市政道路路面纵向裂缝发生机理

市政道路路面纵向裂缝发生机理

魏兴四川 成都  610081

四川省第一建筑工程有限公司

摘要：城市道路作为重要的交通基础设施，承载着大量车辆和行人的通行。然而，由于多种因素的综合影响，城市道路路面往往会出现纵向裂缝问题，严重影响道路的安全和使用寿命。本文通过深入了解城市道路路面纵向裂缝的形成机理，并提出有效的预防与修复措施。并基于案例分析材料特性、荷载影响、温度和湿度变化对路面的影响，为道路工程管理和维护提供科学依据。

关键词：城市道路；路面；纵向裂缝；形成机理

1、路面纵向裂缝的特征与分类

路面纵向裂缝是指沿着道路行驶方向形成的纵向裂隙或裂痕，是城市道路中常见的一种病害现象。这些裂缝通常延伸于道路的长度方向，呈现出一定的形态和特征。根据其形态和特征，路面纵向裂缝可以分为几类。常见的分类包括：①线形裂缝：这类裂缝呈直线状，通常延伸于道路的中央或车辆行驶轨迹处。线形裂缝可以是细长的狭缝，也可以是较宽的间隙，其长度可能从几厘米到数米不等。②块状裂缝：这种裂缝表现为一系列相对较大的块状裂片，沿道路的纵向分布。块状裂缝通常由于路面变形引起，造成路面出现不平整或隆起[1]。③反射裂缝：反射裂缝是从路面下层的裂缝或缺陷延伸到表面的裂缝。这些裂缝通常与路面下层的问题有关，如基础不均匀沉降、路基变形等。④连接裂缝：连接裂缝是将不同材料的路面连接处形成的裂缝，如沥青路面与混凝土路面的连接处。这种裂缝通常是由于不同材料的热胀冷缩差异引起的。

2、路面纵向裂缝的发生机理

2.1 温度变化

温度变化是影响道路纵向裂缝形成的主要因素之一，其作用机制涉及材料热胀冷缩、内部应力积累以及疲劳损伤等多重过程。道路材料在不同温度条件下会发生体积的变化，这会导致路面内部产生应力，而温度变化引起的反复应力作用最终可能导致路面的破裂[2]。

白天阳光的照射使得道路表面受热，路面材料开始膨胀。这个过程中，材料的分子会因温度升高而膨胀，导致道路表面整体上升温膨胀。然而，当夜晚温度下降时，路面材料因受到冷却而收缩。这种温度变化的周期性作用使得路面材料在不断的膨胀和收缩中经历应力的积累和释放。随着时间的推移，这种温度变化引起的应力积累可能会超过路面材料的承受能力，导致路面内部出现微小的裂缝。这些裂缝在反复的温度变化和交通荷载作用下逐渐扩展和加剧，最终形成可见的路面纵向裂缝。此外，温度变化对路面材料的疲劳特性也产生影响。多次的热胀冷缩循环会在材料内部引起微小的疲劳损伤，逐渐累积，最终导致材料的脆化和裂缝的扩展。

2.2 交通荷载

道路作为交通运输的基础设施，需要承受车辆的重量和运动引起的应力。特别是在交叉口、红绿灯等地方，车辆频繁停靠和启动，这会引发交通荷载的集中作用，增加了路面纵向裂缝的形成风险。

车辆的行驶和停靠会导致路面材料发生弯曲和变形，从而产生应力。在车辆驶过时，路面材料被压实和弯曲，产生弯曲应力。而车辆停靠时，由于车轮对路面施加的压力和应力作用，会导致路面材料发生沉降和压实，产生压实应力[3]。这些重复的应力作用会导致路面材料内部的微观疲劳损伤，逐渐积累，最终导致裂缝的形成。此外，车辆的行驶速度和负载也会影响交通荷载引起的应力大小。高速行驶和重载会增加路面材料的受力程度，加剧应力作用，从而加速裂缝的产生。因此，在设计道路时需要充分考虑交通荷载的影响，选择合适的路面材料和结构，以减缓交通荷载对路面的影响。

2.3 基础不均匀沉降

基础不均匀沉降是导致路面纵向裂缝形成的重要原因，道路的稳定性和平整性受到基础层的支撑，如果基础层存在不均匀沉降，将导致路面发生变形，从而形成应力集中区域，最终引发裂缝的产生。

不均匀的沉降可能源于多种因素，其中之一是土壤的不均匀性。地下土壤的成分、密度、含水率、压实程度等差异会导致不同区域的沉降速度不同，从而引起路面的沉降、开裂等变形。此外，土壤的含水量变化也会引起基础层的膨胀和收缩，导致路面产生变形和应力积累。水分变化也是基础不均匀沉降的重要因素，当地下水位变化或雨水渗入地下时，土壤会因水分的影响发生膨胀，从而引发基础层的不均匀沉降或隆起。这种水分引起的沉降不仅隆起影响了基础层的稳定性，也会传递到路面，导致路面变形和裂缝的形成。

3、路面纵向裂缝的监测与评估

在监测方面，可以利用激光扫描技术进行高精度的路面三维扫描，得到裂缝的准确位置和变化趋势。同时，道路传感器可以布置在道路上，实时监测路面变形和位移情况，发现裂缝的早期迹象。遥感技术如卫星遥感和无人机技术，可以对大范围道路进行监测，实现快速、高效的裂缝检测。此外，声波检测方法也可以用于测量裂缝的深度和长度，进一步评估裂缝的严重程度。

在裂缝评估方面，通常需要进行裂缝宽度、长度和深度等测量，根据裂缝特征和形态进行分类评估。同时，裂缝的长度可以通过测量得到，根据长度和分布情况进行评估，裂缝的深度可以使用探针或雷达等设备测量，并进行相应的分级评估。

4、市政道路施工中路面纵向裂缝的预防与修复措施

4.1 材料选择与质量控制

①合理材料选择：在施工前，进行材料的充分调查和测试，确保选用符合规范的合适施工材料。不同地区和路段的材料特性可能不同，因此应根据实际情况进行选择。②质量控制：严格控制施工材料的质量。对于采购的材料，要进行严格的质量检验和抽样测试，确保其符合规范要求[4]。③湿度控制：施工材料的湿度对施工质量有重要影响，要确保施工材料的含水量在适宜范围内，避免过高或过低的湿度对稳定性造成不利影响。④压实质量控制：施工中要严格控制压实质量，确保土层充分压实，避免存在空隙或不均匀压实造成的裂缝问题。

4.2 施工工艺改进

施工工艺的改进对于预防路面纵向裂缝的形成具有重要意义，适当的施工工艺可以有效降低材料应力，减少应力集中，从而减缓裂缝的产生风险。以下是一些施工工艺改进的具体措施：①摊铺速度控制：在道路材料的摊铺过程中，过快的摊铺速度可能会导致材料的不均匀压实和损伤。因此，应合理控制摊铺速度，确保材料能够均匀铺设并适应地面的形状。②温度控制：在道路材料的摊铺和压实过程中，温度的控制至关重要。过高的温度可能导致材料的过度流动和变形，过低的温度则会影响材料的压实效果。因此，要根据材料的性质和环境温度，合理控制摊铺时的温度。③振捣和压实控制：振捣和压实是确保道路材料紧密结实的重要步骤，但过度的振捣和压实也可能会引发应力集中，从而导致裂缝的形成。在施工过程中，要根据材料的特性和厚度，合理控制振捣和压实的力度和次数。④缝合处理：在道路施工中，往往需要将不同部分的路面材料连接起来，如沥青路面与混凝土路面的连接处。为避免连接处形成裂缝，可以采用适当的缝合处理，使不同材料间的过渡平稳，减少应力集中[5]。⑤施工温度范围：路面施工应在适宜的温度范围内进行，避免在极端高温或低温条件下施工。过高或过低的温度会影响材料的流动性和质量，增加裂缝产生的风险。

4.3  裂缝修补材料与方法

①裂缝修补材料：选择合适的裂缝修补材料非常重要。常见的修补材料包括沥青封缝料、聚合物修补材料、混凝土补丁等。根据裂缝的性质和宽度选择合适的材料，确保修补效果持久和耐久。②热补修：对于较宽的裂缝，可以采用热补修方法。首先将裂缝表面进行清理，然后使用热补机将修补材料加热至熔化状态，倒入裂缝中，最后用辊压将修补材料压实，使其与路面紧密结合。③冷补修：冷补修适用于较小的裂缝。将裂缝表面进行清理，并将冷补材料直接倒入裂缝中，再用手动或机械压实，使其填满裂缝。④灌缝修复：对于较深的裂缝，可以采用灌缝修复方法。首先将裂缝表面清理干净，然后使用灌缝设备将填缝材料注入裂缝中，确保填缝材料充分渗透到裂缝的深部，最后用辊压进行夯实。

5、案例分析

5.1 案例描述

某城市中的一条主要市政道路，称之为“城市大道”，经常出现纵向裂缝问题。这条道路是一条连接市中心和住宅区的主要交通干道，每天承受着大量的车辆交通。近年来，城市大道的路面出现了多处纵向裂缝，引发了市政部门和居民的担忧。城市大道的路面采用了传统的沥青混凝土路面结构。这种路面结构包括沥青面层、碎石底基、和路基层。路面在不同季节经历了温度波动，从寒冷的冬季到酷热的夏季，温度变化幅度较大。

5.2 裂缝情况

  ①长度：裂缝的长度不一，从数米到数十米不等。

   ②宽度：裂缝的宽度也有所不同，一般在1毫米至5毫米之间。

   ③分布：裂缝呈现不规则的分布，有些集中在某些路段，而其他路段几乎没有裂缝。

   ④深度：裂缝的深度也不一致，最深的可达到路面深度的20%。

5.2 实验室模拟与试验

    ①温度试验：使用恒温箱模拟了城市大道不同季节的温度变化。通过在标准试验样品上施加不同温度条件，我们模拟了路面热胀冷缩的过程，并监测了裂缝的形成情况。试验数据表明，温度变化是裂缝形成的主要因素之一。见表1.

表1   不同土壤样本力学性质测试结果

   通过温度试验，模拟了城市大道在不同季节的温度条件下的路面状况。从上表可以看出，随着温度的升高，裂缝的宽度逐渐增加。在较高的温度条件下，裂缝的宽度明显增加，表明温度变化导致了路面的热胀冷缩，形成了内部应力，最终导致了纵向裂缝的形成。

    ②荷载试验：设计了交通荷载模拟试验，使用模拟车辆荷载施加在路面上。通过监测路面的变形情况，模拟了交通荷载对路面纵向裂缝的影响。试验结果表明，交通荷载的频繁施加会导致路面材料的疲劳损伤，加速了裂缝的形成。见表2。

表2   不同荷载条件下的路基变形试验结果

    从上表中可以看出，路面的变形量随着荷载的增加而增加。特别是在频繁停靠和启动的情况下，路面的变形量最大，达到了2.0毫米。这些数据结果表明，交通荷载对路面的变形产生了显著影响，尤其是在高交通密度和频繁停靠的情况下。这进一步强调了交通管理的重要性，以减少频繁的停靠和启动，降低交通荷载对路面的损害，减缓裂缝的形成。

③材料性能试验：对使用在城市大道路面的沥青混凝土材料进行了力学性质测试。通过测定材料的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等参数，我们评估了材料的质量和性能。试验发现，部分材料存在质量不合格问题，可能影响了路面的耐久性。见表3.

表3 材料性能试验数据表

在材料性能试验中，评估了使用在城市大道路面的沥青混凝土材料的力学性质。上表列出了三个样品的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等关键参数。

通过数据分析，可以看出样品2具有最高的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度，而样品3具有最低的强度参数。这表明在城市大道路面使用的材料质量存在差异，其中一些材料可能不符合规范要求。质量不合格的材料可能会降低路面的耐久性，加速裂缝的形成。

④湿度试验：模拟了城市大道周围地下水位的季节性变化，通过控制湿度条件，研究了湿度对路面纵向裂缝形成的影响。试验结果显示，地下水位的上升可能导致路基不均匀沉降，从而促使裂缝的形成。见表4

表4 湿度试验数据表

在湿度试验中，模拟了城市大道周围地下水位的季节性变化，并通过调整湿度条件研究了湿度对路面纵向裂缝形成的影响。从上表中可以看出，随着湿度的增加，路基的变形量逐渐增加。在较高的湿度条件下（80%），路基的变形量达到了1.0毫米。试验结果表明，地下水位的上升可能导致路基不均匀沉降，从而促使裂缝的形成。湿度变化会导致土壤膨胀和收缩，增加了路面的变形风险。这进一步强调了在道路设计和维护中，需要考虑地下水位的季节性变化，以减少路基不均匀沉降和裂缝的形成。

基于上述分析，可以制定相应的预防与修复措施。

预防措施：①定期维护与检查：建立定期路面检查和维护计划，及时发现并处理裂缝的早期迹象，以防止裂缝扩大。②材料选择与质量控制：选用高质量的路面材料，并确保施工过程中的材料质量控制，以提高路面的耐久性。③施工工艺改进：采用合适的施工工艺，控制摊铺速度和温度，避免过度压实和振捣，以减少材料损伤和应力集中。

修复措施：①裂缝修补：对于已经形成的裂缝，可以使用高弹性改性沥青封缝料或聚合物修补材料，填充裂缝并夯实，以恢复路面的平整和稳定。②加固措施：对于路面局部变形或破损的区域，可以采用注浆加固或灌浆加固等措施，以增加该区域的承载能力和稳定性。③防止进一步损坏：除了裂缝修复外，定期进行路面保养和排水系统维护，以防止进一步的损坏和裂缝扩展。

结语：

城市道路路面纵向裂缝问题是城市交通管理和道路维护中的一大挑战。通过本文的研究和实验分析，可以深入了解了不同因素对裂缝形成的影响，为预防与修复措施的制定提供了重要依据，尤其在施工阶段应注重材料选择与质量控制、施工工艺改进等，以此提高施工的有效性。

参考文献：

[1]马雪.水泥混凝土路面裂缝病害原因分析及防治对策[J].四川水泥,2023(07):234-236.

[2]张波.公路路基工程施工技术关键点研究[J].科技资讯,2023,21(12):97-100.

[3]刘迎港.沥青路面裂缝成因及防治措施分析[J].建材发展导向,2023,21(16):136-139.

[4]王履盼.高速公路沥青路面水泥稳定土配比及性能试验[J].建材发展导向,2023,21(16):39-42.

[5]唐思齐.沥青混凝土路面回收料对沥青混凝土疲劳性能的影响[J].建筑机械,2023(08):113-118.