高速公路建設(shè)是一個國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分,是帶動地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素。我們在關(guān)注高速公路建設(shè)迅猛發(fā)展的同時，也需要對公路管理與養(yǎng)護(hù)展開深入研究。若沒有對路面初期病害及時控制，將會大大縮短瀝青路面的使用壽命。瀝青路面的最主要受損形式是開裂，龐世華等[1]認(rèn)為，車荷載是導(dǎo)致瀝青路面開裂的主要原因，并針對這一因素制定了防控措施。但這一觀點(diǎn)忽略了天氣、溫度變化等因素對瀝青路面產(chǎn)生的影響，使得防控效果不夠理想?；诖?，本文分析不同形式高速公路瀝青路面裂縫的開裂原因，并提出相應(yīng)的防控措施，以期為實(shí)現(xiàn)對瀝青路面開裂的有效防控提供借鑒和參考。

1.高速公路瀝青路面開裂原因分析

由于行車荷載的反復(fù)作用，高速公路行車道的輪跡處常產(chǎn)生縱向裂縫，表面開裂后再受到雨雪天氣積水的影響，會造成路基含水量的變化，在超重車輛的荷載作用下，形成縱向裂縫。橫向裂縫一般產(chǎn)生于瀝青路面中線處，并與其相垂直。瀝青材料對于溫度的變化較為敏感，由于氣溫的突然升高或降低，基層所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力較大，其數(shù)值大于瀝青面層的抗拉強(qiáng)度時，則會導(dǎo)致開裂[2]。而網(wǎng)狀裂縫的產(chǎn)生與外界的影響因素?zé)o關(guān)，主要是由瀝青混凝土路面整體強(qiáng)度所導(dǎo)致。而對于高速公路的半開空隙結(jié)構(gòu)，其局部離析則較為嚴(yán)重[3]。

2.高速公路瀝青路面開裂防控措施

高速公路瀝青路面開裂防控措施，需根據(jù)措施的應(yīng)用目的及應(yīng)用效果來決定。在開裂防控過程中，其措施的實(shí)施要適用于高速公路等級、交通量以及基礎(chǔ)路面狀況等，并且具備經(jīng)濟(jì)效益性[4]。

2.1 抗裂機(jī)理分析

現(xiàn)行的高速公路多采用半剛性基層瀝青材料，具有較好的抗拉、抗疲勞度和水穩(wěn)特性，但在氣溫變化、車輛荷載以及路面各結(jié)構(gòu)層的相互作用下，會不可避免地產(chǎn)生細(xì)微裂紋。這些細(xì)微裂紋在外力影響下持續(xù)擴(kuò)展，形成宏觀裂紋，最終形成基層裂縫。基層裂縫在受到應(yīng)力作用后，向?yàn)r青面層與底基層反射，最終使瀝青面層和底基層產(chǎn)生開裂。因此，利用表征振動成型骨架密實(shí)水泥穩(wěn)定碎石基層，可增強(qiáng)斷裂韌度、增加裂紋擴(kuò)展阻力，從而達(dá)到減緩裂紋擴(kuò)展速率的目的。

應(yīng)力強(qiáng)度因子表達(dá)式如式（1）所示：

斷裂韌度計算過程如式（2）所示：

考慮到循環(huán)載荷作用的影響，根據(jù)混凝土的損傷演化方程，得到疲勞開裂演化結(jié)果，如式（3）所示：

由此可知，裂紋長度與損傷程度及疲勞壽命皆成反比。

裂紋擴(kuò)展速率計算過程如式（4）所示：

由于初始裂紋的長度與其擴(kuò)展速率成正比，則損傷階段的裂紋擴(kuò)展速率計算式如式（5）所示：

裂紋擴(kuò)展阻力曲線的獲取過程如式（6）所示：

由此可知，裂紋擴(kuò)展阻抗應(yīng)力強(qiáng)度因子隨著裂紋擴(kuò)展長度與斷裂韌度的增大而增大，三者之間的變化關(guān)系成正比。

2.2 薄層罩面材料選擇

纖維瀝青混凝土薄層罩面，是一種經(jīng)濟(jì)、有效的路面修復(fù)方式，且防水能力強(qiáng)。本研究選擇膠粉摻量為20%的80目橡膠粉和基質(zhì)瀝青，其施工技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 橡膠瀝青的技術(shù)指標(biāo)

將平整度、抗滑性能、降噪音性能、延長使用壽命性能和防水性能作為判斷指標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)：上述設(shè)計的薄層罩面的各項(xiàng)應(yīng)用性能均為主要效果。

3.防控措施應(yīng)用效果測試

3.1 測試準(zhǔn)備

利用ANSYS軟件模擬某高速公路建設(shè)的實(shí)際施工情況，其中，面層材料為中粒式密級配瀝青混凝土，上面層型號為AK-16A，中面層型號為AC-25I，下面層型號為AC-30I。在面層材料下部的穩(wěn)定碎石層設(shè)置裂縫，并將輪載設(shè)置為BZZ-100(0.9MPa)，溫度設(shè)計在15℃～20℃之間。設(shè)定瀝青面層頂面降溫ΔT=-10℃，其余實(shí)驗(yàn)所需參數(shù)如表2所示。

3.2 測試結(jié)果分析

利用ANSYS 軟件模擬得出基層與面層內(nèi)的拉應(yīng)力與剪應(yīng)力分布情況，對比應(yīng)用文獻(xiàn)1中的瀝青抹縫措施（傳統(tǒng)措施1）、文獻(xiàn)2中的擴(kuò)展有限元分析養(yǎng)護(hù)防控措施（傳統(tǒng)措施2）和所提出措施后的應(yīng)力情況，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，應(yīng)用所提出的防控措施后，剪應(yīng)力相比于傳統(tǒng)措施明顯減小。因此，本研究提出的措施能夠有效減小裂縫上端瀝青加鋪層底部的剪應(yīng)力，且消散作用明顯。在非對稱荷載作用下，面層與基層內(nèi)的應(yīng)力變化情況如圖1所示。

表2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

表3 不同措施底面層底部應(yīng)力情況對照

圖1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比圖

由圖1可知，本文所提出的防護(hù)措施能夠使對應(yīng)裂縫尖端區(qū)域的應(yīng)力狀況得到明顯改善，與傳統(tǒng)措施相比，延緩了低面層中反射裂縫的產(chǎn)生，減小了裂縫的擴(kuò)展速率。

4.結(jié)語

本文研究分析了高速公路瀝青路面開裂的主要原因，并結(jié)合纖維瀝青混凝土薄層罩面提出了新的防控措施。仿真對照實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比傳統(tǒng)防控方法，本文采用的方法能夠使裂縫尖端區(qū)域的應(yīng)力得到明顯改善，減小了偏荷載作用下的應(yīng)力值，有效控制了瀝青路面的開裂現(xiàn)象。同時，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了該措施在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的效果優(yōu)于傳統(tǒng)的防控措施。