道横缝加权系数为0.5，贯通横缝为1。相关的计算分析结果见图8。

图8 各试验路段横向裂缝条数和密度统计分析Fig.8 Statistical analysis of number and density of transverse cracks in each test section

由图8可见：

(1)大部分路段正常产生的横向裂缝密度不大于0.05条/m，相当于实际工程中20 m间距1条横缝。

(2)除圆曲线路段外，正常产生的横向裂缝密度小于0.02条/m的路段有半刚性基层结构的STR3，STR6，STR7和第4～7类的倒装结构和厚沥青混凝土结构。由此可初步推断，加厚沥青混凝土层厚度有利于减少横向裂缝的产生。

(3)在19个主要试验路段上，裂缝密度最大的是第2类的组合式路面结构，这是否与刚性基层的板缝有关，还需要进一步分析。

(4)第1类与第3类结构的裂缝密度基本相当，其中第1类结构中，整体刚度最弱的STR3的裂缝密度最小；而第3类结构中，设置沥青混凝土应力吸收层的STR6和半刚性基层强度较高的STR7的裂缝密度最小。

(5)对于同为18 cm沥青混凝土层的圆曲线段，整体的横向裂缝密度明显大于第3类结构，这与该路段行车受力状态有关。

3 裂缝成因分析及判断

影响沥青路面裂缝产生的因素多而复杂，有环境因素、荷载因素、结构因素、施工因素等，以及各类因素之间的耦合作用。当前，环道裂缝有近1/3产生在传感器埋设位置和结构接缝位置处，这些裂缝可归结为施工因素引起的。这说明，即使在严格施工管理和控制下，由于材料、结构的不均匀性，也会产生裂缝。在实际工程中，施工因素是导致路面产生裂缝不可忽视的问题。刨除施工因素，以下仅对环道正常路段的Top-Down裂缝成因，从环境、荷载以及结构等方面进行分析。

3.1 环境因素影响

图9为2016年1月至2022年4月期间各个月份新增裂缝的统计分布图。由图9看出，环道裂缝主要产生于每年的11月、12月和1月份，这与环道所处的华北平原地区的气候条件比较吻合。11月为深秋时节，昼夜气温波动较大，降温速度也比较大；12月和1月为冬季严寒时节。另外，2月份虽也属于乍暖还寒时节，但由于是春节期间，环道不加载，因此裂缝增加很少；3月份为初春季节，因此2019年裂缝增加较为明显。除此之外，每年从4月份到10月份，环道新增裂缝数量都较少，大多情况下没有裂缝产生，此时路面的病害逐渐表现为车辙损伤，车道横向裂缝与车辙呈现此消彼长的趋势。

图9 不同月份新增裂缝数量统计Fig.9 Statistical chart of new cracks added by month

根据图9的新增裂缝的月份分布图，可明显看出，这些裂缝的产生与低温环境密切相关的，然而通过观察，裂缝的形态却又与一般的低温裂缝不同。一般情况下，低温裂缝与反射裂缝具有类似的形态，即横向的、规则的、贯通于整个车道(包括行车道和超车道)的裂缝。对此，2016年1月份产生的5条裂缝可以判定为典型的低温裂缝，除此之外，环道大量的横向裂缝并不符合这样的形态特征。

通过以上分析可知，环道主要裂缝有两个典型特征：(1)首先产生于轮迹带位置；(2)首先产生于表面层，并自上而下发展。由此可以推断，环道这些裂缝是一类由沥青面层荷载疲劳引起，且与低温环境有关的裂缝。由于温度的降低，表面层沥青混凝土的模量大幅度增加，这一方面提高了承载能力，另一方面也降低了材料的变形适应性，在重荷载作用下容易产生开裂。此外，还有一种推论，即在4—10月份期间，在繁重荷载作用下，沥青面层已产生除车辙之外的裂缝损伤，但是由于温度较高，这些裂缝难以被直接观测到，直到冬季来临，气温降低，裂缝逐渐张开，从而表现出来。总之，这两方面因素综合在一起，是导致冬季裂缝显著产生的主要原因。

3.2 荷载因素影响

除了外部环境，外部荷载也是引起沥青路面裂缝产生的一个重要因素。图10为按年份统计的环道各种类型裂缝的总数量的分布状态。由图10中可以看出，环道裂缝是与荷载水平密切相关的，加载第1 a(2017年)环道裂缝明显产生，加载第2 a(2018年)，新增裂缝数量明显减小。当更换B模式加载后，随着荷载水平显著增加，2019年新增裂缝大幅度增加(与2017年相比增加1倍)，但随之而来的2020年，新增裂缝数量又大幅度减小；此后2021年新增裂缝数量又有所增加，2022年新增裂缝数较2021年略有减少。

图10 各年度裂缝新增数量统计Fig.10 Statistical chart of new cracks added by year

荷载对裂缝影响的趋势是：荷载水平的增加，会引起裂缝的快速增加，荷载水平越高，裂缝数量越多，同时，裂缝增加的数量呈现隔年增长的趋势，路面裂缝的发展存在一个“缓冲阶段”。在两种荷载模式加载的初期，裂缝数量增加都比较迅速(如2017，2019年)，随之而来的第2 a，路面裂缝的发展主要表现为两个方面：(1)既有裂缝的拓展；(2)产生新增裂缝。基于作用能量等效的原理，一部分作用荷载促使原有裂缝的进一步拓展，从而导致新增裂缝数量的减少。但是在第3 a(如2021年)，随着路面疲劳效应的持续增加，新增裂缝数量又进一步增多。预计2022年及其以后，每年裂缝新增数量将会逐步稳定，直至路面结构产生严重的疲劳损伤后，新增裂缝数量将会出现明显的增加现象。

环道19个主试验段，荷载作用还未对其产生足够大的剪切疲劳效应，引发纵向的自上而下的疲劳裂缝，其裂缝主要以车道横向Top-Down裂缝为主。位于环道圆曲线的试验段，最初也是以车道横向Top-Down裂缝为主，随着荷载作用次数的增加，在2020年之后，先后在外侧轮迹带上产生4条纵向Top-Down裂缝，这主要是由于环道圆曲线半径较小，汽车行驶过程中产生的离心力作用于路面，形成径向水平荷载导致路面开裂，是一种沥青面层在重荷载作用下的剪切破坏形式。环道圆曲线半径为300 m，远远小于一般高速公路的曲线半径，在正常高速公路上，曲线径向的水平荷载远小于环道的水平荷载，由荷载剪切疲劳引起的沥青面层自上而下的纵向裂缝产生的几率很小。从荷载疲劳角度看，在正常的使用阶段(即未产生结构性破坏前)，路面裂缝应以车道横向裂缝为主。然而，在实际工程中常常会看到纵向裂缝的产生，这主要是由于两种情况：(1)施工因素引起的，由于摊铺过程中产生纵向的离析带，导致薄弱环节，引发纵向裂缝；(2)由于下面结构层首先产生纵向裂缝，进而反射到表面层。

3.3 结构因素影响

对比环道19种不同结构形式主试验段的裂缝状态，可反映出结构形式对横向裂缝的影响规律。由图8可知，在相同气候环境和荷载作用下，不同类型结构的裂缝差异是显著的。

环道19个主试验段，基层刚度最大的为第2类刚性基层路段，总体来说，这类结构横向裂缝数量最多，密度最大。然而从相应的横向裂缝间距看，并不是直接由原有刚性基层的板缝或预切缝引起的。分析原因主要有：首先，这类结构路段尚未产生横向的贯通缝，主要是行车道的横向裂缝，或者是由这些横向裂缝拓展引起的不规则裂缝；其次，这些横向裂缝的间距一般为2～3 m，明显小于板缝间距和预切缝间距。因此这类结构的横向裂缝并不是反射裂缝引起的，但与基层刚度密切相关。

第1类结构与第2类结构沥青面层厚度相同，基层为强度6 MPa的半刚性基层，其裂缝密度明显小于第2类结构，但高于其他类型结构，这两类结构的共同特点都是基层刚度较大，沥青面层较薄，为12 cm。第3类结构中的STR6，基层采用与第1类结构相同的6 MPa的半刚性基层，但其沥青混凝土层厚度增加到16 cm后，裂缝密度较第1类结构大幅度减少，与厚沥青混凝土层的试验路段基本相当。基于这两类结构的对比，可以推知，第2类结构裂缝密度较大，主要是由于基层刚度大、沥青面层薄，在重荷载作用下，沥青面层表面产生较大的剪切荷载所致。

环道第3类4种沥青路面结构，其沥青混凝土层厚度基本相当(16～18 cm)，半刚性基层结构也基本一致(2层水泥稳定碎石和1层水泥稳定土)，但从图8可以看出，各结构裂缝密度却差异较大，分析其原因主要是由于不同结构的结构组合方式和材料品质不同。如采用6.0 MPa的水泥稳定碎石基层的STR6和STR7，其裂缝密度明显小于采用4.5 MPa 的水泥稳定碎石基层STR8和STR9；设置了2 cm沥青混凝土应力吸收层的STR6，其裂缝密度明显小于同类其他结构；采用开级配磨耗层的STR9，其裂缝密度明显大于同类其他结构。由此得到以下认知：(1)适当提高基层的强度有利于减少裂缝的产生，但是，由前述对第2类结构裂缝的分析可知，基层强度的提高存在一个界限；(2)设置沥青混凝土应力吸收层，可在适当减薄沥青混凝土层总厚度的情况下，减少裂缝的产生，其工程效果优于设置防水黏结层；(3)对于多空隙沥青混凝土表面层，一般荷载水平下有利于减少表面层裂缝，但对于重荷载作用，由于表面颗粒容易剥落，其裂缝的产生反而容易加剧。

第1类结构总体裂缝密度比较大，各结构的裂缝密度差异也较大。这类结构均采用6.0 MPa强度的水泥稳定碎石基层，且厚度相同，主要的差异在于底基层的刚度不同。相较而言，裂缝密度最大的STR2与第3类结构STR7的基层、底基层基本一致，主要差异在于沥青面层厚度的不同(相差6 cm)，由此说明，增加沥青面层厚度有利于减少车道横向裂缝。

总体来说，对于薄面层的沥青路面结构，基层刚度、结构组合形式对于车道横向裂缝产生的影响是显著的，其力学机理值得进一步研究。

3.4 关于路表裂缝与车辙对偶性的探讨

通过前述对环道裂缝的分析可知，在重交通荷载作用下，沥青路面的主要裂缝是自上而下的车道Top-Down裂缝，包括正常路段上的车道横向裂缝，以及在小半径曲线上轮迹带位置的纵向裂缝。对裂缝和车辙进行统计分析，发现两类裂缝与车辙病害之间存在明显的对偶性。即：裂缝病害严重的结构，车辙深度往往较小；反之，裂缝病害较轻的结构，车辙深度往往较大。

图11为各类结构的横向裂缝密度与车辙深度的对比图。由图11看出：横向裂缝多的结构类型，相应的平均车辙深度比较小，反之，车辙深度较大。荷载型横向Top-Down裂缝和车辙病害，作为沥青面层两种典型的荷载疲劳损伤，具有对偶性，根据结构类型的不同，要么以Top-Down裂缝为主，要么以车辙病害为主。此外，环道试验表明，当沥青面层为18 cm时，路面的Top-Down裂缝和车辙病害都较为严重，沥青面层18 cm可能是半刚性基层结构对偶性病害的“拐点”厚度。

图11 横向裂缝密度与车辙深度分布规律Fig.11 Distribution diagram of transverse crack densities and rut depths

4 结论

本研究针对近7 000万次加载后，RIOHTrack环道25种沥青路面试验段裂缝现象及其发展规律，重载交通环境下，沥青路面裂缝的表象和形成机理进行分析、讨论，得到以下结论。这将有助于全面理解沥青路面服役规律，进一步完善长寿命沥青路面设计理论研究。

(1)在重载交通使用环境下，沥青混凝土层厚18 cm及其以下的路面结构，其主要裂缝是自上而下的车道Top-Down裂缝，表现为两种形态：①正常路段上的车道横向裂缝；②在小半径曲线上轮迹带位置的纵向裂缝。且裂缝的产生与沥青混凝土层厚度、基层刚度等多种因素有关。在实际工程中，为了减少这些裂缝，合理、优化的路面结构与材料设计是必要的。

(2)沥青混凝土层厚18 cm及其以下的路面结构，车道Top-Down裂缝首先产生于表面层，虽然是一种剪切疲劳损伤，但并不影响整体结构内部的疲劳破坏，可这将对于进一步完善长寿命沥青路面的设计理论和方法，提供有益的参考和启示。

(3)车道Top-Down裂缝与车辙病害之间存在一种负相关的对偶性，现行的线弹性小变形的层状力学模型还难以解析当前车道裂缝的形成机理，研发新的路面力学理论，以适应路面技术的发展，是十分必要和迫切的。