薛政柄，鄧星鶴

(1. 廣東二廣高速公路有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 513300; 2. 廣東華路交通科技有限公司道路研究所，廣東 廣州 510420; 3. 公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，廣東 廣州 510420)

新建復(fù)合式路面反射裂縫成因分析

薛政柄1，鄧星鶴2,3

(1. 廣東二廣高速公路有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 513300; 2. 廣東華路交通科技有限公司道路研究所，廣東 廣州 510420; 3. 公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，廣東 廣州 510420)

在對(duì)廣東省多條常規(guī)復(fù)合式路面反射裂縫統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)常規(guī)復(fù)合式路面反射裂縫產(chǎn)生的原因及發(fā)展規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上以二廣高速公路懷集先行試驗(yàn)段養(yǎng)護(hù)為依托工程，對(duì)新建的復(fù)合式路面反射裂縫成因進(jìn)行了分析，為二廣高速公路懷集先行試驗(yàn)段的路面養(yǎng)護(hù)提供指導(dǎo)。

復(fù)合式路面;新建;反射裂縫;成因分析

0 前言

由兩層不同類型和力學(xué)性質(zhì)的結(jié)構(gòu)層復(fù)合而成的路面稱之為復(fù)合式路面。復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)主要包括碾壓混凝土基層加瀝青罩面層(RCC+AC)和水泥混凝土基層加瀝青面層(CC+AC)兩類，其中CC+AC結(jié)構(gòu)較為普遍，其又以舊水泥路面加鋪瀝青層較為常見，下稱之為常規(guī)復(fù)合式路面。復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)因基層板與瀝青罩面層屬于剛?cè)峤Y(jié)合，其典型病害為反射裂縫，通常在基層與瀝青罩面層之間設(shè)置防反材料來(lái)延緩反射裂縫的發(fā)生，防反材料主要有玻纖格柵、聚酯玻纖布、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層等。近年，部分省份亦對(duì)新建水泥混凝土路面加鋪瀝青層這類結(jié)構(gòu)進(jìn)行了嘗試，下稱新建復(fù)合式路面。新建的復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)和常規(guī)的復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)存在較大差別，其反射裂縫的成因也存在一定的差別，對(duì)其反射裂縫成因進(jìn)行分析有助于后續(xù)的路面養(yǎng)護(hù)。

1 常規(guī)復(fù)合式路面

1.1 反射裂縫發(fā)展情況

常規(guī)的復(fù)合路面結(jié)構(gòu)為舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層，廣東省內(nèi)的典型復(fù)合路面項(xiàng)目及其罩面層厚度、層間防反措施、舊水泥路面脫空判別標(biāo)準(zhǔn)等見表1所示。

表1顯示：①常規(guī)的復(fù)合路面舊水泥板脫空判別一般采用貝克曼梁法測(cè)試，判別標(biāo)準(zhǔn)一般選取板角彎沉大于0.02 mm，部分項(xiàng)目放寬了脫空判別標(biāo)準(zhǔn)，如深汕西和梅河分別提高到0.38 mm和0.4 mm，總體呈現(xiàn)為瀝青罩面層厚度越薄，其脫空判別標(biāo)準(zhǔn)越高；②瀝青罩面層厚度由6～18 cm均有分布；③層間處治以玻纖格柵加改性瀝青碎石下封層為主，部分項(xiàng)目亦采用了橡膠瀝青應(yīng)力吸收層和聚酯玻纖布加改性瀝青碎石下封層。

表1 復(fù)合路面結(jié)構(gòu)基本信息

為總結(jié)復(fù)合路面的使用效果，對(duì)上述6個(gè)項(xiàng)目自通車以來(lái)的裂縫反射情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，見圖1、圖2所示。

圖1顯示：①不同罩面厚度、不同的延緩反射裂縫的措施均未能完全消除反射裂縫的發(fā)生，在通車2～3 a均會(huì)出現(xiàn)反射裂縫，部分路段甚至在通車第2年即出現(xiàn)反射裂縫；②橡膠瀝青應(yīng)力吸收層延緩反射裂縫的效果較好，如廣珠東復(fù)合路面通車4 a后的裂縫反射率僅8.4%。

圖2顯示：罩面層厚度越厚，其裂縫反射速率越低；如罩面層厚度達(dá)18 cm的佛開高速通車前3 a的平均反射速率僅0.9%，罩面層厚度7 cm的汕梅高速前3 a的平均反射速度則達(dá)到了8.7%。

圖1 各復(fù)合路面項(xiàng)目反射裂縫發(fā)展情況

圖2 罩面層厚度與裂縫反射率的關(guān)系

1.2 反射裂縫的產(chǎn)生機(jī)理

普遍認(rèn)為，溫度變化和交通荷載是引起反射裂縫的兩大主要因素。交通荷載主要引起加鋪層的剪切型反射裂縫，在車輪偏荷載的作用下，接縫兩側(cè)的變形差過(guò)大而引起瀝青加鋪層的剪切破壞(見圖3)。溫度變化主要引起加鋪層張開型反射裂縫。溫度變化使得路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生兩種變形(見圖4): 一種是由于溫度下降使水泥混凝土板產(chǎn)生較大的溫縮而引起接縫處張開變形；另一種是由于晝夜溫差在各結(jié)構(gòu)層中的不均與分布，且各層材料的熱膨脹系數(shù)差異較大，造成水泥混凝土板收縮及翹曲而導(dǎo)致接縫處的瀝青加鋪層張開變形。第二屆反射裂縫國(guó)際會(huì)議形成了以下共識(shí)：溫度應(yīng)力引起反射裂縫的產(chǎn)生，并參與了其最初的擴(kuò)展，荷載應(yīng)力則加速了裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。

圖3 荷載型反射裂縫

圖4 溫度型反射裂縫(張開型)

2 新建復(fù)合式路面

二廣高速公路懷集先行段試驗(yàn)路采用新建的復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)。路面結(jié)構(gòu)為7 cm PG82GAC — 20面層+30 cm水泥混凝土基層+一布一膜滑動(dòng)封層+22 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層；層間防反采用聚酯玻纖格柵加改性瀝青碎石下封層。通車后整體交通量不大，日平均交通量維持在1.5萬(wàn)～1.7萬(wàn)輛，大客車及中型以上的各種貨車交通量約為780輛/(d·車道)，屬于中等級(jí)交通，重車占比約為33%～35%。

2.1 反射裂縫發(fā)展情況

該試驗(yàn)路通車已近3 a，通車第1年僅局部位置出現(xiàn)少量的反射裂縫，通車第2年其裂縫反射率為10.3%，通車第3年反射裂縫急劇發(fā)展，裂縫反射率達(dá)61%。如圖5。

圖5 新建復(fù)合路面反射裂縫發(fā)展情況

2.2 反射裂縫原因分析

與常規(guī)的復(fù)合式路面相比，該新建的復(fù)合式路面其反射裂縫存在兩個(gè)特點(diǎn)：一是反射裂縫出現(xiàn)的時(shí)間早；二是裂縫發(fā)展速率快。而從新建復(fù)合式路面和常規(guī)復(fù)合式路面的特點(diǎn)來(lái)看，則新建復(fù)合路面與常規(guī)復(fù)合路面存在以下幾點(diǎn)異同：

相同點(diǎn)：新建復(fù)合式路面和常規(guī)的復(fù)合式路面均為復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)。

不同點(diǎn)：①水泥混凝土基層厚度為30 cm，較一般的水泥混凝土板要厚；②水泥混凝土板是新澆板，切縫還未發(fā)展為真縫，罩面完成后其切縫仍在繼續(xù)發(fā)展；③水泥混凝土板為新澆筑，在鋪筑瀝青層后其本身還存在一定的干縮，發(fā)生干縮時(shí)，不可避免地在瀝青層底產(chǎn)生一個(gè)拉應(yīng)力；④水泥混凝土基層下設(shè)置有復(fù)合土工膜隔離層，該材料使得水泥混凝土基層和水穩(wěn)碎石底基層呈完全分離狀態(tài)，即水泥混凝土板的縱橫向變形都是自由的。

復(fù)合式路面的反射裂縫的兩大基本因素為溫度和荷載應(yīng)力，此處不再贅述其機(jī)理。這里主要從新建復(fù)合式路面和常規(guī)復(fù)合式路面異同點(diǎn)來(lái)分析其反射裂縫發(fā)展規(guī)律迥異于常規(guī)復(fù)合式路面的原因，以此為后續(xù)的路面養(yǎng)護(hù)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

2.2.1 假縫的繼續(xù)發(fā)展

本試驗(yàn)段水泥混凝土基層橫向假縫深度為6 cm，即水泥混凝土基層橫向切縫位置仍有24 cm未斷開。參考廣東省內(nèi)其他項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)可知，假縫發(fā)展為真縫大約需要1～2個(gè)月的時(shí)間。本試驗(yàn)段中瀝青面層和水泥混凝土基層攤鋪間隔大部分在2個(gè)月以內(nèi)；此時(shí)，水泥混凝土基層的假縫未完全發(fā)展成真縫，相當(dāng)于水泥混凝土基層板塊較長(zhǎng)，而水泥混凝土和瀝青混凝土的線收縮系數(shù)差異較大，則在溫升和溫降過(guò)程中，它們是差異性的變形。則在假縫發(fā)展為真縫的過(guò)程中，瀝青層承受頻繁的拉壓應(yīng)力，該拉壓應(yīng)力將不可避免地造成瀝青層內(nèi)部發(fā)生損傷甚至是出現(xiàn)裂縫。

2.2.2 水泥板的干縮

新澆筑的水泥混凝土基層板在養(yǎng)生結(jié)束后，其板體較為潮濕，含水量較高，在鋪筑罩面層后，板體逐步發(fā)生干縮，干縮時(shí)其不可避免地在切縫處的罩面層底部產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)增大的拉應(yīng)力。且干縮時(shí)水泥混凝土板底是完全自由的，則板體干縮時(shí)變形量更大，對(duì)瀝青層的拉應(yīng)力更大。

2.2.3 水泥板的翹曲變形大

廣東省氣候特點(diǎn)是高溫多雨，夏季路表最高溫接近60 ℃左右，本試驗(yàn)路瀝青層厚度僅為7 cm，厚度較薄，較薄的瀝青層使得其下水泥混凝土基層受溫度影響較大，基層板易發(fā)生較為嚴(yán)重的翹曲變形，而本項(xiàng)目的水泥混凝土板的厚度為30 cm，厚度較厚，其頂部與底部的溫差相對(duì)較大，混凝土板發(fā)生的翹曲變形較大。板體升溫和降溫過(guò)程中瀝青層均承受一次向接縫兩側(cè)的拉應(yīng)力，一天的溫度變化按一次升溫和降溫，則瀝青層一天承受2次循環(huán)的拉應(yīng)力。本項(xiàng)目出現(xiàn)反射裂縫是在路面通車約7個(gè)月時(shí)出現(xiàn)，即瀝青層承受420次左右的循環(huán)拉應(yīng)力。

綜合常規(guī)的溫度和荷載應(yīng)力，加之上述新建復(fù)合式路面的3個(gè)特定因素，造成該新建復(fù)合式路面試驗(yàn)段較快地出現(xiàn)反射裂縫，且反射裂縫發(fā)展速率較快。本新建復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)反射裂縫發(fā)展過(guò)程總結(jié)起來(lái)可歸納為圖6所示。在a、b過(guò)程中水泥混凝土基層板的干縮以及假縫的發(fā)展等為新建復(fù)合式路面所特有，c、d過(guò)程則與常規(guī)的復(fù)合式路面無(wú)異；其中c、d過(guò)程中裂縫的出現(xiàn)有兩種情況：一是以單縫的形式出現(xiàn)，二是以雙縫或者三縫形式出現(xiàn)，此類原因分析較多，此處不再贅述。

圖6 新建復(fù)合路面反射裂縫發(fā)生過(guò)程示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)常規(guī)復(fù)合式路面應(yīng)用效果及反射裂縫發(fā)展規(guī)律總結(jié)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)新建復(fù)合式路面反射裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：1)橡膠瀝青應(yīng)力吸收層較常用的玻纖格柵，其延緩反射裂縫效果要好。

2)復(fù)合式路面中，瀝青罩面層厚度越厚，其裂縫反射至路面的時(shí)間越晚，裂縫發(fā)展速率越低。

3)復(fù)合式路面反射裂縫的成因主要與荷載和溫度相關(guān)。

4)新建復(fù)合式路面的干縮、假縫的發(fā)展以及水泥混凝土基層板的翹曲等均會(huì)造成瀝青罩面層的內(nèi)部損傷甚至是產(chǎn)生裂縫。

5)新建復(fù)合式路面水泥板下設(shè)置復(fù)合土工膜，使得水泥混凝土基層板呈完全滑移狀態(tài)，對(duì)路面防反射裂縫不利。

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1008-844X(2017)02-0013-03

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