高速公路改扩建工程反射裂缝的防治

高速公路改扩建工程反射裂缝的防治

李亮勤

广西路桥工程集团有限公司

摘要：反射裂缝是公路改扩建工程常见病害。笔者首先论述了高速公路沥青路面反射裂缝的产生机理和危害，并从实际应用角度提出了多种反射裂缝的防治措施与处理方法。最后通过广西沿海高速公路改扩建工程的施工和运行验证了措施的有效性，为公路改扩建工程反射裂缝的防治提供了指导作用。

关键词：高速公路；沥青路面；反射裂缝；防止措施

由于具有较高的承载能力、平整度、舒适性和低噪音性等优点，沥青路面取代水泥混凝土路面，成为高速公路改扩建工程首选的结构面层形式，但由于沥青混合料自身特性以及交通量、超载重载的逐年增加，反射裂缝逐渐成为沥青路面普遍存在的病害顽疾，始终无法得到全面根治。为此，作者深入分析了反射裂缝产生的原因及危害，在此基础上提出相应的防治措施，并以广西沿海高速公路改扩建项目为依托，验证措施的有效性。

1、反射裂缝的产生机理和危害

1.1产生机理

在半刚性基层上或有裂缝的沥青路面和水泥混凝土路面上铺筑沥青混合料面层后，在行车荷载和温度荷载的作用下，裂缝从下层逐渐向上层发展，并在原有裂缝正上方的新摊铺面层上产生新的“反射裂缝”。即反射裂缝的产生是由温度作用、行车荷载作用或两者综合作用的结果。通常把温度作用产生的反射裂缝称为温度型反射裂缝、行车荷载作用产生的反射裂缝称为荷载型反射裂缝。

1.1.1温度型反射裂缝

温度型反射裂缝包括低温收缩裂缝和温度荷载疲劳裂缝，低温收缩裂缝由温度的突然降低产生，而温度荷载疲劳裂缝由昼夜温差过大产生。

1）低温收缩裂缝：温度的突然降低在基层（或旧路）已产生裂缝的位置施加拉应力，导致裂缝持续增加，同时对新铺的沥青混合料面层施加附加拉应力，当附加拉应力超过面层的弯拉极限时低温收缩裂缝产生。

2）温度荷载疲劳裂缝：昼夜温差较大时，温度降低在裂缝端部产生的拉应力和温度升高产生的在裂缝端部产生的拉应力叠加，当叠加应力超过面层的弯拉极限时温度荷载疲劳裂缝产生。

1.1.2荷载型反射裂缝

行车荷载是反射裂缝产生的最主要因素，荷载型反射裂缝按车辆荷载位于裂缝的位置分为以下三个阶段：

1）荷载接近裂缝：荷载接近基层（或旧路）已产生的裂缝时，在裂缝左右两侧产生的相对位移在沥青混合料上层中引起剪切应力；

2）荷载位于裂缝正上方：荷载位于基层（或旧路）已产生裂缝正上方时，裂缝两侧的相对位移较小，沥青混合料上层主要承受弯拉应力作用；

3）荷载驶离裂缝：荷载驶离基层（或旧路）已产生裂缝时，裂缝两侧相对位移在沥青混合料上层中引起的剪切应力与第一阶段的剪切应力方向相反。

正是这一次弯拉应力和两次方向相反的剪切应力作用，导致沥青混合料面层反射裂缝的产生和发展。

1.2反射裂缝危害

在温度荷载和行车荷载作用下，基层（或旧路）已产生的裂缝应力集中，在荷载的反复作用下，裂缝向上和四周逐渐扩展，缩短了沥青面层的使用寿命，主要体现在以下以及方面：

1）降低路面结构防水性能：裂缝的产生会使路表水沿裂缝进入路面结构甚至路基，降低路面结构的防水性能。

2）降低基层强度：基层是路面结构主要的承重层，裂缝的存在导致路面板体不连续，使得车辆荷载通过裂缝传递至路基顶面，降低路面结构整体强度。

防水性能下降、强度的降低及易使路面产生唧浆、坑槽、龟裂等病害，加速路面结构破坏，进而增加路面养护费用。

2、反射裂缝的主要防治措施

高速公路改扩建工程反射裂缝的防治是一项复杂的工作，必须从多个角度分析，采取切实可行的措施，方能取得较好效果。

1）面层混合料选择：面层应选择模量较大、敏感性较低的沥青，并尽量采用改性沥青或高粘改性沥青，集料最大粒径应小于在31.5mm，混合料级配曲线应平顺圆滑并尽量靠近级配范围下限。

2）基层材料选择：试验选择半刚性基层材料和级配，主要原则是使强度、刚度、稳定性符合当地的荷载和温度环境，必要时添加早强剂等外加剂，以提高提高耐久性和抗裂性，减少基层自身裂缝。

3）增加应力吸收层：在沥青面层和有裂缝或施工缝的基层之间增设应力吸收层可有效减少或消除反射裂缝，同时增加面层的弯拉强度，常用的方法包括在裂缝处增加防裂贴、使用玻纤格栅、土工格栅、采用碎石封层等。

4）路面结构的合理设计：通过设置试验段等办法确定最佳沥青混合料面层厚度，并适当增加面层厚度，当面层较薄时，沥青层和水泥混凝土层间应竖向拉应力大于极限拉应力而产生竖向开裂，因此沥青面层应有足够的厚度以抵抗基层裂缝反射到沥青面层，同时也不能过厚失去经济上的意义。

5）施工注意事项：在铺设面层前应清除基层表面的杂物，干燥并防止潮湿。防裂贴、土工织物等应力吸收层的铺设应该顺直、搭接合理。施工过程中气温和混合料的温度应符合规范的相关规定，保证摊铺质量。

3、防治措施效果验证

我司承建的广西沿海高速公路改扩建工程，原路面为双向六车道水泥混凝土路面，经过现场勘察，本项目水泥混凝土路面板主要病害表现为：破碎板、横纵向裂缝、交叉裂缝、板角断裂、错台、沉陷、修补损坏等。

根据旧路路面状况，综合经济、技术、潜在的质量风险、对交通影响和资源节约、环境友好等因素，本项目改扩建设计为双向八车道沥青混凝土路面，设计年限为15年，车道系数取0.25。旧路部分整治方案如下：挖除原水泥砼面板，处治基层病害；加宽部分采用级配碎石垫层+水泥稳定碎石底基层铺筑至原路面基层顶面，然后一起连续施工以上各基层和沥青面层。破除后的旧砼板加工成碎石用于旧路基层处治中的重新铺筑、以及全线水泥稳定碎石底基层；硬路肩的基层及底基层挖除破碎后用于路床的换填。

本工程从设计至施工都极为注重反射裂缝的防止，精选面层、基层材料、优化配合比设计和路面结构，采用同步沥青碎石封层作为应力吸收层。根据路面改扩建方案，以安全、耐久、舒适、便于再生利用为原则，结合广西高速公路沥青混凝土路面应用情况。本项目主线及枢纽型互通匝道采用的路面结构组合及厚度为：改性沥青SMA-13表面层（4cm）+改性沥青AC-20C中面层（6cm）+70号沥青AC-25C下面层（8cm）+5.0%水泥稳定碎石基层（36cm）+4.5%水泥稳定碎石底基层（20cm）+级配碎石垫层（20cm）

广西沿海高速公路改扩建工程已于2015年正式通车，目前使用状况良好，并无反射裂缝等病害产生。实践证明：通过优选面层、基层材料、合理设计配合比和路面结构，增加应力吸收层、采取各种行之有效的施工方法等措施可以有效控制反射裂缝的产生和发展，大大延长沥青路面的使用寿命。

4、结语

1）反射裂缝对路面的使用性能危害较大，温度荷载和行车荷载是造成沥青路面发射裂缝的主要原因，荷载的叠加作用使得反射裂缝产生和发展。

2）采取适当的措施可以减轻甚至消除反射裂缝：如精选面层、基层材料、优化配合比设计和路面结构，设置应力吸收层等。

3）通过广西沿海高速公路改扩建工程证明，上述的防裂措施起到了较好效果，对公路改扩建工程具有一定的指导作用。

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