摘要：简单介绍了高速公路沥青路面早期裂缝防治研究的目的及意义，总结研究了国内外的研究现状，分析了此项研究的意义。
关键词：高速公路；沥青路面；早期裂缝；防治技术
1 研究目的及意义
在我国，半刚性材料作为传统的基层材料，已广泛应用于各级公路路面结构中。由于经济基础和技术基础所致，在相当长的一段时期内，半刚性基层沥青路面仍是高速公路主导性结构类型。虽然我国对公路半刚性基层材料的研究和应用已超过半个多世纪的历史，但是对其认识并不全面和深入，甚至存在着误区。随着半刚性基层在高速公路中不断的推广应用，由于各种原因，沥青路面早期裂缝、车辙及水损坏现象也十分突出，也是我国高速公路沥青路面发展过程中不可回避的三大问题。
半刚性基层材料板体性强，具有较高的强度和刚度，承载能力和抗变形能力显著，可实现就地取材，节约投资；同时，半刚性基层材料容易在温度变化及水分散失时产生很大的收缩变形，进而会形成收缩裂缝，已成为半刚性基层沥青路面结构的主要缺陷。
半刚性基层沥青路面产生裂缝后，一方面破坏了路面结构的整体性和连续性，影响了路面的使用品质和路容路貌；另一方面，在交通荷载作用下，有效应力强度因子在低于断裂韧度的情况下，造成裂缝进一步扩大，直到贯穿整个基层及沥青面层。沥青面层一旦产生裂缝，外界的水可以不断的由裂缝处渗入并积存于基层顶面，在强大的动水压力作用下，使得基层顶面形成冲刷作用，导致基层与沥青面层形成层间脱离，二者之间由连续状态变为不连续状态，沥青面层底面的拉应力、顶面的剪应力就会大幅增长，路面破坏的速度加剧，短时间内很快出现大面积的网裂、坑槽、唧浆、松散及路面变形等破坏，严重的直接导致路面产生结构性破坏；其次交通荷载反复作用下，极易在裂缝尖端处产生应力集中，造成疲劳开裂。半刚性基层沥青路面由于反射裂缝的产生，在很大程度上导致路面结构强度的削弱，不仅缩短了路面使用寿命，而且严重的影响交通服务质量。
本项目按照全寿命周期成本理念，基于高速公路水泥稳定级配碎石基层，在兼顾沥青路面抗车辙、抗水损等路用性能要求的基础上，系统开展高速公路沥青路面早期裂缝防治关键技术应用研究，建立早期裂缝防治技术体系，并开展实体工程示范应用研究，形成路面标准化施工技术指南，从而达到有效防治高速公路沥青路面早期裂缝损坏、延长道路使用寿命、降低养护维修成本的目标，具有重要现实意义。
2国内外研究现状
在国外，通常认为半刚性基层沥青路面的非荷载型裂缝看作是反射裂缝，且认为是由半刚性基层材料的干缩引起，因此国外文献对有关半刚性基层材料温度收缩特性的研究比较少。澳大利亚的洛林斯研究了水泥稳定粒料的干缩特性，论述了影响水泥稳定粒料收缩应变的因素，并指出粒料土类型对干缩应变有很大影响。20世纪70年代，美国道路工作者对西德克萨斯沥青路面中出现大量裂缝这一现象进行针对性分析，对这一地区的环境、气候、路面对温度的敏感性及路面开裂机理等方面的问题进行了一系列的研究，其成果让人们认识到开展沥青路面温度疲劳开裂的研究具有重要的工程意义和学术价值。70年代英国Nottingham大学的S.F.Brown对路面土工格栅防止路面反射裂缝进行了系统研究，并结合室内外试验、足尺试验和试验路等方式进行了验证；美国德克萨斯A&M大学的J.W.Button和R.L.Lytton等人对土工织物抵抗反射裂缝进行了系统研究，并开展了断裂力学分析。
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美国M.s.Luther用有限元法分析了行车荷载作用下路面的开裂模式，结果显示在行车荷载下任何罩面裂缝都将闭合。Foulkes和Kenned等运用有限元法对表面厚度小于100mm、基层裂缝间距大于20m的沥青路面展开分析，得出其破坏的主要因素是由温度产生的疲劳开裂，行车荷载作用下在面层所产生的剪应力较小还不会导致破坏；而由行车荷载的疲劳作用产生的应力强度因子会随裂缝的增长而增加，温度疲劳作用产生的应力强度因子则相反，其作用对于裂缝扩展是主要影响因素，然后行车荷载逐渐占据主导地位。美国加州大学的Monismith和Coetzee以有效应力为标准，运用平面有限元法研究了沥青路面开裂后在交通荷载和温度荷载共同作用下裂缝附近的应力分布，认为反射裂缝主要是由于基层开裂后的水平和垂直位移引起。
在我国，有关半刚性基层沥青路面的研究，大部分主要集中在对反射裂缝和温度裂缝及相关的材料特性上。一般认为是由于温度变化而引起的结构层收缩和行车荷载驶过原本有接缝或裂缝的地方，使裂缝尖端附近产生应力集中，导致裂缝的产生和发展，最终形成反射裂缝或贯穿裂缝。
目前，针对防治半刚性基层裂缝防治的研究，实际上就是采取措施减小半刚性材料的收缩性能，增强其抗拉性能。日本采用水泥和特殊沥青乳剂综合稳定使水泥与沥青混合以防水分的蒸发，而沥青乳剂中的水分则供给水泥硬化，使收缩系数随沥青剂量的增加而减小。另外一个重要的防止裂缝的手段是对基层采取“预裂”措施，国外很多学者认为微细裂缝的传荷能力好，会大大减轻甚至完全消除宽缝的出现。如捷克斯洛伐克在水泥稳定材料硬结过程中，用反复碾压的方法人为地创造微细裂缝网；科威特在新铺的水泥土基层上用重型钢轮压路机碾压，故意使水泥土基层预先开裂。
关于基层和沥青面层之间层处理，大多是采用在其中间设置能承受较大应变的应力吸收中间层。美国、澳大利亚及南非等在沥青路面结构中采用级配碎石缓冲层，厚度为10～15cm且具有一定的效果。俄罗斯在10～14cm厚的沥青混凝土下设置乳化沥青处理集料防裂中间层或集料中间层。英国采用高抗拉强度的聚合物网作为半刚性基层与沥青层的中间层以延缓缝向上传播。Coetzee和Franken等人通过分析得出，夹层材料的刚度越大则止裂作用越明显，若层间的粘结强度不高，有可能使得基层裂缝沿界面扩展；但如层间粘结强度足够高，裂缝将会沿垂直方向扩展。长安大学戴经梁和蒋应军等通过大量试验分析认为，改善半刚性材料的级配，采用骨架密实结构能显著减小半刚性基层的收缩量，增强基层的抗裂性。同济大学周富杰等人采用三维有限元分析技术，分析了层间接触条件、罩面层厚度和夹层类防反措施对裂缝尖端应力和反射裂缝的影响，指出单靠增加罩面层厚度来防治反射裂缝是不经济的。
近年来，我国为了缓解半刚性基层反射裂缝、消减层间应力作用，加强层间粘结、提高层间防水效果等，在半刚性基层与沥青面层之间设置改性沥青或废旧轮胎胶粉改性沥青碎石应力吸收层已得到业界的广泛认可，并取得了良好的社会及经济效益。
3研究意义
总体来说，国内外研究主要集中在反射裂缝和温度裂缝及相应的半刚性材料特性上，减少裂缝的措施主要从材料本身着手改善其性能或添加综合稳定剂及设置应力吸收层等，在半刚性基层沥青路面裂缝防治方面先后采取了很多措施，主要表现以下几个方面：（1）为防止半刚性基层反射裂缝，增加沥青面层厚度；（2）选用具有抗裂性的沥青面层或半刚性基层材料；（3）在沥青面层和半刚性基层之间，铺设一层弹性模量比较低，韧性比较好的应力吸收层材料或土工织物，减少半刚性基层裂缝的扩展速度，阻隔裂缝反射路径。但如何从结构组合上合理利用半刚性基层，建立半刚性基层沥青路面早期裂缝防治关键技术体系的研究相对较少，开展相关研究十分必要。
参考文献：
[1]沈金安，李福普等.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].北京人民交通出版社，2004
[2]《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2017[S].人民交通出版社，2017
论文作者:申宏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/21
标签：裂缝论文; 刚性论文; 基层论文; 应力论文; 沥青论文; 面层论文; 沥青路面论文; 《基层建设》2019年第18期论文;