半刚性基层沥青混凝土路面反射裂缝形成扩展机理与基层预裂技术分析

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1、堡垫三些查兰璧圭兰堡鎏兰卜1-1半刚性路面在我国的应用第一章绪论§卜1研究背景半刚性沥青混凝土路面是由-IzF]0性材料底基层、半刚性材料基层和沥青面层构成的路面结构形式，这种路面强度高、平整度好且抗疲劳性能好，所以它已成为我国高等级公路路面结构的主要形式。基层是半刚性路面的主要承重层，半刚性底基层为辅助承重层，这两个结构层可提供半刚性路面所需的全部承载力。在全厚式基层情况下，半刚性路面的承载力可完全由半刚性基层满足。沥青面层通常有2-3层，从上向下分别称为表面层、中面层和底面层。面层一般不起承载作用，通常主要起功能性作用。表面层的主要作用是提供一个抗滑、平整和噪声小

2、的表面。中面层的主要作用是抗永久变形和抗辙槽，同时具有优良的抗水破坏能力。在柔性路面中底面层的主要作用是抵抗拉应力的破坏。但在半刚性路面结构中，底面层底面常受压应力作用，即使某些情况下有拉应力，其值也较小。我国已开放交通的高速公路半刚性路面，其沥青面层厚度多数为15～16cm，少数为9-12cm，京津塘高速公路为18N23cm，广深高速公路为32era。多数分三层铺筑，9—10cm厚的面层分两层铺筑，更厚的面层则要分四层铺筑。多数高速公路的半刚性基层厚20cm，采用水泥碎石(或砾石)或石灰粉煤灰稳定碎石。半刚性底基层厚25～40cm，采用的材料有石灰土，水泥土，二灰土

3、，二灰砂，二灰和水泥石灰土等，半刚性材料层的总厚度通常不超过60cm，最薄为40cm。表1．1[”为我国部分高速公路各结构层的典型厚度。表1，1我国部分高速公路的沥青路面结构Table1．1StructureofOUI"COUntl'y’shighway兰型篁耋星塑塞氅耍堡塾型丝兰壁茎墨垫翌皇蚕星墨型茎垄型塞1-1—2半刚性路面的反射裂缝问题我国在半刚性路面施工、使用等方面积累了大量经验。实践中工程人员发现。半刚性沥青路面存在着严重的反射裂缝问题，而且这个问题己成为该结构的主要缺陷。反射裂缝”】(ReflectiveCracking)是指己开裂的旧沥青路面或水泥路面内

4、的裂缝在行车荷载和温度荷载的反复作用下反射到新加铺面层上形成的裂缝。而对于半刚性基层沥青路面，反射裂缝特指由于半刚性基层在温度梯度和湿度变化下先产生收缩开裂，而后沿开裂基层向上方反射到沥青面层而形成的裂缝。反射裂缝是半刚性基层沥青路面裂缝的主要形式，它破坏了路面结构整体性和连续性并在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)。而且随着雨水或雪水的浸入，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；裂缝两侧的沥青路面破碎，加速沥青路面的破坏，从而影响公路使用质量和寿命。我国每年都要投入大量资金进行公路没旖的

5、养护，其中很大一部分与反射裂缝导致的病害相关，所以有必要对反射裂缝进行深入研究，从而掌握其形成和扩展机理并在此基础上提出有效的防治措施。卜卜3反射裂缝形成及扩展的原因简述’反射裂缝是裂缝先产生于基层的裂缝形式。半刚性基层路面易发生反射裂缝有其必然性，这主要是由于V-．日tJ性材料的温度、湿度敏感性决定的。首先，半刚性基层材料具有明显的温缩性Ⅲ(温缩系数见表1．2)。当半刚性基层沥青路面面层较薄时，在温差大的北方地区，半刚性基层内存在较大的温度梯度，必然产生温度应力。根据我国北方地区沥青路面温度场实测资料，当沥青面层厚10．．15cm时，1月份半刚性基层顶面一天中可遭受

6、lff“C左右的温差。在此情形F，对于常用的半剐性基层材料，如二灰稳定粒料和水泥处治粒料，其平均温缩系数若取n，=2x10～，二灰及水泥稳定粒料类的半刚性基层弯拉模量平均值往往大于1000Mpa·若取Et=1000Mpa，并假定半刚性基层表面降温100c。则按西尔斯和不里恩(Hills，Brien)提出的公式计算半刚性基层顶面所受的温度应力为：n=2×10—5×1000x10=2．0(MPa)此数值通常情况下己超过半刚性基层材料的抗弯拉强度，可见气温变化剧烈时，基层很容易开裂。表1．2部分半刚性材料的温缩系数。Table1．2Thermalcontractioncoe

7、fficientsofsomesemi·-rigidmaterials材料石灰土水泥土二莸土石灰土沙砾水泥砂砾石灰粉煤灰沙砾口，(∥占／‘O63"-'67．537,一4130一．5316·7另一方面，千缩也是导致半刚性基层先开裂的一个重要因素【”。半刚性材料的干缩系数是温缩系数的10多倍(表1．3，0出了儿种半刚性材料的平均干缩系数)。干缩应力可按下式计算：『△×En∑n×岱=仃堡些三些銮兰罂圭兰堡鎏兰％：夏。艺E。△w(12)W1式中％为平均干缩系数，Wl，W2为含水量。Aw为禽水量的变化量。E，为基层弯拉模量。半刚性基层材料的虽佳含水量一般为10