雷飚:半刚性路面反射裂缝的成因及防治措施

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1、半刚性路面反射裂缝的成因及防治措施雷飚(作者简介:雷飚,男,1986年10月9日出生,山西省朔州市平鲁区人,朔州路桥建设有限责任公司助理工程师,研究方向:道路、桥梁施工)摘要:通过分析半刚性路面裂缝的形成机理和扩展模式及其对路面的危害,最后针对影响裂缝形成和扩展的因素提出了相应的防治措施。关键词:反射裂缝;半刚性路面;半刚性基层;防治措施随着中国经济的迅速发展,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广泛使用于高等级路面。鉴于半刚性沥青路面强度、平整度及抗行车疲劳性能等优点

2、,半刚性沥青路面已成为目前中国高等级公路路面的主要形式。然而随着这种结构的大量使用,发现其存在着严重的裂缝问题,并已成为该结构的主要问题。反射裂缝是沥青路面裂缝的主要形式,它的存在破坏了路面结构的整体性和连续性,并一定程度上导致结构强度的削弱(如裂缝处弯沉增大,回弹模量降低等)。而且随着雨水和雪水的浸入,基层变软,在大量行车荷载反复作用下,导致路面强度大大降低,产生冲刷和唧泥现象,使裂缝加宽,裂缝两侧的沥青面层碎裂,加速沥青路面的破坏,影响路面的使用性能。1.反射裂缝的类型对于半刚性基层沥青路面,反射裂缝指由于半刚性基层在温度梯度和湿度变化下产生收缩开裂,此种基层材

3、料先开裂而后沿开裂基层向上方反射到沥青面层而形成的裂缝,或者在行车荷载作用下,裂缝沿已开裂半刚性基层向上扩展而形成的裂缝。很显然,反射裂缝的产生主要是刚性基层已先开裂,再经行车或温度、湿度变化而引起沥青面层裂缝。沥青路面开裂的原因和形式是多种多样的,沥青路面的裂缝主要包括两种:一是荷载型裂缝,主要是由于行车荷载作用产生的;二是非荷载型裂缝,其主要类型是温度裂缝。它包括低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝两种。根据研究资料表明,半刚性路面的反射裂缝主要是非荷载型裂缝,由温度引起的。2.反射裂缝的形成机理通常情况下,把反射裂缝的形成过程分为两个阶段:一是反射裂缝的产生阶段;二是反

4、射裂缝的扩展阶段。2.1反射裂缝的产生。2.1.1温度型反射裂缝。温度型反射裂缝有两种,一种是在开裂基层(或老路)上铺厚沥青面层后,在冬季突然降温过程中,基层(或老路)的裂缝会由于温度收缩而继续拉开,它将给产生温度收缩的新铺沥青面层增加一个附加拉应力;两个拉应力叠加一旦超过沥青混合料抗拉强度,新沥青面层的表面在基层(或老路)裂缝的上方开裂,并逐渐向下延伸,直到与老路的裂缝相连,这样形成的裂缝通常称为低温收缩裂缝。另一种裂缝主要发生在昼夜温差比较大的地方。在开裂基层(或老路)上铺薄沥青面层的情况下,裂缝将从面层底面开始,面层底面一旦开裂,除在负温差下缝端有拉应力外,在

5、正温差(升温造成的温差)下缝端产生的拉应力更大。由此产生的裂缝称之为温度疲劳裂缝。2.1.2荷载型反射裂缝。当行车荷载经过接缝或裂缝时,在面层中产生的应力影响线可分为三个阶段:一是轴载位于接、裂缝一侧时,接、裂缝两侧产生较大的相对位移,在沥青面层中造成较大的剪切应力;二是轴载位于接、裂缝顶面时,两侧无相对位移或相对位移较小,沥青面层主要承受弯拉应力作用;三是轴载驶离接、裂缝时,在面层内产生与第一次方向相反的剪切应力。在整个过程中沥青面层受到两次剪切一次弯拉作用,其直接结果是引起反射裂缝的产生和扩展,荷载因素是引起反射裂缝的一个重要因素。2.2反射裂缝的扩展。沥青面层

6、的反射裂缝从其产生到整个路面破坏,中间要经历一个裂缝扩展阶段,即反射裂缝在罩面层厚度方向上的纵向扩展和其在表面的横向扩展。2.2.1反射裂缝的纵向扩展。断裂力学认为,裂缝的扩展有三种位移模式:张开模式、剪切模式和撕开模式,其中,温度应力对反射裂缝影响的模式为张开模式;行车荷载对反射裂缝影响的主要模式为张开模式和剪切模式。当车轮驶经裂缝的正上方时,以张开模式来引起反射裂缝;在裂缝之前和之后的位置,主要以剪切模式影响反射裂缝。撕开模式在罩面层中不常出现。2.2.2反射裂缝的横向扩展。裂缝发展过程是首先应在道路表面某些位置产生,然后再向两侧扩展。一般情况下,反射裂缝多出现

7、在轮迹处。环境因素会加速反射裂缝的扩展。裂缝一旦出现,水分的浸入、氧化以及行车荷载的反复作用,常常加速反射裂缝向四周扩展。即使裂缝贯穿于整个路面宽度,也不会影响行车的舒适性。对于基层裂缝引起的反射裂缝而言,主要是由于温度引起的,行车荷载在其形成的后期起到促进作用,但较薄的沥青面层和较厚的沥青面层的反射裂缝产生的机理不同;对于旧水泥砼接缝上的沥青罩面层中出现的反射裂缝而言,主要是由于荷载原因引起的,行车荷载的施加速度远高于温度变化产生的面板伸缩位移的速度,特别是偏荷载作用。3.防治对策及处理方法目前,中国在防治反射裂缝方面主要从以下三大部分进行处理:一是改善沥青混

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