2023年公路沥青路面裂缝成因分析及防治措施.docx
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1、2023年公路沥青路面裂缝成因分析及防治措施 第一篇:公路沥青路面裂缝成因分析及防治措施 公路沥青路面裂缝成因分析及防治措施 1、前言 我国公路数量多,分布地域广,里程长,其中沥青路面所占比重大,特别是对国民经济有着重大影响的高等级公路中尤以沥青路面为主要形式,而其中裂缝作为沥青路面常见病害之一,产生特别广泛。裂缝一旦产生,便会对路面产生一系列较大的危害,首先影响行车舒适性和路面美观,严峻时甚至危及行车平安,其次水简洁渗入路面甚至到达基层顶面,在行车荷载的反复作用下会产生冲刷作用和唧泥、唧浆现象使路面结构承载力下降,同时也会变更路面设计受力模式,加速路面整体破坏,降低路面运用性能,缩短路面运用
2、寿命。由于裂缝具有产生普遍、危害性大的特点,因此有必要对裂缝的类型划分、产朝气理、预防措施及修复措施进行探讨,对预防沥青路面的早期破坏具有特别重要的意义。 2、沥青路面裂缝类型 依据我国公路沥青路面养护技术规范JTJ 073.2-2023中对于裂缝的划分,裂缝依据外观可划分为横向裂缝、纵向裂缝、龟裂以及不规则裂缝。除次之外还有其他的划分方法,如按成因可划分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝,按扩展过程又可分为又下而上的反射裂缝和又上又下的下延裂缝。本文以规范中依据外观的分法,进一补加以表达。 2.1横向裂缝 横向裂缝一般与道路中线近于垂直,间伴少量支缝。最初多出现于道路的两侧,慢慢向路中心进展形成贯穿
3、整幅路面的裂缝。依据破坏的轻重程度可进一步划分为略微和严峻两类,略微是指裂缝边缘无剥落或仅有略微剥落,无支缝或仅有少量支缝,严峻裂缝指边缘有中等或严峻剥落,有较多支缝。 图1:由温度引起的路表等距离横裂 图2:由半刚性基层引起的反射裂缝 2.2纵向裂缝 纵向裂缝一般表现为与道路中线大致平行的长直裂缝,有时伴有少量支缝。由于路基不均匀沉降引起的纵缝,通常断断续续,绵延很长;由于施工搭接不良引起的纵缝,其形态特征是长且直;由结构承载力缺乏引起的纵缝多出如今靠近路基边坡一侧的路面边缘。依据破坏程度可进一步划分为略微和严峻两类,略微裂缝边缘无剥落或仅有略微剥落,无支缝或仅有少量支缝,严峻裂缝边缘有中等
4、或严峻剥落,有较多支缝。 图3 伴随有支缝的纵向裂缝 图4 长且直的纵向裂缝 2.3龟裂 表现为互相交织的裂缝将路面分割成形似龟纹的多边形小块,随着行车荷载重复作用次数的增加,平行的纵缝之间出现了横向或斜向连接缝,形成了多边的锐角的网状裂缝。依据破坏程度可进一步划分为略微、中等和严峻三类。略微指缝细,无散落,缝区无变形,块度2050cm,中等指缝较宽,无或轻散落,或拌有轻度变形,块度20cm,严峻指缝宽,散落重,变形明显,块度20cm。 图5 由于承载力缺乏引起的龟裂 图6 块度较小的龟裂 2.4不规则裂缝 一般表现为多条裂缝以不规定角度互相交叉,在行车荷载及自然条件作用下慢慢进展并互相连接贯
5、穿,一般块度较大。依据破坏程度可进一步划分为略微和严峻两类,略微指缝细,不散落或略微散落,块度大100cm,严峻指缝宽,散落,裂块小,50100cm。 图7 块度较大的不规则裂缝 图8 灌缝后的不规则裂缝 龟裂和不规则裂缝由于外形大多相像,有时也被并称为网裂,两者一个较明显的区分是在块度上不规则裂缝要稍大于龟裂,在路面破损指责价中由于所占权重不同,因此需要对详加区分,不行混淆。 3、沥青路面裂缝成因分析 3.1横向裂缝 一般的说横向裂缝的影响因素主要表如今以下三个方面: 材料方面:表现为材料本身的应力松弛性能 结构方面:连续板体对收缩变形的约束作用 环境方面:低温及降温速率 依据成因又可划分为
6、温缩裂缝和半刚性路面的反射裂缝。 3.1.1温缩裂缝 温缩裂缝又可细分为一次性降温引起的低温开裂和温度反复作用引起的疲乏开裂。低温开裂是指低温时,沥青劲度模量增大,沥青变脆,沥青混凝土应力松弛不能适应温度应力的增长,温度下降产生的应力超过混凝土的极限抗拉强度而使沥青路面产生开裂,这种开裂一般首先出如今路表,是路表裂缝的一种,并随着温度应力的持续作用向面层下部扩展;其次气温骤降时,混合料劲度模量急剧增大,超过极限劲度而产生开裂,这种裂缝在南方燥热多雨地区常见,夏季路表气温高,由于暴雨骤降,使得沥青混凝土路面温度急剧降低,产生开裂。由于温度引起的疲乏开裂是指温度反复升降产生温度疲乏应力,使混合料抗
7、拉极限变小,劲度模量增高,应力松弛性能下降而开裂,并随路面运用年限增多而增加。总的来说,温度裂缝在外观上多表现为路表等距离的横向裂缝,距离因路面不同从几米到几十米甚至一百米不等,这种裂缝一旦产生,当开裂距离小于路面宽度时便会接着在开裂路段内形成纵向的温缩裂缝,使路面进一步被破坏。 为什么温缩裂缝会首先出如今路表?因为路面结构具有厚度,在面层内便会形成温度剃度,当在无约束条件下时,路面便产生形变,如图9所示,但事实上由于基层对于面层的粘结和摩阻力作用,使事实上的受力模式为图10所示,这样,便会在面层顶部形成拉应力,同时又由于沥青路面是干脆暴露在野外的工程构造物,面层材料干脆接触紫外线、氧气、水分
8、等的作用,老化最严峻,加之行车荷载的剪切力作用,使的沥青路面的温缩裂缝最早产生于沥青路面表层。 图9:无约束条件下的面层受力模型 图10 在基层粘结及摩阻力作用下的受力模型 影响裂缝混合料的低温抗裂性能的因素主要可归结为以下几点: 低温针入度:适当增大可提高混合料的抗裂性能 低温感温比:及PI,一般来说PI=-1时的抗裂性能较好 低温模量:模量越低同样收缩下产生的应力越小 收缩系数:收缩系数越小,降温相等时产生的变形越小 协作比设计:接受连续的密级配设计并适当增大沥青用量可改善混合料的抗裂性能。 3.1.2反射裂缝 反射裂缝是半刚性基层沥青路面所比较普遍的一种裂缝形式,普遍认为这种裂缝不能避开
9、,只能实行措施降低其危害,这里简洁介绍其产生缘由及过程。 众所周知,半刚性路面有着较高的路面承载力,较好的水稳定性,成板性高的特点,但也具有其不行避开的缺点就是会产生温缩和干缩裂缝,加之路面在车辆荷载作用下在基层产生的疲乏开裂,沥青路面底层便会在开裂处旁边产生应力集中,此时在交通荷载作用下的主拉应力和温度转变引起的拉应力的综合作用下,使沥青面层在开裂处向上进展最终贯穿整个沥青路面。 图11 半刚性基层由温度和行车疲乏引起的反射裂缝 3.2纵向裂缝 产生纵向裂缝的缘由有很多,归纳起来,主要可分为如下几个方面: 3.2.1压实不均匀 这种状况多见于新建公路,主要是由于填土未压实或两侧密实度不均匀,
10、在行车荷载作用下形成不均匀沉陷并进一步进展成纵向裂缝。 3.2.2改扩建新旧路面连接不当 改建公路中新、老路段连接处理不当,造成不均匀沉陷或滑坡而形成裂缝。 3.2.3路基湿软、承载力缺乏 路基加固处理不当,路基边缘浸水,导致路基湿软、承载力缺乏,形成啃边,有时也会导致路面边缘的纵向裂缝。 3.2.4填挖结合或高填方路段 在高填方路段或填挖结合部,由于土基压实度缺乏或压实不均匀,简洁产生纵向裂缝,一般多为断续。 3.2.5沥青质量缘由 沥青作为沥青混合料的胶结材料,对混合料的抗裂性起着重要的作用。沥青本身延度偏小或者由于老化后沥青变脆,含蜡量偏高等缘由,均会降低沥青混合料的抗裂性能。 3.3龟
11、裂及不规则裂缝 一般来说,龟裂和不规则裂缝的产生缘由大体相像,首先出现单条或多条平行的纵向裂缝,然后在裂缝间出现横向或斜向连接缝,随着车辆及其他缘由的接着作用而互相交织,最终形成互相连接的网状。 产生龟裂及不规则裂缝的因素有很多,路面结构整体强度缺乏,沥青路面老 化,基层排水不良,低温作用,低温时沥青混合料变硬或变脆,基层和面层集料离析,压实不均匀等均会产生。 3.4 车辙裂缝 近年来,随着对于沥青路面裂缝探讨的深化,使人们相识到了一些新的裂缝,车辙裂缝便是其中一种。 这是由日本的松野三郎教授在20世纪90年头首先提出的,受到了世界上的重视,并特地召开了国际会议。他的观点认为,这是一种在轮迹带
12、的边缘与车辙同时发生的纵向裂缝,是外表裂缝的一种。它虽然也位于轮迹带,但却不是由于反复荷载引起的疲乏裂缝。在我国,城市道路的公共汽车站旁边最简洁觉察这种车辙推挤裂缝。见图12、13。 图12 公交车站旁边的车辙推挤裂缝 图13高速公路微表处车辙修复后的车辙裂缝 总的来说,产生沥青路面裂缝的缘由有很多,对同一条裂缝的产生很大程度上并不是由某种单一的缘由引起,而是由多种缘由综合影响下慢慢产生并扩展的,如一条横向裂缝有不仅仅是由于半刚性基层反射引起的裂缝,同时还有可能受到温度下降影响。因此,在路面实际调查中应当充分分析各种可能的缘由,全面综合考虑各种缘由的影响,找出其中主要的缘由并释以相应的处理对策
13、,有的 放矢,才是上策。 4、沥青路面裂缝预防措施 沥青路面裂缝的预防措施归纳起来可分为以下四个方面:材料选择、道路结构设计、基层预开裂技术及加铺体系应用,以下分别加以说明。 4.1材料选择 沥青路面的开裂,根据开裂处材料的不同,可分为三种:沥青本身被拉开裂,沥青和石料接触面被拉开裂及石料被拉开裂。一般最常见的是前两种状况,因此在材料选择时,可选用劲度模量低,温度敏感性低的沥青,如SBS、SBR改性沥青;而沥青和石料接触面处被拉开裂多是由于沥青与石料粘附性不好而产生,因此可选择外表粗糙,与沥青粘附性好的石料,避开运用酸性石料,有条件时应当选择添加抗剥落剂改善粘附性。 4.2道路结构设计 4.2
14、.1增加沥青面层厚度 增加沥青层厚度可有效降低半刚性沥青路面的反射裂缝,但对于由于温度引起的低温开裂所起的作用特别有限。同时由于加厚沥青面层厚度可大幅度增加建设投资,其经济性值得考虑。 4.2.2接受柔性基层 因为柔性基层具有很强的柔性和变形实力,同时可起到应力消散作用,可以有效地削减路面结构的应力集中现象,因此可有效降低半刚性基层的开裂和温缩裂缝的综合作用。同时,国内有许多的学者已经起先探讨柔性基层和半刚性基层的优化组合技术,将是更为有效的预防反射裂缝的措施。 4.2.3设置级配碎石过渡层 这是在面层和基层之间增加一层由级配碎石构成的过渡层,将原半刚性基层下放成为底基层,而级配碎石层则成为上
15、基层。南非是运用级配碎石层比较多的国家,法国也与1988年相应提出“倒装结构,均对缓解反射裂缝有着明显的作用。 4.2.4应力汲取层 应力汲取层是指在基层与面层之间设置薄层封层,起到汲取尖端应力,延缓开裂的目的。国内外探讨主要集中在低弹性模量、高韧性的材料开发上。目前常用的有稀浆封层、碎石封层、同步碎石封层、橡胶沥青封层、纤维封层等。 4.2.5加铺土工织物或格栅 土工织物包括包括聚丙烯或聚醋织物和聚乙烯、聚丙烯或聚醋无纺织物,厚度不超过几个毫米。无纺织物夹层的主要作用与应力汲取薄膜相像。而织物由于模量稍高,可对加铺层起少量加筋作用。格栅包括聚丙烯或聚醋土土格栅、玻璃格栅和金属格栅。其中比较常
16、用的是玻璃格栅,它是以高温强度玻璃纤维为原料的一种新型加筋材料,具有较大的抗拉强度及弹性模量,较低的延长率和很高的熔点,应用于沥青面层中可以起到以下的作用: 提高抗变形实力 延缓疲乏开裂及其扩展 作为应力消散层,可以防止反射裂缝。 但其铺装时的变形受温度转变的影响波动较大,对施工的要求比较高。而且由于它很薄,并不具备增加结构和改善排水等功能。 总的探讨结果说明加铺土工织物的防裂效果有好有坏,但是它对于垂直差动位移和水平位移较大(温缩严峻)的状况效果不大,此外其防裂效果可能较短暂。 4.2.6协作比设计 沥青作为沥青混凝土路面的主要胶结材料,对抗裂起着重要作用,接受密级配并适当增加沥青用量的方法
17、可减缓裂缝的产生。但这样做同时会降低路面抗高温变形实力,因此必需考虑混合料的高、低温性能,综合设计。 4.3基层预开裂技术 基层预开裂技术包括基层预锯缝和基层预裂开。 4.3.1基层预开裂 基层预开裂是指在半刚性基层上按确定间距确定深度设置预锯缝,缝内灌注沥青等粘结材料,其上加铺土工织物或格栅,再在其上铺筑沥青面层。起作用机理是通过锯缝改善基层约束条件,从确定程度上释放温度应力来到达防裂的目的,土工布即起到防渗作用,又缓解应力集中,从而延缓或消退反射裂缝的产生。德国规范中明确规定,面层厚度小于或等于14cm,基层抗压强度不大于12Mp,必需预切缝;前苏联也建议为减缓反射裂缝,在基层上每隔812
18、m作一假缝,深68cm,缝宽1012cm,我国也有部分地区进行过尝试,其切缝间隔、深度、缝宽等应依据具体的基层强度、面层特点、气候类型、交通量等实际具体条件确定。 4.3.2基层预裂开 基层预裂开是指将旧水泥混凝土路面裂开成50150的小块,然后在这些互相嵌挤的水泥碎块构筑成的柔性基层材料上摊铺热拌沥青混合料HMA罩面。这是一种针对旧水泥混凝土路面改造时预防反射裂缝的技术。美国数十个州接受这项技术。实践证明:接受这项技术简称R+HMA修筑的路面,均未见反射裂缝,也不存在车辙问题,而且路面平坦。如图14、15为预裂开所用机械所示 图14 图15 4.4 加铺层体系的应用 加铺层体系是铺设在下卧层
19、路面结构层之上的沥青加铺层、夹层体系和整平 层的综合体系。是应用在旧路加铺时的一种整体预防裂缝的系统。根据旧路面结构质量、荷载条件和选择的修复方案,可以省去一个或多个部分。如图16 图16 路面加铺层体系示意图 4.4.1调平层 调平层是铺筑在不平整的旧道路外表上、平均厚度为几厘米的沥青材料层,为铺筑夹层材料供应供应一平整外表通常又骨料最大粒径为7mm的密实型沥青混合料组成。 4.4.2夹层系统 夹层系统是由一层夹层材料组成,根据夹层材料的类型,接受特殊的锚固方法或固定在下卧层。夹层材料常见的有沥青碎石、应力汲取层薄膜夹层SAMIS、无纺土工布、格栅,此外常用的还有沥青砂和钢筋网等。其固定方法
20、如表1 锚固方法 沥青碎石或沥青砂 应力汲取薄膜 无纺土工布 格栅 钢筋网 三维钢筋蜂窝网格 复合型材料 无纺土工布+格栅 粘层油 透层油 水泥浆封层 锚钉 自粘方式 表1不同类型夹层材料及其相应的固定方法 夹层系统在道路结构中的作用取决于夹层体系的类型,其作用有: 1在裂缝旁边承受很大的局部应力,因此削减了裂缝尖端上方沥青加铺层内的应力。此时,夹层材料起加筋作用。2形成能产生水平变形而不破坏的柔性层,允许裂缝旁边可以产生较大位移,即抵抗高应变的柔性材料,并限制剥落。 3具有防水功能,即使在路表再次出现裂缝后,仍能保持道路结构的防水性。不同类型夹层体系的作用如表2: 抵抗应变的柔性材料,作用
21、加筋 并限制剥落 防水 沥青碎石或沥青砂 应力汲取薄膜 浸渍沥青的无纺土工布 格栅 钢筋网 三维钢筋蜂窝网格 复合型材料无纺土工布+格栅 /() /() () ()() 注:有效,:高效; ():加筋作用取决于夹层材料类型和温度条件; ():仅仅适用于格栅或钢筋网嵌入水泥浆封层内或运用外表处治的状况;():仅仅适用于带弹性粘结料的钢筋网嵌入水泥浆封层内的状况。 表2:夹层体系的作用 在任何状况下,为保证扩大交通荷载作用于整个路面结构产生的应力,应将夹层体系与下层和沥青加铺层完全粘结。若层间粘结不好,可能导致路面结构疲乏的快速进展或出现次裂缝。假如防水性得不到保证,可以再附加一层防水层。 4.4
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