薛愛新，王潔光，王海軍，王曉菲，吳超

(1.寧波交投公路營運(yùn)管理有限公司，浙江 寧波 315000；2.江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司)

裂縫是瀝青路面的主要病害之一，裂縫產(chǎn)生的原因主要有基層開裂導(dǎo)致面層開裂的反射裂縫和由于環(huán)境溫度差異較大以及在行車荷載作用下導(dǎo)致的僅存在于面層的疲勞裂縫，裂縫的產(chǎn)生一般認(rèn)為會(huì)降低路面使用舒適性，縮短路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。主要由于瀝青路面裂縫產(chǎn)生之后，瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部直接與外界接觸，空氣的進(jìn)入加速了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的老化，在年降雨量較大的地區(qū)，雨水會(huì)隨著裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在行車荷載作用下導(dǎo)致面層的破壞和基層的松散進(jìn)而導(dǎo)致裂縫周圍出現(xiàn)大面積衍生病害，如龜裂、唧泥等。路面縱向分布較長，在不同段落區(qū)間，橫向裂縫分布密度不同，裂縫間距亦存在0～10 m、20～50 m或者大于100 m不等。目前中國國內(nèi)專家學(xué)者對于瀝青路面裂縫產(chǎn)生的原因及影響進(jìn)行了大量研究，但對于裂縫產(chǎn)生后，裂縫周圍的路面結(jié)構(gòu)性能的變化狀況的研究尚缺乏，同時(shí)不同裂縫密集等級(jí)路段，路面性能狀況有何差異同樣值得研究。該文通過對南方某地區(qū)的現(xiàn)役高速公路不同裂縫密集路段以及不同發(fā)展時(shí)期裂縫的取芯觀測和室內(nèi)性能試驗(yàn)分析，研究裂縫的產(chǎn)生對路面結(jié)構(gòu)性能的影響狀況，結(jié)果對于提高裂縫對路面結(jié)構(gòu)性能影響的認(rèn)識(shí)，指導(dǎo)瀝青路面裂縫的養(yǎng)護(hù)維修時(shí)機(jī)選擇以及處治方法的選擇具有較大的參考價(jià)值。

1 路面取芯方式

(1)原路面結(jié)構(gòu)

調(diào)研的高速公路全長約56 km，全線路面結(jié)構(gòu)形式見圖1。

圖1 原路面結(jié)構(gòu)形態(tài)

(2)路面裂縫密度分布

對當(dāng)前路面裂縫數(shù)量進(jìn)行調(diào)研，結(jié)果見表1和圖2、3。路面主要以橫向裂縫為主且發(fā)展程度具有明顯的層次性，第一、二、三車道裂縫分布情況相當(dāng)，其中第三車道裂縫密度較大，單公里裂縫條數(shù)大于100條的占比0.56%，大于40條的占比21.47%，無裂縫的段落占比約6.21%，具有明顯的往更大密集程度發(fā)展的趨勢。

表1 不同裂縫密集段分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖2 路面裂縫分布

圖3 路面裂縫分布

(3)取芯方式

為有效評(píng)價(jià)裂縫的產(chǎn)生對周圍路面結(jié)構(gòu)性能的影響，選取了不同發(fā)展程度(裂縫密集段、裂縫中等段、裂縫較少段)裂縫段進(jìn)行取芯，取芯位置見圖4，同時(shí)為了研究裂縫的產(chǎn)生對路面結(jié)構(gòu)的影響范圍，選取了裂縫密集段和裂縫中等段內(nèi)的裂縫兩側(cè)進(jìn)行取芯，取芯位置見圖5，分別距離裂縫0.5、1.0、2.0 m左右對稱取芯。取芯取至上基層底部，即芯樣厚度54 cm，各參數(shù)見表1。

圖4 不同裂縫密度處取芯

圖5 裂縫兩側(cè)取芯

2 芯樣試驗(yàn)方法

通過室內(nèi)性能試驗(yàn)，對路面結(jié)構(gòu)各層位材料的路用性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測，對路面材料性能、結(jié)構(gòu)整體性、結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害情況進(jìn)行具體分析，從而對當(dāng)前路面性能展開深入評(píng)價(jià)。材料性能評(píng)價(jià)包括上面層瀝青混合料抗疲勞性能、瀝青混合料的強(qiáng)度等，采用間接拉伸疲勞試驗(yàn)、SCB試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)等評(píng)價(jià)裂縫的影響范圍，試驗(yàn)類型及參數(shù)見表2。

3 芯樣試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 面層

(1)不同裂縫密度段面層疲勞試驗(yàn)結(jié)果分析

不同裂縫密集段輪跡帶上面層疲勞壽命見圖6。

表2 試驗(yàn)類型及參數(shù)設(shè)置

圖6 不同裂縫密集段輪跡帶上面層疲勞壽命

由圖6可知：① 隨著路面裂縫數(shù)量的增加，相應(yīng)段落混合料的疲勞壽命逐漸降低，說明裂縫的產(chǎn)生，降低了上面層混合料的使用壽命；② 不同裂縫密度段，裂縫密集處輪跡帶處混合料疲勞壽命分別是裂縫中等段及較少段的67%和34%，說明裂縫密集段上面層混合料在車輛與環(huán)境的綜合作用下，相比裂縫中等段和裂縫較少段，抗疲勞性能下降幅度大。

(2)不同裂縫密度面層抗裂性能(SCB)結(jié)果分析

不同裂縫密集段輪跡帶上面層抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 不同裂縫密集段輪跡帶上面層抗裂性能

由圖7可知：不同裂縫密度段，裂縫密集處瀝青混合料斷裂能偏小，分別是裂縫中等段和裂縫較少段的76%和52%，但裂縫密集處切線剛度較大，分別是裂縫中等段和裂縫較少段的1.40倍和1.88倍，說明相比裂縫中等段和裂縫較少段，裂縫密集段路面材料老化較嚴(yán)重，裂縫產(chǎn)生后瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部直接與外界接觸，空氣的進(jìn)入加速了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的老化。

(3)裂縫兩側(cè)面層疲勞試驗(yàn)結(jié)果分析

裂縫密集段、中等段距離裂縫兩側(cè)混合料疲勞壽命分別見圖8、9。

由圖8、9可以得到：對于裂縫密集段，相比距離裂縫2.5 m處的芯樣，1.5 m和0.5 m處芯樣疲勞壽命分別減少了38%～63%和52%～69%；對于裂縫中等段，相比距離裂縫2.5 m處的芯樣，1.5 m和0.5 m處疲勞壽命分別減少了12%～52%和41%～68%，說明距離裂縫越近疲勞壽命越短，裂縫的出現(xiàn)加速了周圍路面結(jié)構(gòu)使用壽命的衰減，距離裂縫0.5 m范圍內(nèi)性能衰減最大。

圖8 裂縫密集段距離裂縫兩側(cè)混合料疲勞壽命

圖9 裂縫中等段距離裂縫兩側(cè)混合料疲勞壽命

(4)裂縫兩側(cè)面層抗裂性能(SCB)結(jié)果分析

裂縫密集段、中等段距離裂縫兩側(cè)混合料抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果分別見圖10、11。

圖10 裂縫密集段距離裂縫兩側(cè)混合料抗裂性能

由圖10、11可以得到：① 對于裂縫密集段，距離裂縫處越近，混合料抗裂性能越差，相比距離裂縫2.5 m處的芯樣，1.5 m和0.5 m處斷裂能分別減少了7%～43%和23%～50%；② 對于裂縫中等段，相比距離裂縫2.5 m處的芯樣，1.5 m和0.5 m處斷裂能分別減少了6%～28%和30%～65%，可以看出距離裂縫越近混合料抗裂性能越差；③ 結(jié)合裂縫兩側(cè)0.5 m范圍內(nèi)切線剛度可知：裂縫密集處混合料切線剛度均值為5.8，裂縫中等處切線剛度均值為4.4，相比裂縫中等密集處，裂縫密集處混合料柔性不足，老化程度較嚴(yán)重，說明裂縫周圍路面結(jié)構(gòu)的老化嚴(yán)重，減小了周圍路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。

圖11 裂縫中等段距離裂縫兩側(cè)混合料抗裂性能

3.2 基層

(1)不同裂縫密度段基層劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

不同裂縫密集段輪跡帶處基層劈裂強(qiáng)度見圖12。

圖12 不同裂縫密集段輪跡帶處基層劈裂強(qiáng)度

由圖12可知：不同裂縫密度段，裂縫密集段劈裂強(qiáng)度要大于裂縫中等段和裂縫較少段，分別高出0.27 MPa和1.07 MPa，表明在裂縫密集段基層劈裂強(qiáng)度和裂縫中等段相當(dāng)，遠(yuǎn)大于裂縫較少段劈裂強(qiáng)度，根據(jù)相關(guān)研究，中等以上交通，基層的劈裂強(qiáng)度適宜值在0.4～0.6 MPa內(nèi)，結(jié)合圖13可知，此處基層裂縫完全貫穿，說明當(dāng)前基層劈裂強(qiáng)度整體偏大，極易產(chǎn)生基層的疲勞反射裂縫。

(2)不同裂縫密度段基層疲勞試驗(yàn)結(jié)果分析

不同裂縫密集段輪跡帶處基層疲勞壽命見圖14。

由圖14可知：① 相同斷面處，輪跡帶處基層疲勞壽命均較小，說明在行車荷載的作用下，基層疲勞壽命出現(xiàn)了較大程度的衰減；② 不同裂縫密度段，輪跡帶處基層疲勞壽命相差較小，說明行車荷載作用下，輪跡帶基層壽命衰減較多；裂縫密集段處基層剛度較大，抗疲勞性能較弱，裂縫密集段多為基層反射裂縫。

圖13 不同裂縫密集段輪跡帶處芯樣裂縫形態(tài)

圖14 不同裂縫密集段輪跡帶處基層疲勞壽命

(3)裂縫兩側(cè)基層劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

裂縫密集段、中等段距離裂縫兩側(cè)基層劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分別見圖15、16。

圖15 裂縫密集段距離裂縫兩側(cè)基層劈裂強(qiáng)度

圖16 裂縫中等段距離裂縫兩側(cè)基層劈裂強(qiáng)度

由圖15、16可以得到：① 裂縫密集段整體劈裂強(qiáng)度較小，平均強(qiáng)度約0.67 MPa，距離裂縫位置越近，劈裂強(qiáng)度反而相對較高，2.5 m處的芯樣劈裂強(qiáng)度是0.5 m處的芯樣劈裂強(qiáng)度68.35%，說明裂縫密集段對基層材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響范圍較廣；② 對于裂縫中等段，基層整體劈裂強(qiáng)度均值為1.22 MPa，最大值和最小值相差0.35 MPa，整體上差別較小，對于裂縫中等段，裂縫的產(chǎn)生對基層的劈裂強(qiáng)度的影響較小。

(4)裂縫兩側(cè)基層疲勞試驗(yàn)結(jié)果分析

裂縫密集段、中等段距離裂縫兩側(cè)基層疲勞壽命見表3。

表3 不同裂縫狀況距離裂縫兩側(cè)基層疲勞壽命

由表3可知：① 裂縫密集段整體疲勞壽命較低，裂縫對基層疲勞壽命的影響范圍大于2.5 m，距離裂縫的距離越近疲勞壽命越低。② 在裂縫中等段，距離裂縫0.5 m處基層的疲勞壽命約是1.5、2.5 m疲勞壽命的0.3%～32%和0.2%～18%，說明隨距離裂縫越近，疲勞壽命越小，裂縫的產(chǎn)生對周圍0.5 m范圍內(nèi)的基層疲勞壽命影響最大。

4 結(jié)論

(1)上面層瀝青混合料性能分析，相比裂縫較少段，裂縫密集處疲勞壽命減少了65%，且距離裂縫越近疲勞壽命越短，相比1.5、2.5 m，裂縫0.5 m范圍內(nèi)的混合料疲勞壽命減少了22%、69%，裂縫對面層疲勞壽命影響較大。

(2)基層混合料性能，不同裂縫密集段，輪跡帶處基層整體疲勞壽命較低，均小于200次，裂縫兩側(cè)1.5 m內(nèi)，基層疲勞壽命均小于100次，說明基層整體較差，裂縫的產(chǎn)生加速了基層疲勞壽命的衰減。

(3)裂縫的產(chǎn)生對周圍0.5 m范圍內(nèi)的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及性能影響最大。