半刚性基层路面的病害及其分析

摘 要：本文通过对现今我国沥青路面主要使用的半刚性基层的分析，讨论了半刚性基层沥青路面存在的病害，主要是其裂缝形式，分析了裂缝的形成机理，并提出了预防裂缝产生的措施。

关键词：半刚性基层沥青路面裂缝形式形成机理预防措施

1 引言

随着我国经济的迅速发展，高等级公路的里程不断增加。为适应高等级公路重交通、重载对道路的要求，以无机结合料稳定粒料(土)类为基层，沥青混凝土为面层的半刚性路面被大量用于高等级公路路面。半刚性路面具有两个较明显的特点，其一是：具有较高的强度和承载能力。其二是：半刚性基层刚度大，从而提高了沥青面层抵抗行车疲劳破坏的能力。

然而，由于半刚性基层性脆，抗变形能力差，在温度或湿度状况变化时及在荷载作用下易产生开裂，这种裂缝往往要扩展到面层，随着道路使用期限的延长，路面裂缝仍然在不断增加和发展。通过对国内已建成的高速公路使用调查表明，半刚性沥青路面裂缝问题日益突出，并已成为该结构的主要缺陷。

2半刚性基层沥青路面结构破坏模式

2.1材料特点

目前国内较多采用的水泥稳定碎石及石灰、粉煤灰稳定碎石二种半刚性基层，具有承载力大、刚度大、模量高、板体性强、弯沉小而且投资经济，缺点在于这种材料变形小，特别是温缩、干缩变形大，易开裂，属于脆性材料。

2.2半刚性基层路面的破坏模式

由于半刚性基层材料温缩和干缩特性，以及材料本身的脆性，裂缝的产生不可避免。裂缝的存在导致三种结果：首先当车轮从裂缝的一侧经过到达裂缝的另一侧时，形成突变，并在裂缝处产生较大应力集中，表现为面层在裂缝处的上下剪切和层底弯拉，这些应力，加之温度应力的综合、反复作用，最终导致面层疲劳破坏而产生反射裂缝；其二，水沿裂缝渗入路面结构内，在行车荷载作用下，对基层、底基层、路基形成水力冲刷，将材料中的细料挤出，材料松散并形成坑槽，半刚性基层失去板体性，弯沉迅速增大，最终导致结构破损；第三，界面上水的存在改变了界面接触条件，于是结构不再连续，界面成为半连续甚至光滑接触模式，这种情况使得路面的受力状态变得十分不利，沥青层底有可能出现超过极限拉应力，导致沥青面层开裂，承载力降低，产生车辙等病害，成为导致路面破坏的又一原因。

3开裂的原因分析

导致半刚性基层沥青路面开裂的因素很多，概况引起半刚性沥青路面产生裂缝的主要影响因素有以下几中：

3. 1路面设计方面

3.1.1老路补强段的路面厚度设计

某些道路在改建过程当中，没有按照道路补强设计规范来面确定旧路的补强厚度，仅凭借经验或感觉给出一个补强厚度，而导致改建后的新路强度不足，产生早期裂缝

3.1.2设计厚度没有考虑超载影响

近年来随着交通量的剧增，车辆的实际轴载远远大于设计轴载，造成公路在短期内（如1-2年）就己经达到设计年限内的累计当量轴次，引起沥青路面过早疲劳开裂导致路面出现不间断的纵向裂缝，直至形成龟裂。

3.1.3沥青路面结构渗水造成路面早期出现龟裂、破碎等现象。

3.2沥青路面材料

3.2.1沥青

沥青质量优劣与沥青路面的好坏有密切关系。如果沥青含面蜡量高，就会出现横向裂缝，直至形成网裂。使用稠度低，温度敏感性低的沥青可以减少面或延缓路面的开裂。

3.2.2矿料面

选用的石料应洁净、干燥、无风化且无杂质，具有足够的强度和耐磨耗性，不宜使用酸性石料。

3. 3半刚性基层

3.3.1半刚性基层干燥收缩开裂

干燥收缩是混合料中水分的失去引起的收缩。基层干燥收缩开裂后，在温度和行车荷载作用下，裂缝将逐渐反射到沥青面层。

3.3.2基层低温开裂

沥青混凝土和半刚性基层多在高温或常湿季节时施工成型，入冬后，温度骤低，由于基层材料较面层沥青混凝土的温缩性小得多，面层在遇冷收缩过程中受到基层的约束产生收缩应力，如果收缩应力大于混合料的极限抗拉强度时，就会产生横向的温度收缩裂缝。

3.3.3沥青面层和半刚面性基层两幅施工接茬处，如处理不当，往往在接缝处产生开裂。

3.4施工原因

3.4.1路基

由于路基压实度不够，排水不畅，或软弱地基的处理不当形成的均匀沉降均有可能引起沥青路面的纵向裂缝或其他裂缝。

3.4.2基层

主要的问题有：①基层、底基层，表面清扫不干净；②因操作原因造成强度不够；③延退压实和碾压过度；④基层的找平不当等原因。

3.4.3基层材料的含水量

其含水量对干缩系数和干缩应变有很大的影响，从而引起基层产生裂缝的多少不一样，含水量较大时，随着水分的蒸发，干缩系数达到最大值，随后迅速地减少。这一现象也反应到基层和沥青层产生裂缝上。

3.4.4基层的曝晒时间

半刚性基层施工完后的曝晒时间，对其干缩裂缝的数量有很大影响，曝晒时间越长，干缩裂缝的数量有很大影响，曝晒时间越长，干缩裂缝越多。

3.4.5面层

主要有：①低温季节施工。在摊铺碾压时，中底部沥青混合面料产生一定的位移而密实，而上部面层则因温度过低而出现裂面缝，进一步发展成松散状或坑槽。②雨季施工未采取保护措施。

3.5其它原因

如施工工期不合理、盲目追求进度、施工管理不当以及养护不及时和养护不当等原因。

4预防半刚性基层沥青路面产生裂缝的措施

针对上述裂缝的形式，裂缝的形成机理及影响裂缝产生的因素，可采取如下措施，减少裂缝的产生。

（1）在高等级公路上，采用符合“重交通道路石油沥青技术要求”的沥青，有条件时可采用聚合物改性沥青以增强面层的抗裂性能；

（2）采用稀的高粘度沥青；

（3）基层施工完后，加强养护，保持表面湿润七天，马上用乳化沥青封顶，以免水分蒸发；

（4）基层封顶后及时摊铺沥青面层，不要使基层曝晒开裂；

（5）采用优质的水泥砂砾、二灰砂砾等粒料做基层；

（6）半刚性基层的碾压含水量不应大于最佳含水量；

（7）在寒冷地区，面层上可以设置预锯缝，缝深为层厚的2/3；

（8）在面层和基层之间，铺设应力吸收膜，如沥青橡胶，土工织物等；

（9）在基层上设置预锯缝，上铺2m的土工织物。

5半刚性材料组成设计原则

半刚性材料组成设计原则是让其弯接强度大，而弯拉模量又不太大，同时胀缩系数小一些达到刚而不脆的目的，为此应从以下几方面着手。

5.1控制半刚性材料胀缩系数

尽量控制胀缩系数小些，一般认为控制在10-5左右的数量级最好。为达到半刚性材料胀缩系数低些，较为成功的经验是在石灰稳定土中掺入一定量的粉煤灰。另一种办法是在石灰土或水泥土中加入骨料，使骨料靠拢，即用量达到松方密度，这样做的优点是使弯拉强度提高而弯拉模量又不太大，更主要的是胀缩系数大大减小。

5.2合理的剂量

剂量太低不成为半刚性材料，剂量太高则刚度太大。剂量应按理论计算求得，同时施工时应尽可能采用机械拌和，否则剂量不匀容易造成局部损坏。

6防止反射裂缝的技术措施

目前国内外防裂技术措施种类很多，较为成功的有沥青橡胶薄膜和土工织物。下面介绍一下土工织物防裂层。

在选择时应考虑下列几方面的因素：

1耐热要求

作为防止反射裂缝的土工织物是铺设在半刚性基层与沥青路面之间，因此其耐热性能应适应沥青面层铺筑施工的要求。

2防裂要求

土工织物起应力消散薄膜的作用，所谓薄膜作用是指若半刚性基层产生裂缝，铺在其上的土工织物在行车荷载作用下，在裂缝处将呈弧形而产生拉应力，为抵抗这一拉应力，必须保证土工织物有一定的抗拉强度，一般要求为750N /50mm 。

3顶破要求

土工织物的抗拉强度不是越高越好，原因是在裂缝处的土工织物在缝隙中央可能被顶破，尤其是掺有骨料的半刚性基层，主骨料飞散或施工不慎形成小洞，此时在方向受力下小洞处土工织物可能被顶破。为此在满足强度的前提下应具有一定的延伸率，一般要求在30%以上。

4施工方法

在运输与贮藏中，应避免土工织物受阳光直射、紫外线辐射，同时应避免与泥土、污物、碎屑接触，应尽可能保持原包装交上地使用。施上顺序应是：①清扫半刚性基层，消除外露尖锐骨料，以免刺穿土工织物；②在半刚性基层上洒布0. 7kg/ m-- 1. 0kg/ m-的粘层油；③铺设土工织物，用硬扫帚压平纤维，搭接处长度为25cm- 75cm，并在其中间洒粘层油，使其两层粘结；④摊铺沥青类而层时应注意混合料摊铺温度应低于土工织物软化点，丙纶类不超过900C，涤纶、晴纶类不超过165℃。

7结语

半刚性基层沥青路面在车辆荷载和自然因素的作用下，尽管开裂现象十分普遍，但是只要认真分析裂缝的形成机理和产生裂缝的原因，从工程设计到施工过程中的每一个环节，实事求是，因地制宜，做到设计合理，施工规范，质量过硬，就能避免或减少裂缝的产生，并使其具有足够的强度、刚度、稳定性、耐久性和表面性，从而延长路面的使用期限。