沥青路面裂缝成因及防治措施分析

田建平

（甘肃省张掖公路事业发展中心肃南公路段，甘肃 张掖 734000）

0 引言

沥青路面裂缝是常见的路面问题，对道路的使用寿命和安全性产生重要影响。通过引入文章所要探讨的沥青路面裂缝成因及防治措施，可以更好地了解沥青路面裂缝形成的成因，并制定出相应有效的预防和治理策略，以延长路面的使用寿命和提高交通运输的安全性。

1 沥青路面裂缝防治的意义

裂缝是沥青路面老化、劣化和结构破坏的典型标志，严重影响车辆行驶的平顺性和安全性，如图1 所示。裂缝和坑洼会导致车辆颠簸，增加刹车距离，降低车辆的稳定性和操控性能[1]。

图1 公路沥青路面裂缝

在恶劣天气条件下，如雨天或雪天，裂缝中积水或结冰更容易导致事故发生。一旦路面出现裂缝，水分和其他外界因素会侵入路面内部，导致沥青材料的进一步损坏和沉降，加速路面衰败过程。通过有效裂缝防治措施，可以及时修复已有的裂缝，并预防裂缝再次发生或扩大，从而减缓路面老化速度，延长道路使用寿命，减少维护和养护成本，提升道路的平整度和平顺度，减少车辆行驶时的不适感，提高道路的安全性和舒适性。

2 沥青路面裂缝成因分析

2.1 温度变化引起的热胀冷缩应力

2.1.1 温度变化对沥青路面的影响

沥青是一种具有较高温度敏感性的材料，其特性会随着温度的变化而发生改变[2]。在日常气温的变化下，沥青会发生热胀冷缩的现象，由此产生应力。当温度升高时，沥青会因为热胀而相应膨胀，导致路面表面产生张弯应力，该过程中，沥青层内部的应力随温度的升高而增大，超出其承受范围，导致裂缝的形成。然而，当温度降低时，沥青则会因为冷缩而收缩，使路面受到弯曲拉应力，在路面中产生裂缝，并随温度的降低而增加。

2.1.2 热胀冷缩引起的应力累积

沥青路面的温度变化速率较慢，但变化范围广，会导致热胀冷缩应力的积累。在昼夜温差较大的地区，沥青路面会经历昼夜温度差异的反复作用，不断重复引起沥青路面的热胀冷缩，如果沥青的应力超过其承载极限，就会导致裂缝的产生和扩展[3]。此外，沥青层中不同部位的温度变化速率与幅度也可能不同，使沥青层内部存在不均匀的热胀冷缩应力分布。例如，阳光直射的区域温度升高更快，而阴凉处温度变化较缓慢，这种不均匀应力分布也容易导致沥青路面裂缝产生。

2.2 车辆荷载引起的动态荷载应力

2.2.1 车辆荷载对沥青路面的影响

车辆荷载是沥青路面裂缝的另一个重要成因。车辆通行时对路面施加动力作用，所产生的荷载会导致路面应力的变化，产生间歇性荷载或冲击荷载，称为脉冲荷载。这种荷载会对沥青路面产生瞬时应力，引起局部弯曲和剪切应力的集中。车辆的静止负荷（停车或等红绿灯）也会对路面施加持续的垂直应力，导致路面的挤压和变形。不同类型的车辆、车辆重量以及车辆速度都会给沥青路面造成不同程度的影响，包括弯曲应力和剪切应力，导致路面材料的变形和疲劳损伤。

2.2.2 动态荷载引起的应力分布不均

由于车辆行驶速度和方向的变化，动载荷会在路面结构中引起不均匀的应力分布。

一方面，车辆通过沥青路面时产生的荷载会在结构中产生波动传递，导致应力集中。例如，车辆的前后轴之间，由于轮胎与路面的接触面积有限，荷载会更集中在这些区域，从而增加路面的应力集中风险。

另一方面，由于车辆的不规则行驶，荷载在路面上的分布不均匀[4]。例如，弯道行驶时，车辆的横向力会导致路面发生横向位移和变形，引起路肩区域的应力集中。同时，车辆在加速和制动过程中产生的纵向力也会引起路面的应力分布不均，导致沥青路面中的部分区域承受较大的应力而发生裂缝，尤其在重载车辆或交通繁忙区域。

2.3 沥青材料属性和工程施工质量问题

2.3.1 沥青材料的特性与性能

沥青作为道路建设和养护中主要使用的材料，其特性和性能，包括黏度、塑性和稳定性等，对于路面裂缝的形成和发展起着重要的作用。黏度反映沥青的流动性，黏度过高会导致在温度变化下沥青路面的应力集中和裂缝形成。沥青的塑性决定其耐变形能力，强度和柔韧性较差的沥青容易破裂和开裂。沥青的稳定性则体现在其抗老化和抗氧化能力，不稳定的沥青容易在长期使用过程中发生裂缝和劣化[5]。此外，沥青材料的级配、添加剂和改性技术也会对其性能产生影响，良好的级配可以提供均匀的沥青颗粒分布，增强路面的密实性和抗水性。

2.3.2 工程施工质量对路面裂缝的影响

工程施工质量问题可能导致沥青混凝土密实度不充分，使路面存在孔隙和空隙，成为水分和杂质的渗入通道，加速路面破坏和裂缝的产生，降低路面的耐久性和承载能力。沥青混合料的配合比和质量对路面的稳定性和耐久性起着重要作用，过高或过低的沥青含量都会导致路面裂缝的形成。同时，混合料搅拌、铺设和压实过程中的质量控制问题也会影响路面的整体品质和承载能力。此外，进行沥青路面铺设前，预处理、刨铣层处理等工艺步骤也是影响工程施工质量的关键环节，如出现未充分清理表面垃圾、软基处理不当等问题，则可能导致后续沥青路面的不均匀变形和裂缝的产生。

2.4 外界环境因素对路面的影响

2.4.1 水分渗入与冻融循环

水分渗入通过沥青路面的微裂缝和孔隙进入沥青层面内部，这些微裂缝和孔隙可能由各种因素引起，如沥青老化、车辆荷载和温度变化。一旦水分进入路面内部，将与沥青材料发生物理和化学反应，并逐渐破坏沥青的黏结性能，改变沥青混合料的力学性能，减弱路面的强度和稳定性。此外，在寒冷地区，水分会在冻结期间膨胀，造成冻融循环的损害，导致路面表面破裂和剥离。冻融循环指水在冻结和解冻过程中的体积变化，当水在低温下冻结时，其体积会扩大，产生向外的压力，从而导致沥青路面层的破裂和变形，甚至引发裂缝。

2.4.2 化学物质侵蚀与污染

化学物质的侵蚀和污染也是影响沥青路面的重要因素之一[6]。车辆排放物、道路清洁剂、化学草剂等都可能对沥青材料产生腐蚀和损害，如酸雨、石油产品和氮氧化物，将与沥青发生反应，导致沥青的变质和老化，失去其黏结性能，降低路面的强度和稳定性，进而易于形成裂缝。含有氯离子道路清洁剂会溶解沥青的黏合剂，导致路面松散和破坏。此外，化学草剂可能渗入沥青路面下层，破坏其结构和稳定性。

3 沥青路面裂缝防治措施分析

3.1 路面结构设计的优化

3.1.1 弹性层和黏性层的合理配置

弹性层通常采用沥青混凝土或其他弹性材料，具有较好的柔韧性和变形能力，能够分散和承受车辆荷载产生的应力，如图2 所示。在路面结构中，弹性层位于路面表层下方，可以通过减少应力传递到下层结构来防止裂缝和变形的形成。合理选择弹性层的厚度和材料性能是确保路面结构稳定性的重要因素。

图2 沥青路面弹性层和黏性层车辆荷载

黏性层，也称为沥青黏结层或沥青封层，主要用于连接路面表层和基层，起到黏结和平整化作用，可以增加路面的平滑度和防水性能，降低水分进入路面的概率。同时，黏性层还可以减震和缓解路面应力，并为上层提供一定的支撑力。合理配置弹性层和黏性层需考虑路面材料的特性和受力情况，根据不同的设计要求，选择不同的弹性层材料和厚度，以及黏性层厚度，从而提高承载能力和表面质量，延长路面使用寿命。

3.1.2 加强支撑和抗剪性能的措施

为提高路面结构的支撑能力和抗剪性能，可以采用加固技术，常见的加固方法包括在路面基层中加入加筋材料，如钢筋、玻璃纤维等，以增强路面的强度和稳定性。此外，可以采用复合材料加固等现代加固技术，提高路面的承载能力和抗变形性能。选用合适的基层材料对路面结构的支撑能力也起着重要作用，基层材料应具备足够的刚性和稳定性，以支撑上层结构的载荷并保持平整性。常见的基层材料包括砂石、碎石及混凝土等[7]。设计和施工过程中，需要根据实际情况选择合适的基层材料，并确保其充分密实。另外，通过合理配置黏性层和基层材料，可以提高路面结构的抗剪强度，使其能够承受来自车辆荷载和温度变化引起的剪切力。

3.2 施工工艺和质量控制的改进

3.2.1 沥青混合料配合比优化

通过优化沥青混合料的配合比，可以提高路面的强度、稳定性和耐久性。结合实际工程要求和材料特性，通过试验室试验和工程实践，确定出最佳配合比，以提高沥青混合料的质量和性能。配合比的优化需确定沥青含量，以保证沥青与骨料的充分黏结，并提供足够的柔韧性和抗剪性能。正确选择骨料的级配和种类，确保骨料间空隙合适，提供良好的力学性能和稳定性。此外，加入适量的填料和添加剂，可以填补骨料间的孔隙，增强材料致密性和抗水性。

3.2.2 施工温度和压实控制要求

合理控制施工温度和压实过程可以保证沥青混合料的致密性，提高路面的稳定性和承载能力。施工温度需要根据沥青混合料的类型和环境条件进行调节。施工温度过高会导致沥青热变形和流动性增加，降低沥青的黏结性能和路面质量，施工温度过低则会延长沥青凝固时间，难以形成均匀密实的路面结构，影响路面的强度和平整度。因此，施工前需进行温度控制测试，并准确控制沥青混合料的施工温度。压实过程对于提高路面的密实性和稳定性至关重要。压实过程需确保沥青混合料具有足够的可塑性，以便在振动或滚动作用下产生足够变形。但同时需要注意不要过度压实，避免破坏骨料的结构和损坏沥青的黏结性能。因此，压实工艺需根据沥青混合料的特性和设备的类型进行调整，并配合合适的振动频率和滚轮压力。

3.3 维护和养护策略的制定

3.3.1 定期检查和及时维修措施

通过定期检查路面状况，可以及时发现和处理裂缝、坑洞、凹陷等问题，包括目视检查和检测仪器的应用。目视检查可以检查路面的平整度、均匀性和边缘状况等，发现明显的损坏和变形。检测仪器如振动传感器、红外线扫描仪等可以提供更加详细和准确的信息，从而指导维修和养护工作[8]。一旦发现路面问题，应采取及时维修措施进行修补，维修措施包括裂缝灌缝、热补修、冷补修、翻新等。需根据具体情况选择合适的维修方法，并确保维修材料质量和施工工艺的准确性，从而防止损坏扩大，减少交通事故风险，保持路面平整度和安全性。

3.3.2 预防性和提前维护的重要性

通过采取预防性措施，在问题发生前预测和预防路面损坏，提前对路面进行维护。预防性措施包括清理路面上的垃圾、积水、落叶等杂物，防止其堵塞排水系统和引起腐蚀；确保排水系统的畅通，防止水分渗入路面，造成损坏；严格执行限载政策，避免过重车辆荷载对路面造成影响；及时进行沥青封层或微表面翻新，以保护路面，并修复表面裂缝和损坏；合理规划交通流量，避免交通堵塞和频繁的制动加速，减少路面磨损和变形[9]。通过上述预防性措施，可以有效降低路面损坏风险，减少修复和养护成本，并延长路面使用寿命。

4 结语

通过分析沥青路面裂缝成因及防治措施，可以看出预防裂缝是保持路面质量和延长使用寿命的关键。采用合理的路面设计、材料选择和施工工艺，加强支撑能力和抗剪性能，以及定期维护和快速修复等措施，能够有效预防和治理裂缝，提高路面质量和交通安全性。