浅析半刚性基层沥青路面裂缝成因及预防措施

摘要：本文在对济南市近十年国省道路网改建项目病害调查分析的基础上，从路面材料性质和组成等内在因素，设计、施工、管理、环境等外在因素以及内外因共同作用的角度，深入分析了半刚性基层沥青路面裂缝的成因，并有针对性的从路面材料选择、施工工艺、设计、管理方面提出切实可行的防治措施，旨在避免或减少裂缝病害的产生，延长道路使用寿命。

关键词：半刚性基层沥青路面裂缝预防措施

中图分类号：U416.217 文献标识码： A

近年来，随着交通量的迅速增加，济南市对境内国省道干线进行了大规模的改造，并且绝大部分道路均采用水泥、二灰稳定粒料基层加铺沥青混凝土面层的结构形式，达到了一级公路服务标准水平，对改善人们的出行条件和繁荣地方经济起到了积极作用。然而，随着改建道路的投入使用，个别半刚性基层沥青路面出现了不同程度的纵横向裂缝，影响了路面的使用性能和使用寿命。

一、裂缝成因

半刚性基层沥青路面的裂缝形式多种多样，一般表现为横向裂缝、纵向裂缝和龟裂三种，它们形成的主要原因可以分为两大类，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。

（一）荷载型裂缝

荷载型裂缝主要是由于行车荷载作用引起的裂缝，在车辆荷载的作用下，半刚性基层的底部会产生拉应力，当拉应力大于半刚性基层材料的抗拉强度时，基层底部就会开裂，在荷载的反复作用下，底部的裂缝逐渐向上部扩展，最终导致沥青面层产生开裂破坏。造成沥青路面荷载型裂缝产生的主要原因一是路面结构设计不合理或厚度不足，路面强度不能满足日益增长的交通量和车辆载重能力的需要；二是水泥、二灰稳定粒料基层含细集料过多，级配不合理，基层表层受荷载作用发生软化，造成沥青面层的推移破坏；三是路面施工质量差。

（二）非荷载型裂缝

非荷载型裂缝是环境作用的结果，主要是温度和湿度的影响，由干缩、温缩和疲劳作用导致。个别情况下也可能是由于路基不均匀沉降引起的纵向裂缝，此外，在冰冻地区的沥青路面上，还可能发生由路基冻胀引起的裂缝。

1、沥青面层本身的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。冬季，随着气温降低，沥青材料变硬变脆并开始收缩，当沥青面层中产生的收缩拉应力大于沥青混合料的抗拉强度时，沥青面层就会开裂，一般表现为横向裂缝。如果昼夜温差较大，沥青面层会产生较大的温度应力，在这种应力的反复作用下，沥青面层也会产生疲劳开裂。由此可见，沥青的品种和质量是影响沥青面层产生温度裂缝的重要因素。

2、半刚性基层反射性裂缝主要是由基层自身材料的收缩而产生的干缩裂缝和温缩裂缝反应到沥青面层所致。当半刚性基层材料经拌合压实后，由于蒸发和混合料内部发生水化作用，混合料中水分不断减少，由于水的减少而发生一系列物理化学作用引起半刚性材料体积收缩产生干缩裂缝。而温缩裂缝一般在冰冻或温差变化较大地区表现比较明显，当气温下降时，基层混合料中矿物颗粒、胶结物、水和空隙中的气体相互作用，使半刚性材料产生体积收缩而产生温缩裂缝。在实际过程中，半刚性基层同时受到干缩和温缩的共同作用，半刚性基层材料中细料含量、碾压时含水量、稳定剂掺量和养生环境等是影响半刚性基层产生收缩裂缝的主要原因。

3、路基填筑材料不符合要求，压实度不足，施工质量差，会产生较大的工后沉降，导致路面出现纵向裂缝。此外，桥涵或通道等构造物两侧回填土的固结沉陷或地基沉陷也会引起路面产生横向裂缝。

从已建成的半刚性基层路面来看，设计承载力是足够的，然而调查表明，新建改建道路通车后一年最迟两年均出现了数量不等、程度不均的裂缝。因此，单纯由荷载作用不足以引起面层破坏，沥青面层开裂应该是上述多种因素共同作用的结果。我们通常认为，在路面设计强度满足要求的情况下，路基、路面材料自身性质和施工质量是影响路面产生裂缝的最主要因素。

二、预防裂缝产生的技术措施

（一）针对沥青面层的措施

影响沥青面层本身裂缝产生的因素主要包括沥青的品种和性质及沥青混合料的组成。其中，沥青的品种和质量是影响半刚性基层路面产生温度裂缝的最重要因素。

首先，应该选用含蜡量低、延度大、温度敏感性低等符合重交通道路石油沥青技术要求的沥青。当缺乏优质沥青时，应在沥青混合料中添加石棉纤维、SBS或橡胶粉等改善沥青性质。矿料质量直接影响沥青混合料的强度，碎石的压碎值、磨耗值不符合要求将造成沥青混合料的稳定度降低，沥青与碎石粘附性要符合要求，选用吸水率小的骨料。其次是进行良好的沥青混合料配合比设计，矿料级配控制在标准级配范围内，严格控制4.75mm、2.36 mm、 0.075 mm筛孔通过量。同时，必须根据拌合设备性能，施工控制精度及材料变化情况进行试拌后进一步调整直至拌合设备生产出的混合料指标达到规范要求并进行优化，才可作为生产配合比使用。

（二）针对半刚性基层的措施

半刚性基层的缺点是抗变形能力低，脆性大，在温度或湿度变化时易发生收缩开裂，形成路面反射裂缝。对水泥、二灰稳定粒料基层沥青路面而言，基层材料组成和施工水平尤为重要。

1、材料组成设计

一是选用合适的水泥。一般细度较细，石膏含量不足及SO3含量小的水泥收缩较大；为方便施工，保证压实度，选用初凝时间3h以上和终凝时间6h以上的水泥；不使用早强、快硬水泥，宜采用低标号水泥。

二是选用含泥量小、结构致密、吸水率小、弹性模量较大的骨料。控制集料最大粒径不超过31.5 mm，0.075 mm以下粒径含量控制在规范低限值，集料中细土塑性指数应尽可能小，不宜大于4。

三是良好的配合比设计。合理的级配是半刚性基层强度形成的重要保证，也是防止裂缝产生的重要环节。集料的级配决不允许超出规范上限要求，宜在中值稍偏下，既能保证骨料嵌挤密实，又能控制0.075 mm以下粒径含量，防止细料增多使基层的干缩性应力增加。4.75mm筛孔通过量控制在中值，通过率过大，细集料偏多，易出现裂缝；通过率过小，粗集料偏多，摊铺时易产生离析，使基层强度不均匀。在配合比设计中，基层强度取值要考虑全面，原则上是通过调整集料级配来提高强度，降低水泥使用剂量，水泥剂量是影响基层裂缝产生的一个重要因素，试验表明，水泥剂量超过5%时裂缝数量将明显增加。

2、施工工艺控制

首先，在基层混合料拌合前应详细掌握各种集料含水量，细集料应进行覆盖，防止雨淋而含水量过大，影响配料的准确性和拌合均匀性。摊铺时应加强边缘薄弱处密实度，保证成型质量。碾压时混合料含水量最好控制在最佳含水量±1%范围内或略小于最佳含水量，研究表明，含水量每增加1%对基层干缩应变的影响相当于水泥剂量的2～3倍。当施工气温较高时，对运料车辆进行覆盖，防止表层水分蒸发过快造成混合料不均匀和局部强度偏低。

其次，半刚性基层碾压完成后要及时养生，避免混合料含水量受损，养生结束后，立即施做封层或透层并尽快铺筑沥青路面。然而工程实际中，当封层、面层施工衔接不上时，基层长时间暴露，日晒雨淋，加剧了裂缝的增多和发展。所以应根据实际情况延长养生时间至面层施工之前。

3、路基填筑质量

路基不均匀沉降会造成路面产生纵向裂缝。因此，路基要严格按照规范要求施工，分层填筑，分层压实。对拓宽改建工程，特别注意新旧路基结合部位的施工质量，通常采取开挖台阶，铺设土工格栅等技术措施。此外，桥涵构造物台背回填质量也是路面出现裂缝的诱因，施工时，选用合适的回填材料，严格控制分层厚度，分层回填，分层压实，避免产生固结沉降裂缝。

4、设计因素

在进行路面设计时，要选用抗冲刷性能好，干缩系数和温缩系数小和强度高的半刚性材料做基层。同时，根据各种沥青混合料的特性和面层各层所应起的主要作用来确定面层结构组合。此外，还要根据交通量大小、基层材料强度和当地气候条件设计合理的沥青面层厚度，防止因面层厚度过薄而产生过多反射裂缝。

三、防止裂缝产生的管理措施

半刚性基层路面施工必须建立健全有效的质量保证体系，对施工的全过程、各阶段、每道工序的质量进行严格的检查、评定，以保证路面结构整体质量。预防路面产生裂缝病害的管理措施主要体现在以下几方面：

1、建设单位在进行工程项目招标时，应对施工工期进行合理安排，避免盲目赶进度对路基、路面施工质量造成隐患。其次要搞好协调、征地、拆迁等工作，为施工创造良好的外部环境。

2、作为工程项目的主要监督管理者，监理人员在整个施工过程中具有非常重要的作用。监理人员不但应尽职尽责，严格监理，为业主提供优质服务，还应讲究工作方式、方法，积极探索新的管理方法、管理手段，大胆尝试，真正把好质量关。

3、现行的设计规范、验收标准等有待进一步完善。我国道路交通的特点是交通量增加迅速和重载车辆日益增多，而且各地区的自然条件、经济状况相差较大，而现行的规范、标准在各地是通用的。对此，在进行工程设计和验收时，不宜搞一刀切，有必要在交通流量调查的基础上，结合当地实际交通状况，适当提高设计和验收标准，以保证工程质量满足实际交通要求。

四、结语

裂缝是高等级公路路面早期病害之一，裂缝的存在会进一步导致其它病害的产生，最终将导致道路整体结构破坏。路面裂缝的产生重在预防，从路基、路面结构层设计、施工和管理的各个环节都要重视。通过对路面裂缝成因和预防措施的分析，能给道路的设计和施工提供某些借鉴，如能在设计、施工和管理中考虑到这些因素并采取一定措施，势必能减少路面病害的发生。

参考文献：

[1] 刘丽 郝培文 徐金枝.半刚性基层沥青路面U形开裂影响因素分析[J].北京市：人民交通出版社./公路交通科技，2011年03期：40-45.

[2]陈长寿.半刚性基层沥青路面裂缝形成机理及防治措施[J].北京市：人民交通出版社./公路交通科技（应用技术版），2010年11期：59-62.

作者简介：

1、李伟，1981年生，男，黑龙江泰来县人，济南市公路管理局工程师，研究方向：工程管理。

通讯地址：山东省济南市槐荫区新沙路1号美里新居三区12-3-401，邮编250001。

2、朱培敏，1985年生，女，山东阳谷县人，山东国华土地勘测规划设计有限公司，研究方向：规划设计。