半刚性基层沥青路面开裂原因及防治措施研究

　　摘要：在高等级公路中，其路面大多是半刚性基层沥青路面，为保障公路行车安全、延长公路使用寿命，必须加强对半刚性基层沥青路面质量的控制，预防病害发生。在半刚性基层沥青路面中，受各方面因素影响，经常会出现开裂问题，影响路面质量，给行车安全造成威胁，做好裂缝的防治十分必要。因此，研究半刚性基层沥青路面开裂发生的原因，探索有效的防治措施，是当前公路行业的重大课题。 

　　关键词：半刚性基层沥青路面；开裂原因；防治措施 

　　近些年来，物流行业发展迅猛，私家车拥有量成倍增加，给交通运输带来了极大压力，高等级公路的建设成为基础设施建设中的重要内容。在高等级公路建设中，为提高路面承载能力、稳定性，通常采用强度、刚度以及稳定性良好的半刚性沥青路面，但是，因为材料对湿度、温度抗性较差，容易发生开裂损坏，降低路面安全，需要采取合适防治措施来解决。 

　　一、半刚性基层沥青路面开裂原因分析 

　　就半刚性基层沥青路面裂缝而言，从裂缝形成机制上来说，主要包括结构性裂缝、疲劳裂缝、收缩裂缝以及反射裂缝几种，裂缝发生的原因分别如下所述。 

　　（一）结构性裂缝成因 

　　结构性裂缝是指由于路面结构本身因素造成的开裂，具体原因有路基处理不到位，存在不均匀沉降；路面摊铺的平整度或密实度不足，纵向接缝没有处理好，材料配合比设计或控制存在问题，导致沥青混合料抗剪强度偏低，无法满足路面荷载标准。 

　　（二）疲劳裂缝成因 

　　疲劳裂缝是指沥青路面在长期使用过程中，在车辆荷载的反复作用下，路面本身不断进行应力应变的交替变换，造成结构强度的持续降低。当结构强度下降到一定程度后，继续给予其车辆荷载作用，就会造成结构底部开裂，且裂缝会不断扩展，造成沥青路面开裂，出现疲劳断裂破坏。 

　　（三）收缩裂缝成因 

　　收缩裂缝的成因与温度有密切关系，主要是指路面内部与外部之间出现较大温差，主要发生在冬季温度低的地区，在出现突然降温、或者较大幅度降温是，路面表面的环境温度较低，会导致沥青面层收缩受阻，产生过大拉应力，由于得不到及时松弛时，会出现拉应力大于沥青混凝土强度的情况，引起混凝土横向裂缝，最终会贯穿沥青面层[1]。 

　　（四）反射裂缝成因 

　　反射裂缝的成因是半刚性基层开裂，而半刚性基层开裂的成因包括两方面：一是荷载造成的裂缝，半刚性基层底板是荷载承受的主要结构，荷载传递到底板后，会使底板产生拉应力，如果荷载过大，拉应力值就会超出材料的抗拉强度最大值，造成底板开裂，且这种开裂会随着时间延长继续扩展。 

　　二是非荷载因素造成的裂缝，其中最多的是温度裂缝，在温度应力作用下，半刚性材料内外受力不均匀，造成裂缝，主要体现为低温收缩裂缝、温度疲劳裂缝两种。 

　　二、半刚性基层沥青路面开裂防治措施 

　　半刚性基层沥青路面开裂会造成路面性能的降低、威胁行车安全、缩短公路使用寿命等严重后果，必须做好开裂防治工作。在半刚性基层沥青路面开裂防治中，需要针对不同裂缝形成原因的差异，采取适宜的防治措施，具体包括： 

　　（一）沥青面层的防治措施 

　　针对沥青面层的开裂，采取的防治措施主要包括：一是设计合理的沥青面层厚度。通常而言，15cm厚的沥青面层就可以有效降低路面反射裂缝的发生，但在我国高等级公路中，15cm沥青面层依然会出现发射裂缝，究其原因，主要是因为沥青面层不同期施工、水泥稳定粒料强度较高等因素造成的。因此，在沥青路面设计时，需要通过铺筑试验路段，来探索适合施工地区的路面结构模式，设计合理的沥青面层厚度，起到减少反射裂缝、提高整体抗弯拉强度以及对半刚性基层隔热隔温的作用。 

　　二是加强沥青混合料品质控制。沥青混合料质量高低是影响温缩裂的关键性因素，做好沥青混合料品质控制，可以起到防治温缩裂缝的作用，在沥青混合料的选用中，应当尽量选择延度大、进度模量大、温敏性低、抗老化和耐久性好的沥青或改性沥青，在条件允许时，可以选择高粘度沥青[2]。 

　　同时，为提高沥青混合料品质，在配合比设计时，可以将沥青用量适当增大，以起到降低混合料空隙率的作用；对于集料，需要选用具有一定级配的，优先使用连续型密级配中粒或粗粒，降低材料温湿效应。 

　　此外，还可以通过在沥青中添加纤维、树脂等方式，来增强沥青混合料抗拉强度，从而起到增强抗裂性、防治开裂的效果，使用的纤维有聚丙烯纤维、玻璃纤维或者钢纤维等。 

　　最后，提高基层透油层的粘结性，加强半刚性基层、沥青面层粘结的强度，使混合料应力松弛性能充分发挥，产生的温度应力有效传递到基层中，避免面层中温度应力堆积，减小裂缝发生的概率。 

　　（二）半刚性基层的防治措施 

　　针对半刚性基层开裂的成因，其防治措施也需要从材料抗拉强度、内部收缩两个方面入手，具体措施为：首先，在材料抗拉强度方面，当基层为二灰稳定类时，可以加入适量早强剂，起到增强基层早期强度的作用，在基层拉模量不改变前提下，抗弯拉强度显著增大、温湿效应明显减小，基层耐用和抗裂性得到大幅度提高。 

　　其次，在内部收缩方面，可以通过加入膨胀剂或合成纤维的方式，对内部收缩进行补偿或限制，达到提高半刚性基层抗裂能力的效果。 

　　第三，做好混合料材料用量控制，水泥剂量会影响到半刚性基层材料的强度、干缩系数、温缩系数以及弹性模量等，其中，水泥用量增多后，强度、弹性模量以及收缩系数都是相应增加的，所以，应尽量减少水泥尽量，来控制收缩系数和弹性模量；在级配选择上，应选择骨架密实结构矿料级配，来降低温缩系数，减少细骨料的用量，以降低内部空隙率，避免间断级配。 

　　（三）施工过程中的防治措施 

　　半刚性基层沥青路面开裂有相当一部分是由于施工质量不到位造成的，所以，需要在施工过程中，针对容易导致半刚性基层沥青路面开裂的因素进行防治。 

　　首先，在基层上设置预切缝。在开始铺筑沥青面层前，先在基层上切出预切缝，将基层分成多段，减小基层相对程度，预防基层内部中发生干缩、温缩应力的大量累及，减小基层对面层的约束，为面层沥青混合料的充分松弛提供保障。但是，如果基层预切缝施工不当，反而会起到反效果，比如间距过小会降低路面整体强度、间距过大会导致温度翘曲应力增加等，所以，需要通过预先试验，采取合理的预切缝深度、间距值[3]。 

　　同时，在实际应用中，受行车荷载、环境因素影响，沥青面层容易在预切缝位置产生应力集中的情况，对此，在预切缝设置时，还需要通过在其上铺设防水油毡、利用乳化沥青进行填缝等措施，来预防应力集中，避免出现反射裂缝。 

　　其次，应力吸收中间层。应力吸收中间层使用的材料应具有应变大、热性高以及弹性模量低的特点，铺设在半刚性基层与沥青面层之间，起到弹性连接基层、面层的作用，吸收基层、面层错动产生的移动应力；同时，对半刚性基层的收缩应变、应力也有较好吸收效果。应力吸收中间层常用的材料有低稠度沥青混凝土、土工织物、级配碎石、预制纤维膜等等，在工程应用时，需要根据实际情况来选择合适的材料。 

　　结语： 

　　综上所述，在我国高等级公路中，有超过90%公路使用的都是半刚性基层沥青路面，提高其质量水平十分重要。开裂作为半刚性基层沥青路面的一个常见质量问题，了解其发生原因，采取合理的防治措施加以预防和治理，是公路路面安全的重要途径，对交通运输行业的健康发展起着重要作用。 

　　参考文献： 

　　[1]陈长寿.半刚性基层沥青路面裂缝形成机理及防治措施[J].公路交通科技（应用技术版），2010，11：51-54. 

　　[2]孙明伟，申俊敏，李南，周玉民.半刚性基层沥青路面开裂分析及防治措施[J].公路交通科技（应用技术版），2014，07：66-68. 

　　[3]李嘉鑫，思园园，李娜.半刚性基层沥青路面反射裂缝及防治措施[J].公路交通科技（应用技术版），2014，11：231-233.