沈習(xí)文，聶大豐，張 丹，王 新

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院交通分院，四川 成都 610072)

1 前 言

水電站對(duì)外交通公路及場(chǎng)內(nèi)施工道路在電站建設(shè)期運(yùn)輸水泥、鋼材、棄渣及堆筑料等，以通行大型載重汽車為主，載重汽車單后軸軸載一般在150kN以上，大大超過現(xiàn)行公路瀝青路面的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)軸載(雙輪組單軸載100kN)。

水電站大多位于偏遠(yuǎn)的高山地區(qū)，氣候惡劣，晝夜溫差較大，中午日照及紫外線輻射強(qiáng)烈，冬季雨雪冰凍天氣時(shí)間較長(zhǎng)，水電站交通專用瀝青路面公路在大型載重汽車等因素的作用下一般1～2年內(nèi)即出現(xiàn)大量縱橫向裂縫，且隨時(shí)間不斷擴(kuò)展，形成了對(duì)瀝青路面的一次性損害，大為降低了公路的使用壽命。

本文通過分析裂縫的類型、形成的原因及其影響因素，提出了相應(yīng)的處置措施。

2 瀝青路面裂縫的類型及成因

水電站重載交通公路瀝青路面早期病害主要有車轍、波浪、隆起、坑槽、龜裂、沉陷變形、裂縫、松散等。裂縫是最常見的早期病害之一，不斷滲入裂縫中的水分使基層甚至路基強(qiáng)度逐漸降低，加速路面早期破損。瀝青路面裂縫形式一般表現(xiàn)為縱向裂縫和橫向裂縫兩大類，其成因各異。

2.1 縱向裂縫及網(wǎng)裂

縱向裂縫又稱為荷載型裂縫，即因行車荷載作用引起的裂縫?？v向裂縫走向基本與行車方向平行，裂縫寬度與長(zhǎng)度不一。裂縫寬度一般為2～5mm，嚴(yán)重者可達(dá)10～20mm;裂縫長(zhǎng)度一般0.1～0.5m，軸載作用較大的公路裂縫長(zhǎng)度最大可達(dá)1～3m。

縱向裂縫按產(chǎn)生部位可大致分為兩類:一類發(fā)生在公路路肩附近，沿路肩邊緣逐步向行車道發(fā)展，呈貝殼形，這類裂縫易引起路基失穩(wěn)，具有極大危害性。另一類發(fā)生在行車道附近，呈條帶狀，其長(zhǎng)度、寬度及深度尺寸大小不一，一般隨行車荷載的增大而增大，其中裂縫深度在重車荷載下可達(dá)3～5m，且在空間上一般表現(xiàn)為曲線三維分布;其裂縫寬度根據(jù)面層、基層、底基層及路基材料性能的不同而有所變化。

在長(zhǎng)時(shí)間行車荷載、溫度變化等因素的影響下，縱向裂縫不斷加寬且相互交錯(cuò)，將瀝青路面分割成不規(guī)則的多邊形小塊，形似龜殼，故俗稱“龜殼路”，即為網(wǎng)狀裂縫，簡(jiǎn)稱網(wǎng)裂。網(wǎng)裂縱橫交錯(cuò)，裂縫一般寬1～5mm，縫距20～40cm。網(wǎng)裂導(dǎo)致瀝青路面松散或產(chǎn)生坑槽，嚴(yán)重影響了瀝青路面的使用功能。

2.2 橫向裂縫

瀝青路面在重復(fù)荷載作用下，受溫度、基層材料及路基等因素影響產(chǎn)生橫向裂縫，又稱非荷載型裂縫。橫向裂縫按其產(chǎn)生原因可分為低溫收縮裂縫、溫度疲勞裂縫以及由基層傳遞來的反射裂縫等。

2.2.1 低溫收縮裂縫

高寒地區(qū)氣候惡劣，氣溫變化極快，當(dāng)溫度驟降時(shí)，瀝青材料呈脆硬性，瀝青路面急劇收縮，其產(chǎn)生的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變遠(yuǎn)大于材料的抗拉強(qiáng)度或極限拉應(yīng)變，從而產(chǎn)生橫向溫度收縮裂縫，簡(jiǎn)稱溫縮裂縫。

2.2.2 溫度疲勞裂縫

溫度的反復(fù)升降變化導(dǎo)致了溫度疲勞應(yīng)力，使得瀝青路面的極限拉應(yīng)變變小，且高寒地區(qū)瀝青老化嚴(yán)重使得瀝青勁度增高，應(yīng)力松弛性能降低，因此溫度疲勞應(yīng)力使得瀝青路面從表層開始產(chǎn)生溫度疲勞裂縫，同時(shí)裂縫的數(shù)量隨著路面的使用時(shí)間增加而不斷增多。

2.2.3 反射裂縫

半剛性基層強(qiáng)度高、整體性和穩(wěn)定性較好，但對(duì)溫度和濕度的變化較為敏感，在道路使用期間產(chǎn)生干縮裂縫和低溫收縮裂縫。在重車荷載的重復(fù)作用下，這種裂縫會(huì)擴(kuò)展到瀝青面層而產(chǎn)生反射裂縫。

高山地區(qū)溫差變化較快，在晝夜溫度變化作用下，瀝青路面表面層溫度變化較大，因溫度梯度效應(yīng)，底面層溫度變化相對(duì)較小，致使瀝青路面產(chǎn)生翹曲變形等現(xiàn)象，表面層產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，底面層產(chǎn)生較大壓應(yīng)力，同時(shí)在荷載的反復(fù)作用下瀝青面層產(chǎn)生力的作用方向相反的疲勞剪應(yīng)力，導(dǎo)致基層裂開并逐漸擴(kuò)展到瀝青面層，稱為反射裂縫。

3 瀝青路面裂縫影響因素

高山地區(qū)重載交通公路瀝青路面裂縫影響因素較多，主要有路基穩(wěn)定性強(qiáng)度及壓實(shí)度、面層及基層厚度、行車荷載、溫度、水、冰凍、日照輻射等。

3.1 路基穩(wěn)定性、強(qiáng)度及壓實(shí)度

高山地區(qū)重載條件下路基的整體穩(wěn)定性、強(qiáng)度及壓實(shí)度對(duì)減少路面裂縫來說至關(guān)重要。高寒地區(qū)地形地貌復(fù)雜，軟土、粉細(xì)沙基層等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，地質(zhì)災(zāi)害頻繁，極易降低路基穩(wěn)定性，導(dǎo)致路基失穩(wěn)。同時(shí)高山區(qū)路基受施工條件及環(huán)境等制約，路基壓實(shí)度難以全面達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可能存在缺陷。

3.2 瀝青面層與基層厚度

瀝青面層與基層的厚度對(duì)路面裂縫有著重要影響。半剛性基層厚度增加時(shí)基底拉應(yīng)力呈線性降低，基層承載力及疲勞壽命大幅增加。瀝青面層加厚時(shí)，降低了基層的應(yīng)力水平，減輕了基層的溫縮開裂，減少了路面的反射裂縫，有效截?cái)嗔说乇硭疂B入路面結(jié)構(gòu)層的路徑，但厚度增加過大，在夏季易產(chǎn)生車轍等病害，也不經(jīng)濟(jì)。因此瀝青面層厚度應(yīng)本著實(shí)用的原則合理選擇。

3.3 行車荷載

相關(guān)資料顯示，重車荷載對(duì)路面裂縫的形成產(chǎn)生直接影響，隨著軸載的增加，地表最大彎沉值、基層底面拉應(yīng)力、基層頂面壓應(yīng)力呈線性增加。目前我國(guó)公路瀝青路面標(biāo)準(zhǔn)軸載設(shè)計(jì)理論不能全面反映重載交通公路瀝青路面荷載特性，隨著水電站重載交通的迅猛發(fā)展，水電站專用公路瀝青路面設(shè)計(jì)理論研究遠(yuǎn)跟不上荷載特性變化。重載車輛輪壓一般為1.1～1.3MPa，輪胎與地面之間的接觸壓力分布并非規(guī)范中的圓形，而是呈橢圓形，接觸壓力的非均布效應(yīng)非常顯著，重載車輛產(chǎn)生的大軸載對(duì)路面施加動(dòng)態(tài)振動(dòng)、沖擊及推擠作用，對(duì)路面產(chǎn)生極高的瞬態(tài)剪切應(yīng)力，遠(yuǎn)高于靜態(tài)剪應(yīng)力，加速了瀝青路面的早期破損。

3.4 溫 度

高山地區(qū)氣候變化較快，晝夜溫差較大，溫度梯度效應(yīng)明顯，存在較高的溫度疲勞應(yīng)力，導(dǎo)致路面產(chǎn)生橫向裂縫，并促進(jìn)了縱向裂縫的發(fā)展。

3.5 水的影響

水對(duì)路面裂縫的影響十分明顯。降雨時(shí)路表降水沿縱橫向裂縫進(jìn)入結(jié)構(gòu)層內(nèi)部及路基，降低了材料力學(xué)性能，使瀝青與集料之間的粘著力降低，促進(jìn)瀝青的老化，并產(chǎn)生動(dòng)水壓力沖刷基層混合料，加速路面的早期破損。瀝青路面的水損害不可避免，應(yīng)采取綜合處理措施將損害控制在最小范圍內(nèi)。

3.6 凍 脹

凍脹對(duì)冬季凍土地區(qū)路面裂縫的影響最為顯著。隨著溫度的不斷降低，水分從深處向地表產(chǎn)生遷移并形成大量的冰晶體，從而產(chǎn)生了凍脹。在凍脹力的作用下路基發(fā)生上拱現(xiàn)象，瀝青路面承受較大拉應(yīng)力并形成裂縫。

3.7 日照輻射

高山地區(qū)夏季日照及紫外輻射強(qiáng)烈，地表溫度高，可達(dá)40℃以上，瀝青材料在紫外線、氧氣等作用下加速老化，使瀝青流動(dòng)性減小、稠度增大，瀝青粘結(jié)料失去塑性，導(dǎo)致路面破損嚴(yán)重，降低了使用壽命及耐久性。

4 瀝青路面裂縫防治措施

瀝青路面裂縫產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，其防治措施應(yīng)遵循“因地制宜，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，以防為主，防治結(jié)合”的基本原則，在造價(jià)與防治效果之間取得平衡。

總體而言，瀝青路面裂縫的防治措施主要有增強(qiáng)路基穩(wěn)定性及強(qiáng)度、合理設(shè)置基層厚度、設(shè)置碎石上基層、選用抗裂性能好的材料、鋪設(shè)防裂層、預(yù)鋸縫+貼縫處理、裂縫修補(bǔ)等。

4.1 增強(qiáng)路基強(qiáng)度及穩(wěn)定性

路基處于受行車荷載影響較大的區(qū)域，路基自身的強(qiáng)度及穩(wěn)定性對(duì)保證路面結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度與穩(wěn)定極為重要。為減小地下水及地表水對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響，應(yīng)設(shè)置良好的公路排水系統(tǒng)，降低地下水位，并應(yīng)在路基與底基層之間設(shè)置防滲層，防止冰凍及毛細(xì)水的影響，減小不均勻沉降。

4.2 增加基層強(qiáng)度

半剛性基層強(qiáng)度增加時(shí)，承載力及疲勞壽命大幅增加，也有效改善了基層的應(yīng)力狀態(tài)，降低了基層拉應(yīng)力，延緩了反射裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展。

對(duì)于水泥穩(wěn)定類材料，可通過適當(dāng)增大粗集料的比例并形成較好的級(jí)配來達(dá)到堤高強(qiáng)度，嚴(yán)格控制細(xì)集料的含量，盡量采用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，降低收縮系數(shù)。

4.3 設(shè)置半開級(jí)配瀝青碎石上基層

在基層與面層之間設(shè)置半開級(jí)配瀝青碎石層，與半剛性基層形成上柔下剛的“復(fù)合基層”。半開級(jí)配瀝青碎石層抗壓性能較好且傳遞半剛性基層的拉應(yīng)力及拉應(yīng)變值較小，降低了半剛性基層受外界溫度及濕度的影響程度，減小了半剛性基層的反射裂縫，同時(shí)也作為面層與基層之間的排水基層，有利于半剛性基層的水穩(wěn)性。

4.4 選用抗裂性能好的瀝青材料

高山地區(qū)重載公路應(yīng)選用改性瀝青等抗裂性能較好的瀝青材料，并應(yīng)控制針入度、延度等指標(biāo)，減少和延緩溫縮裂縫、溫度疲勞裂縫等。對(duì)于冰凍期較長(zhǎng)的路段，路面瀝青材料還應(yīng)具有較好的防滑性能。

4.5 鋪設(shè)防裂層

防裂層又稱應(yīng)力吸收層，鋪設(shè)在面層與基層之間，可有效防止或延滯瀝青路面產(chǎn)生反射裂縫。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的材料主要有特雷維拉土工布防裂層和APP改性瀝青油氈防裂層。上述材料可吸收和緩沖基層鋸縫尖端處的應(yīng)力集中，抑制基層應(yīng)力傳遞至面層，確保瀝青面層所受的拉應(yīng)力、拉應(yīng)力不超過材料的極限值，具有阻止裂縫的擴(kuò)展并起到加筋的作用，并能防止地表水滲入基層。

4.6 預(yù)鋸縫+貼縫處理

對(duì)于半剛性基層瀝青路面，采用“預(yù)鋸縫+貼縫”技術(shù)可有效防止路面反射裂縫。所謂預(yù)鋸縫+貼縫技術(shù)是指在公路施工時(shí)對(duì)半剛性基層預(yù)先鋸縫并沿鋸縫方向貼上土工織物、土工格柵及APP改性瀝青油氈等材料，減小基層底的拉應(yīng)力及拉應(yīng)變，使其傳遞到瀝青路面的拉應(yīng)力也相應(yīng)減小，從而達(dá)到減少路面裂縫的目的。

相關(guān)研究表明，預(yù)鋸縫時(shí)間以半剛性基層澆筑后2～4天內(nèi)為宜，鋸縫寬度考慮施工機(jī)械及施工難度應(yīng)控制在3～5mm左右，鋸縫深度應(yīng)為半剛性基層厚度的1/6～1/2。

4.7 裂縫修補(bǔ)

裂縫修補(bǔ)主要用于已開裂且裂縫擴(kuò)展較嚴(yán)重的瀝青路面，可分為應(yīng)急修補(bǔ)及大修?，F(xiàn)場(chǎng)一般選用粘結(jié)力好、耐高溫及冰凍性能好、抗老化性能好的材料，如改性瀝青和瀝青路面密封膠等。對(duì)輕微裂縫，在清除裂縫中的積水及雜物后可直接灌縫;對(duì)于較嚴(yán)重裂縫，應(yīng)開槽灌縫，并應(yīng)確保灌縫材料與路面的粘結(jié)性。

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