高等级公路半刚性路面减裂措施的探讨

[提要]本文根据半刚性基层沥青路面裂缝产生的主要原因，结合山东省高等级公路半刚性基层沥青路面设计、施工，讨论了不同季节气温、不同交通状况减裂措施，提出了高等级公路半刚性基层沥青路面的基层、透层沥青、下封层、沥青下面层连续施工技术及理论依据，以达到高等级公路路面施工的高速度、高质量、高效益。

关键词 :基层面层连续施工 减裂措施高速度高质量高效益

概述

近十几年来，在全国高等级公路建设中，众所周知，普遍采用了半刚性基层沥青路面（以

下称半刚性路面），能够具有较高的强度和耐久性、水稳性、抗冲刷性能及较大荷载分布能力，在设计使用年限内，可确保车辆快速、舒适、安全通行，并相对于柔性路面和刚性路面降低了工程造价，取得了显著经济效益。但通过实践，也向道路工作者提出了一个不可回避的问题：对于半刚性路面，无论是设计，还是施工都必须高度重视防止裂缝产生，否则，将会降低沥青路面使用质量和缩短使用年限。

通过对高等级公路斗刚性路面典型结构调查及有关技术资料的分析研究，针对山东省的

气候特点及不同的交通状况，在设计、施工半刚性路面时，讨论了如何考虑不同季节气温及不同交通状况（即新建公路施工期间不考虑社会车辆通行和已通车的高等级公路改建工程，必须考虑社会车辆通行的不同交通状况）减裂措施。

山东不同季节气候特点

山东省具有明显的季风特征，冬干冷，夏湿热，四季分明，雨量充沛，日照比较丰富，

旱涝风冻自然灾害比较频繁，公路自然区划，以苏北灌溉总渠一线为界，以北为Ⅱ区，年降雨量在800毫米以上，最高气温40℃左右，最低气-20℃左右；以南为IV区，年降雨量在1000毫米以上，最高气温在42℃左右，最低气温在-15℃左右。山东省冬天有冰冻天气，一般出现在12月份至第2年2月份，每年气温在5℃以上的正常天气，主要集中在4月份至11月份，日照最大集中在8月份，路面施工有利季节月份，也就主要集中在4月至10月间。影响半刚性路面产生裂缝的外界不利气候因素：冬天易产生收缩裂缝，渗水冻胀；春融季节，路面裂缝的外界不利气候因素：冬天易产生收缩裂缝，渗水冻胀；春融季节，路面裂缝易变形破碎唧浆；夏天雨水多，有时温差突然变化较大或干缩变化大，也有产生收缩裂缝。

半刚性路面裂缝产生原因

半刚性路面结构与厚度设计合适，路面材料选用符合要求，能具有足够的强度与较大的

荷载分布能力，不会在路面设计使用期内产生荷载型疲劳裂缝。那么新铺筑的半刚性基层沥青路面的裂缝，有以下两种可能，一种可能是：在铺筑沥青面层时，半刚性基层已较长时间曝晒，而保湿养生不能满足工程需要（炎热夏天，实际上也难做到），已失水引起了干缩开裂或由于干缩与温缩相结合引起开裂，沥青面层铺筑以后，经过一段时间（一般当年冬天开始）就难以避免产生“反射”裂缝和“对应”裂缝；另有一种可能是在铺筑沥青面层之前，半刚性基层是没有产生收缩裂缝，而在这种情况下，要使沥青面层产生裂缝（除沥青面层本身原因外）可能由于以下三个原因：一是在干旱情况下，半刚性基层会因含水量过快损失而生生干缩裂缝；二是在天气严寒情况下，温度过低（-30℃左右），而产生温缩裂缝；三是因干缩与温缩相结合产生裂缝。以上三个原因，根据山东省气候特点（既不干旱，促使基层过份失去水份；也不过份严寒）和山东省高等级公路沥青面层厚度，一般大于等于12厘米，不会产生半刚性基层没有收缩裂缝，而铺筑沥青面层后，有非荷载型收缩裂缝。

不同交通状况路面工程

4．1新建公路路面工程

新建高等级公路半刚性路面，施工基间，由于没有社会车辆行车干扰，不仅路面施工不受行车影响，而且各层路面施工后，不会因社会车辆行驶而损坏。

4．2已建公路的路面改建

早期修建的个别高等级公路，因多种原因造成路面整体强度不足，形成路面缺陷与损坏，通过几年养护下挖修补，在路基基本稳定的情况下，为彻底解决路面等工程质量问题，采用半刚性路面，进行补强必建，提高路面整体强度，在这种保证社会车辆通行的交通状况下，如何保证高等级公路半刚性路面施工的高速度、高质量、高效益，这是放在道路工作者面前探讨的一个新课题：在已建高等级公路上改建半刚性路面，如何高速度、高质量、高效益施工及防止产生非荷载型裂缝。

不同季节气温，不同交通状况，路面施工减裂措施。

国内外研究和实践证明：只要沥青面层沥青选用符合《公路沥青路面施工技术规范》

JIJ032-94中“重交通道路沥青技术要求”的优质沥青或改性沥青；沥青混合料配合比设计时，选用密级配沥青混凝土，孔隙率采用“规范”低值；沥青面层的厚度，山东省高速公路和一级公路采用16厘米，其它高级公路也达到12厘米后，山东省一般选用二灰碎石半刚性优质基层料，结构组合与厚度设计合理。这样，半刚性路面，非荷载型裂缝产生的原因，主要是基层材料的配合比设计施工。以下就半刚性路面，在不同季节气温、不同交通状况下，对半刚性路面减裂措施进行探讨。

5．1不同季节路面施工减裂措施

5．1．1 4―6月，9、10月气温在5以上，基本接近于全年平均气温，与全年最低气温温差值小，施工的基层温缩小，与同样材料其它季节施工的基层比，对减少路面裂缝有利。另外4―6月份施工的基层，经下半年较高温度及较长时间养生，强度增长快，整体强度好，路面能确保经受第一次冬季和春融季节恶劣气候考验，是全年最有利的路面施工的季节。

5．1．2 7月、8月施工基层，严格控制材料收缩性，并应防止产生干缩裂缝。

7月、8月气温高，与全年最高气温或最低气温温差值大，与同样材料在其它季节施工的基层比，温缩也大。应严格控制基层材料的收缩性能，半刚性基层料中，粉料多收缩性大，＜0.075的粉料含量,应尽可能减少到接近于零。7天无侧限抗压强度，只要达到规范的规定的0.8MP即可，因室外气温比室内试验温度高，早期强度不存在问题（后期强度更不存在问题）。

另外7月、8月气温高，施工基层后含水量蒸发快，易产生半刚性基层收缩裂缝（干缩裂缝），同样也要求严格控制基层材料的收缩性能，并在基层施工后，防止曝晒，应特别注意保湿养生，养生期可减至一周内，甚而可采取连续施工半刚性基层、透层沥青、下封层、沥青下面层，使基层处于封闭养生，确保沥青面层铺筑之前，基层无收缩裂缝（半刚性路面连续施工，下文中将专门探讨理论依据及施工工艺技术）。否则，夏天气温高，基层难于保湿养生而曝晒后，很可能产生裂缝。

5．1．3 4月、10月施工基层，应提高早期强度

半刚性基层材料7天无侧限抗压强度试验，有冰冻地区规定温度为20℃，室外达不到时，为了提高早期强度，一是通过变更二灰碎石设计配合比提高强度；二是二灰碎石混合料中可掺入1.5%水泥，尤其是10月下旬，施工基层后很快进入冬季，强度增长慢，又要考虑通车的情况下，更应掺水泥，甚而水泥用量可增加到2.5%。这样，虽增加了基层材料的收缩性能，但室外温较低，施工后基层温缩性也小，水份蒸发慢干缩也小，再在施工工艺上，连续施工半刚性基层、透层沥青、下封层、沥青下面层，可通过封闭养生加速强度增长，并可避免今后沥青路面裂缝产生。

5．2 不同交通状况减裂措施

5．2．1 新建公路施工半刚性路面

因新建公路半刚性路面，施工期间不存在有社会车辆通行，带来复杂的交通管理。只要精心设计、精心施工、精心管理，既不可能产生荷载型裂缝，也不可能产生非荷载型裂缝。

5．2．2 已建高等级公路改建半刚性路面

5．2．2．1 半刚性路面连续施工减裂措施理论依据

高等级公路半刚性路面，在沥青面层施工之前，如已形成较宽的裂缝，因传荷能力差，在铺筑沥青面层后，将会使沥青路面形成“反射”裂缝或“对应”裂缝。因此，在设计、施工时，除严格限制基层材料细料或粉料含量及施工混合料的用水量外，严禁施工完的半刚性基层曝晒而形成收缩裂缝。

但作为水稳性结合料的半刚性基层的减少或避免裂缝产生的措施之一，很多国家在半刚性基层的施工过程中，有意识促使基层产生很多微细裂缝。如捷克斯洛伐克，采用反复振动碾压的方法，使水稳性结合料基层在结硬过程中，人为创造基层微细裂缝；法国、德国也研究了水稳性结合料基层施工，人为创造微细裂缝的方法。

半刚性路面连续施工基层、透层沥青、下封层、沥青下面层，势必会遇上水稳性结合料基层在结硬过程中，因施工机械的连续操作运行，会使基层产生微细裂缝，这不仅不会引起今后半刚性路面的裂缝，而且这是一种有效的沥青路面减裂措施。因此，世界上有些国家规定，水稳性结合料基层施工后，应在24小时内，施工完透层沥青、下封层、沥青下面层。

半刚性路面连续施工技术措施：①半刚性基层施工时，应在基层表面有粗粒料嵌入基层，嵌入深度为粗粒料径的为宜。并严禁喷洒透层沥青之前，半刚性基层顶面密布细料或粉层。基层顶面粗粒形成，可采用机械撒布粒料，并在基层施工初碾压之后进行；②透层沥青施工后，施工下封层采用表处材料（经室内试验确定）厂拌，摊铺机铺筑施工技术，缩短成型期，为下道工序提供工作平台。

5．2．2．2已建高等级公路改建路面，对旧路面处理

半刚性路面施工之前，对旧路面的处理，除特殊损坏严重翻浆部分路面需下打挖外，对不平整不符合铺筑要求的旧路面，可采用10―15厘米碎石层调平，不仅能达到调症，又可起到隔离旧路面裂缝向上产生“反射”或“对应”裂缝，还可起到调整路面强度与刚度的底基层（不同碎石层抗压模量分别为180―220，200―280，250―300不等）的作用，造价又可以降低（相对于其它措施）。另外，旧路面局部损坏严重，（仍能通车的情况下）过多地下挖路面，不仅延长工期、增加造价，而且很可能会碰到路基强度不足，难于处理和施工的辣手问题或会给路面留下隐患。

5．2．2．3已建高等级公路改建路面

已建高等级公路改建半刚性路面，通车及各方面的需求，施工应高速度连续施工，以上分析研究探讨了，连续施工半刚性基层、透层沥青、下封层、沥青下面层，有利于避免或减少沥青路面裂缝产生，促使半刚性路面形成高质量：（1）促使半刚性基层早期强度提高，因基层材料水化反应产生热量不易散失，沥青面层施工时，部分沥青混合料热量向下传递给基层；沥青面层黑色易吸收太阳能热量，向下传递给基层；（2）有利于基层养生。因及时复盖沥青下面层后，基层水份不易蒸发散失，施工基层压实需要的最佳含水量，在水化反应时只需这含水量20%左右，余下的含水量（下封层封闭下毛细水积聚水份除外），已足够养生需要；③增加了半刚性路面的整体强度。因连续施工半刚性基层、透层沥青、下封层、沥青下面层时，使基层、透层沥青、下封层、沥青下面层混合料相互吸附渗透、嵌挤扣锁，增加了层面间接触（钻孔取蕊可验证），提高了路面整体强度。

半刚性路面连续施工技术的采用，形成的高速度、高质量，势必产生经济上的高效益。因半刚性路面基层施工后，养生变为封闭养生及下封层用厂拌料摊铺辗压成型后，即可开放施工车辆通行，使复杂的施工管理得以缓解；加快了施工进度，整个工期可缩短，节省了工程管理费用及养护费用，加之路面提前投入使用，可产生显著的社会经济效益，另外，路面整体强度的提高，必然延长路面使用年限。总之，半刚性路面连续施工技术的采用，不仅可为已建高等级公路路面建设，取得高速度、高质量、高效益，也可为新建高等级公路采用。

结语

6．1 山东省气候特点，半刚性基层4月、10月份施工，应提高基层材料理的早期强度，除基层料配合比设计应调整外，可掺1.5%―2.5%水泥。仍可避免或减少沥青路面裂缝产生。

6．2 7月、8月施工半刚性基层，对基层材料应严格控制收缩性能，基层材料配合比设计的集料中，小于0.075的含量应尽量接近于零。并重视保湿养生，防止基层曝晒出现干缩裂缝，养生期可缩短到一周内，甚而可以连续施工，有利于半刚性路面减少裂缝产生。

6．3在已建高等级公路上，改建半刚性路面，对原有路面的处理，提出采用10―15碎石层调平，不仅能调整旧路面强度与刚度的底基层作用，而且能隔离旧路面裂缝向上“反射”，可避免或减少半刚性路面产生非荷载型裂缝。

6．4在已建高等级公路上，改建半刚性路面，因社会车辆及各方面的需求，必须高速度、高质量、高效益建成，为此，提出了连续施工半刚性基层、透层沥青、下封层、沥青下面层的技术及其理论依据：半刚性基层连续施工，形成的微细裂缝，铺筑沥青面层后，是沥青路面避免或减少裂缝产生的有效措施。

6．5高等级公路半刚性路面连续施工工艺技术的采用，可取得高等级公路建设的高速度、商质量、高效益，也可为新建高等级公路使用。

参考文献

1．沙庆林 高等级道路半刚性路面 1993年2月

2．高等级公路半刚性基层沥青路面合理结构的研究 江苏省交通厅公路局1994年4月

3．沙庆林 两种机理的“反射”裂缝

公路交通科技1993年3月