摘要：“沥青+破损水泥混凝土”路面层结构是破损混凝土路面养护处治的常用方式之一，由于车辆荷载和外部其他不良环境的综合作用，导致加铺沥青面层的组合结构很容易出现不同程度的反射开裂病害；文章以组合结构层为研究对象，就路面结构层的反射开裂机理为研究对象，明确了诱发反射开裂的根本原因，并就引导路面层反射开裂的各影响因素进行分类分析，为后续的养护处治提供了理论基础。
关键词：组合路面；反射开裂机理；影响因素
引言
“沥青+破损水泥混凝土”组合式组合路面结构形式综合了刚性路面和柔性路面的结构特点，属于一种特殊的复合型路面结构形式，由于沥青混凝土材料和水泥混凝土材料的原材料特性不同，对应的车辆荷载及温度梯度变化作用下的形变值存在较大差异，由于二者之间的粘结协调变形能力较差，在外荷载和温度应力作用下二者变形存在较大差异，一旦变形超过外部约束形变限值，沥青混凝土和水泥混凝土之间容易出现错台、脱空和开裂病害，严重影响路面结构的整体性，由于应力在路面结构层中无法得到有效释放，集聚在路面层内部的应力最终反射到沥青混凝土路面表面形成反射裂缝。本文以“沥青+破损水泥混凝土”组合路面结构形式为研究对象，就该特殊路面结构形式的反射开裂机理和相关影响因素进行针对性分析，旨在为该组合路面结构形式的继续推广使用奠定实践应用基础。
1 “沥青+破损水泥混凝土”路面层反射开裂机理
传统的水泥混凝土路面凭借其承载能力高、抗变形刚度强等优势被广泛应用在公路工程路面施工实践中，尤其是在省内重载交通运输工况中，水泥混凝土刚性路面结构形式得到更加普遍的应用。但是，由于水泥混凝土路面板的使用服役年限较长，在长期车辆荷载和外界不良环境的耦合作用下，容易引起严重的水泥混凝土病害，直接影响到水泥混凝土路面的正常服役和通行能力。由于水泥混凝土路面板浇筑过程中采用分块浇筑形式，不同水泥混凝土面板之间存在施工接缝，在车辆荷载的水平冲击作用下，破损水泥混凝土路面板容易出现错台、脱空等大变形病害；在边界约束作用下，加铺沥青混凝土路面的水泥混凝土路面内应力无法顺利传递至沥青混凝土路面表面，集聚在路面层内部的应力反射至沥青混凝土路面表面形成反射裂缝。反射开裂的形成机理非常复杂，不单单局限于车辆荷载作用，工程实践中形成的反射开裂是温度荷载、车辆荷载等因素耦合作用的结果，加铺沥青混凝土路面层的厚度及设计形式差异，对应的反射开裂严重程度和形成时机也不同，一般情况下，加铺层厚度与对应反射开裂的出现时机呈正相关关系。
加铺沥青面层的组合路面结构反射开裂起源于沥青混凝土面层和水泥混凝土面层交界位置，车辆长期荷载作用下形成的应变能集聚在水泥混凝土面板和沥青混凝土面层中，应力从水泥混凝土面板向沥青混凝土面层传递以释放集聚在面层内的应变能，由于两种路面结构的弹性模量、设计级配、刚度等参数差异较大，应力传递至二者交界位置的传递路径被迫改变，分散成路径复杂的反射应力，反射应力一旦超过沥青混凝土面层的抗拉应力时，将诱导形成反射开裂。
车辆荷载引起的反射开裂主要依赖于路面上部的车辆荷载作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆车辆在运行过程中，在竖向荷载和水平冲击荷载的耦合作用下，荷载合力作用到水泥混凝土面板接缝附近时，车辆轮压作用在接缝两侧，承受车轮荷载作用的位置受到荷载影响较为明显，未受到车轮荷载作用的接缝另一侧不受荷载影响，在荷载梯度的作用下，接缝两端的沉降差异值较大，应力传递到沥青加铺层表现为剪切应力；车轮运行至接缝另一侧时，沥青加铺层的剪切应力逐步转变为拉应力，一旦拉应力超过沥青混凝土的设计抗拉强度，将诱导沥青混凝土路面开裂，车轮完全离开水泥混凝土接缝时，拉应力逐步转变为剪切应力，且剪切应力与首次剪切应力作用方向相反。综上，车辆在运行过程中，沥青混凝土路面开裂是拉应力和剪切应力耦合作用的结果，随着裂缝的形成和发展，裂缝在结构层内多次反射，最终扩散到沥青混凝土面层，形成严重的反射开裂。
2 “沥青+破损水泥混凝土”路面层反射开裂影响因素
通过总结工程实践经验可知，影响“沥青+破损水泥混凝土”路面层反射开裂的主要因素可归结为：温度、车辆荷载及游离水等几大因素。
省内冬夏季、昼夜温差较大，在温度变化梯度的影响下，导致水泥混凝土面板温度收缩效应明显；由于混凝土面板边界约束属于刚性约束，在温度应力作用下，水泥混凝土面板无法实现自由变形，最终在水泥混凝土面板和沥青混凝土面层交界位置形成较大的内应力，一旦反射至沥青混凝土面层的应力值超过沥青混凝土本身的抗拉强度，将诱导产生温度开裂；此外，若短时间内的外部环境温度变化梯度较大，水泥混凝土面板结构的温度变化敏感性滞后于温度变化本身，导致混凝土面板的翘曲应力无法及时恢复，最终表现为严重的扩展式开裂病害。
上部结构车辆荷载传递到水泥混凝土板上时，水泥混凝土面板产生较大的竖向形变，由于沥青混凝土面层与水泥混凝土面板之间刚接，水泥混凝土面板的竖向变形表现为沥青混凝土面层中的横向拉应力和竖向剪切应力，且在水泥混凝土面板接缝位置存在严重的应力集中效应，在集中应力、横向拉应力及竖向剪切应力的耦合作用下，反射至沥青混凝土面层的应力非常复杂，产生的反射裂缝向沥青路面面层扩散，引起表面龟裂，破坏沥青路面层的整体性。
既有扩散裂缝的存在给沥青路面表面积水下渗留下隐患，由于自然降水和其他因素引起的地面积水等问题，导致渗水沿反射开裂逐步下渗到沥青路面基层和水泥混凝土结构层中，在上部结构车辆荷载的长期反复作用下，渗透到结构裂缝中的水分从静态水逐步转变为动力水，水在渗透动力的作用下继续下渗到路面层底部，在冬夏季一个循环冻融作用下，渗透水分由于冻胀作用产生较为明显的冻胀应力，挤压周围路面结构层，一旦冻胀压力超过结构层抗压强度，将继续引导结构层破损，最终转变成不可逆的水毁病害。
3 总结
综上，明确“沥青+破损水泥混凝土”路面结构层的反射开裂病害机理是做好破损水泥混凝土路面养护处治的基础，在后续的水泥混凝土路面养护处治施工过程中，必须通盘考虑温度应力；车辆荷载应力及渗透水冻胀作用等因素，以指导建立最合理的水泥混凝土路面养护处治方案。
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作者简介：
周显广 男 1983年10月 湖北省大悟人 工作单位 湖北华咨工程设计咨询有限公司 邮编430040 职称 工程师 2011年毕业于长安大学公路学院 研究方向 道路与铁道工程
论文作者:周显广
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/16
标签：混凝土论文; 路面论文; 应力论文; 沥青论文; 荷载论文; 水泥论文; 反射论文; 《基层建设》2019年第17期论文;