热带地区半刚性基层路面裂缝处理与预防

【摘要】：

近年来，随着国家“走出去”战略的实施，越来越多的企业走出国门，特别施工企业，越来越多的参与到国际建设中来，为亚、非、拉美等地区的基础设施建设做出了重要的贡献，位于南亚地区斯里兰卡就是一个典型的例子。本文通过对位于斯里兰卡汉班托塔港项目一期工程的进港道路裂缝调查处理情况，认真分析了裂缝产生的原因，并根据现场实际情况，在二期的进港道路设计、施工过程中，采取了不同的改进措施，收到了良好的效果。

关键词：

热带、沥青路面、裂缝、处理、预防

中图分类号：U416文献标识码： A

1、工程概况

汉班托塔港发展项目一期工程进港道路位于斯里兰卡南部地区，该地区位于赤道附近，属于热带季风气候，年平均气温27.1°C，年降水量1050mm ，分为两个旱季和两个雨季。进港道路RI路属于该港口建设内部交通道路，双向六车道，内设中央分隔带，设计宽度31.5m，长度为700m；R2路该道路为双向4车道，无中央分隔带，设计宽度21m。两条进港道路均于2010年11月施工完成，未开放交通，仅有港务局小型车辆使用通行，使用后路面出现不同程度的裂缝。这两条道路的断面结构形式均为：土方路基+15cmABC(级配碎石，下同)+35cm CBGM（水泥稳定碎石，下同）+15cm沥青砼，其中CBGM和沥青之间撒布透层油，面层之间撒布粘层油。其平面位置图、典型断面和路面结构如图1、图2、图3所示：

图1：R1、R2路平面位置图

图2：R1、R2路典型横断面图

图3：R1、R2路路面结构层

2、进港道路的裂缝情况

R1路和R2路于2010年xx月开始施工，2010年11月完成路面铺设、路灯安装等工作后，为开放交通，仅作为港区车辆出入的临时便道，在使用过程中，由于港口尚未形成货船的正常卸货能力，并没有大型集装箱等重型货车通过，仅有小汽车通行。在使用中过程中，RI路的沥青路面上出现多处不同程度的裂缝，裂缝以纵向裂缝为主，部分缝宽达到5mm以上，同时也有少量的横向裂缝产生；R2路情况较好，但也有2~3处纵向裂缝，缝宽5mm以下。裂缝宽度如图5所示：

图4：R1、R2路裂缝情况

3、裂缝原因调查与分析

3.1施工过程记录调查

根据施工单位提供的施工记录，当时由于业主要在2010年11月15日前靠船，靠船时进港道路必须通行，于是设计单位于2010年8月26日上报了施工图纸，截止2010年9月9日，尚未得到业主方的批复，考虑到施工时间的紧迫性，施工单位申请开工。相关的时间节点如下：

2010年9月9日开始R1路的清表、回填等工作，10月3日路基填筑结束；

2010年10月4日开始部分段落的ABC施工，2010年10月30日摊铺结束；

2010年11月1日开始CBGM施工，2010年11月11结束；

2010年11月7日开始沥青路面摊铺施工，2011年11月14摊铺结束；

随后进行了路灯安装等施工，当时未进行道路排水施工，未完成人行道的铺筑，未完成道路划线等施工。

总之，施工时间非常紧张，超出了正常的道路施工周期。

3.2现场裂缝取芯调查

道路施工完成后，发现道路有裂缝产生，并随着时间的增长，裂缝数量变多、宽度增大，于是2013年5月施工单位对道路产生裂缝的部位进行了取芯调查，共计取芯7个，其中5个属于从CBGM层发展至沥青面层的反射裂缝，两个为沥青摊铺时施工原因所致。取芯位置位于裂缝比较明显的位置，芯样直径为15cm，深度为到CBGM底层，并且对各个芯样进行了详细的描述，同时对所取芯样做了无侧限抗压强度实验，结果表面，无侧限抗压强度偏低，对路基土层的现场CBR进行了检测，现场CBR至结果偏低。典型反射裂缝照片如图6，相关描述如下表1:

图5：芯样C2裂缝表面和纵向发展情况

芯样编号 道路名称 位置 取样日期 厚度（mm） 裂缝宽度（mm） 裂缝方向 裂缝发展方向 裂缝可能原因

沥青层 CBGM 层

C01 R1 E 535249.367N 402240.085 2013.06.09 120 120 1~1.5 横向 底部至上部 反射裂缝

C02 R1 E 35243.312 , N 402278.571 2013.06.09 145 350 1 纵向 底部至上部 反射裂缝

C03 R1 E 35230.877 , N 402451.931 2013.06.09 125 365 2~2.5 纵向 从第2层CBGM至上部 反射裂缝

C04 R1 E 35205.825 , N 402631.197 2013.06.09 100 取样失败 1.5 ~2.0 纵向 底部至上部 反射裂缝

C05 R2 E 35176.495 , N 402799.827 2013.06.09 110 250 1.0 ~1.5 纵向 上部至底部 沥青层厚不足

C06 R2 E 35255.136 , N 402798.886 2013.06.09 145 360 2.0~2.5 横向 上部至底部 摊铺时温度不足

C07 R2 E 35525.015 , N 402800.842 2013.06.09 110 325 2.5~3.0 纵向 底部至上部 反射裂缝

表1：芯样裂缝特征统计

3.3路面结构层材料调查

分别到ABC拌合站、CBGM拌合站、沥青拌合站对当时用的各种石料情况、石粉情况、沥青各种配合比情况以、石料来源情况以及设备情况进行调查，结果表明，原材情况良好，设备能够满足按照配合比进行拌和。

3.4裂缝可能原因分析

从现场裂缝开展情况看来，进港道路产生的裂缝主要表现为纵向裂缝和横向裂缝。其中纵向裂缝产生的主要原因为:

a、地基原因。一些路段位于丘陵低洼河谷段，地基天然含水量较高，施工时未作处理，在高填土后，由于地基承载力的差别产生不均匀沉降，造成路面开裂；

b、路基施工原因。如果路基施工时天气干燥，局部路基填料粉碎不足，路基压实不均匀，暗埋式构造物处由于构造物位置、长度等限制，路基边缘不能超宽碾压，致使路基边缘压实度不足，或者混合料摊铺时纵向接缝搭接质量不好，从而造成纵向裂缝；

c、水的渗透破坏。中央分隔带、路表、边坡等渗水，使局部地基承载力降低，在动静荷载的作用下，路基滑动产生裂缝，填料中若有弱膨胀土，施工中未作处理，渗水后含水量发生变化，也会产生裂缝。

横向裂缝产生的主要原因为:

a、材料收缩引起横向裂缝。一方面在基层成型过程中，因基层材料失水收缩而形成规则的横向裂缝，另一方面基层材料因温度骤降而发生收缩开裂。两种收缩变形是面层底面承受拉力，当拉力超过沥青层的抗拉强度时沥青面层底部拉裂，随着温湿循环的变化及行车何在反复作用而导致沥青面层底面裂缝；

b、沥青的温缩引起的裂缝。沥青是一种对温度变化比较敏感的粘弹性材料，温度下降时，沥青混合料逐渐变硬变脆，发生收缩变形。当收缩拉应力超过沥青的抗拉强度时，沥青路面表面就会被拉裂，并逐步向下发展，形成上宽下窄的横向裂缝。

c、不均匀沉降引起的横向裂缝。在软土路基和正常路基的交界处、软土路基处理方法不同的交接处或结构物台背与正常路基的交界处等，沉降不均匀而引起路基开裂，，并反射到沥青面，形成横向裂缝。

综合以上原因分析和各种调查结果，可以总结进港道路裂缝产生原因如下:

3.4.1反射裂缝

裂缝大部分为自下而上开展的反射裂缝，具体原因有以下几个方面：

(1)路基压实不均匀，路基边缘压实度不足，ABC、CBGMD等结构层施工纵向搭接质量不好，填挖交界处搭接处理质量不好；

(2) 局部路基受水浸泡后承载力降低；

(3)路面结构施工未严格按设计要求进行实施。

3.4.2指标达不到设计要求

主要指标达不到设计要求，见下表2：

项目 芯样实验结果 设计值

土基CBR值 大部分在3～4%左右 8%

CBGM试件抗压强度 大部分在2.5～3.9MPa，2个芯样未成形 4MPa

基层厚度 有3个孔显示小于350mm 350mm

沥青面层厚度 85～145mm 150mm

表2：芯样主要技术指标统计表

3.4.3进度安排问题

当时的进港道路施工存在明显的赶工期的情况，能否提供足够的质量保证措施也值得总结。

4、裂缝处理

经过多种裂缝修复方案对比，考虑到各种修复方案的成本和向业主移交时间要求，施工单位采取了分期修复，从而达到进港道路长期正常使用。分期修复方案具体执行如下几个步骤。

4.1裂缝填封

对于缝宽在5mm以内的裂缝，将缝隙刷扫干净，并用空压空气吹去尘土后，采用热沥青或者乳化沥青（潮湿时）灌缝撒料封堵。灌入深度为2/3缝深，填入干净石屑或者粗砂并倒实，将溢出缝外的沥青、石屑、粗砂等清除。对于缝宽大5mm以上的裂缝，应剔除封内杂物和松动的缝隙边缘，或沿缝开槽后并用空压空气吹干净，采用砂粒式或者细粒式热拌沥青混合料填充、捣实，并用烙铁封口。随机撒砂。扫匀，潮湿时用乳化沥青混合料填缝处理，并在裂缝填充后，还需贴上具有抗裂作用且施工方便的抗裂贴，相关的施工图片见图7:

图6:抗裂贴施工示意图

4.2整体罩面处理

裂缝填充及贴抗裂贴工序完成后，进行全幅路面摊铺一层40mm厚的AC-13沥青面层。

4.3后续道路养护

上述步骤并不能解决路基压实不均匀等问题，道路开放后，局部仍然会有裂缝反射到路面，因此，通过1~2年后在行车荷载反复碾压作用下，使路基彻底稳定密实，在进行一次上述步骤的作业，彻底完成裂缝修复。

5、二期进港道路裂缝预防

由于一期进港道路的裂缝情况的发生，在二期进港道路的设计过程中，设计单位从多个方面改进，施工单位确保现场施工质量，从而有效的预防了裂缝的发生，主要措施表现在以下几个方面：

5.1改进CBGM配和比设计

考虑到一期设计的CBGM强度偏低，易发生反射裂缝的情况，结合业主方的意见，二期的设计过程中，采用了英标设计，水泥用量由一期的3～4%提高到9%左右，CBGM强度由一期的4MPa提高到15MPa，大大提高了CBGM的抗裂性能。

5.2设置诱导缝

采用锯缝的方法为CBGM设置诱导缝，诱导缝纵向、横向间距均不超过15m，深度为90～120mm，宽度为10mm。现场在CBGM施工完成后进行锯缝，锯缝采用的机具照片如下图8：锯缝完成采用止水带封底后灌入热沥青。

图7：锯缝机械和现场锯缝照片

5.3增加抗裂措施

5.3.1增加抗裂土工布

二期的设计过程中，路面结构层形式为：土方路基+25cmABC(级配碎石)+18cmCBGM（水泥稳定碎石）+15cm沥青砼，CBGM和沥青砼之间撒布透层油，透层油上加铺防裂土工布，并采用粘层油进行上下粘结，沥青砼面层之间撒布粘层油，具体路面结构如下图9。其结构形式的特点为增加了防裂土工布，并用粘层油粘结，使CBGM层与沥青面层之间增加抗裂的性能，从而有效减少反射裂缝。

图9：二期道路路面结构层断面

5.3.2抗裂土工布试铺

作为工艺上的一种创新，施工时在现场以外做了试验段，邀请设计人员现场指导，经过试验段的两次施工改进，最终成功铺设。试验段采用江苏仪征无纺布厂生产的型号为WF-116防裂土工布，该类型土工布标准要求为单位面积重量为160g/m2，厚度为1.41~1.53mm，各项力学性能指标均适合道路抗裂使用。

（1）试验段长度为30m，宽度为4m，试验段下部土质为红色高粘土，承载能力比较大，并且表面经过硬化处理。

（2）透层油使用的透油型号为MC-30型沥青，粘层油使用的粘油型号为CRS-1型沥青，防裂土工布所用的型号为WF116，生产厂家为江苏汉高。

（3）实验目的为验证粘油的洒布率是否可以取为技术规格书规定的最小值1.2/；粘油经过26T的胶轮压路机碾压多少次才可以透过土工布；粘油透过土工布的实验效果。

（4）实验设备：沥青油洒布车、26T胶轮压路机、15T单钢轮压路机、平地机、装载机。

（5）实验过程和结果： 先采用单钢轮压路机对原有的红色高粘土进行碾压，检测压实度，要求达到95%。 然后进行ABC层的施工，ABC采用5-20的骨料与0-5的骨料按照3:1的比例加水进行拌合。拌合完成后用平地机进行摊铺，摊铺厚度为10。 然后用单钢轮压路机进行碾压。碾压完成后检测压实度，要求压实度达到98%。碾压完成后，要求表面平整，尽可能达到水稳层的表面状态。再用洒布车进行透层油施工，透层油要求分布均匀，从外观上透层油完全覆盖下部的ABC混合料。透层油施工完成后，等待2-4天的时间，待透层油完全浸入ABC并且透层油里面的煤油完全挥发，透层油完全干枯。达到人用脚踩上去不黏的程度，以后方可进行下一步粘油的施工。粘油由于其高粘度，易凝结，故在使用前要进行加热。加热到温度为55度。加热时间视洒布车里面的粘油量而定，要达到粘油流动无阻滞的程度。粘油的洒布率为1.2-1.4/，在本试验段中设定为1.2/（洒布车对应速度为15/h）。粘油洒布完成后立即进行防裂土工布的人工铺设，铺设前要将土工布展开，保证土工布的平整。然后将土工布均匀平整地放在粘油表面，毛面朝上，要保证表面没有褶皱。然后将土工布的四周固定。土工布铺设完成后，立即用26T胶轮压路机进行碾压，碾压次数初定为三次。在碾压过程中，压路机要保证行走水平。如果碾压后，沥青应透过土工布且表观均匀，土工布和基层间粘结牢固，无分离现象，说明实验达到了预想的效果。

5.4现场施工质量控制

5.4.1严格控制土源

对于填方路基，土方来源严格控制CBR指标，要求CBR值不小于10%，对于检测合格的土源到现场均堆存处理，土方填筑时直接运输至现场使用。对于挖方段，对现场按照段取点，检测现场CBR，确保每个段落现场CBR不小于10%，小于10%时，应做相应的地基处理。

5.4.2认真处理软基段落

按照设计要求，认真处理软基段落，采用换填块石至地下水位以上10cm，再填10cm碎石，铺设土工布后分层填筑土方填料，碾压密实；

5.4.3分层施工

按照不同的填料要求，进行分层碾压，分别控制每层土方路基的压实度、现场CBR等；

5.4.4严格孔子各项验收指标

严格控制土方路基、各结构层的验收标高，确保结构层厚度，同时对路面的横坡、平整度进行控制。

5.4.5正确处理结构层接缝

按照规范要求，正确处理路面结构层摊铺时的纵向、横向接缝，充分碾压，避免施工中的接缝而产生裂缝。

5.4.6做好排水施工

按照设计要求，做好排水施工，及时排出路面积水，避免路基被水浸泡。

6、小结：

本文通过对汉班托塔港一期进港道路所产生的裂缝原因分析、处理过程以及对二期进港道路的裂缝预防措施的描述，希望对于热带地区的公路裂缝预防和处理能够有所帮助。

参考文献：

1、《汉班托塔海港发展一期项目道路与堆场施工图纸及技术规格书》，中交第四航务工程勘察设计院有限公司编；

2、《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000），交通部公路科学研究所主编；

3、《公路沥青路面施工技术》（JTG F40-2004），交通部公路科学研究所主编；

4、《Hydraulically bound mixtures ―Specifications》（BS EN 14227-1-2004），英国标准委员会编写，欧盟标准委员会认证。