摘要 為研究高速公路裂縫形成的機理，文章針對成宜高速裂縫擴展情況，分析了路面結(jié)構(gòu)層間的界面黏結(jié)、超載和層剛度條件對路面裂縫產(chǎn)生、擴展的影響。研究結(jié)果表明：（1）研究路段中龜裂裂縫是主要的失效形式，是由于路面結(jié)構(gòu)層的滑移和超載引起的疲勞破壞。（2）界面結(jié)合不良顯著影響水平和垂直應變分布，降低了路面使用壽命。（3）超載比脫黏對車轍影響更為顯著，基層剛度的變化會加劇路面裂縫的擴展過程。

關(guān)鍵詞 瀝青路面；龜裂；黏結(jié)界面；超載；疲勞壽命

中圖分類號 U418.6 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0112-03

0 引言

公路作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其質(zhì)量和安全性對于保障人們的出行和物流運輸至關(guān)重要。然而，隨著使用時間的增加，公路可能會出現(xiàn)裂縫，這不僅影響其美觀度，更重要的是可能影響其承載能力和安全性。通過研究公路裂縫的形成機理，可以更深入地了解裂縫產(chǎn)生的原因和過程，從而為預防和修復裂縫提供理論支持[1]。這對于延長公路的使用壽命，確保道路的暢通和安全具有重要意義。通過合理的養(yǎng)護措施，可以及時發(fā)現(xiàn)并處理裂縫，防止裂縫的擴大和惡化，從而保障道路的通行能力和安全性。

當前，對于公路裂縫形成機理及養(yǎng)護措施的研究已經(jīng)取得了一定的成果。在裂縫形成機理方面，韓云峰[2]等通過實地調(diào)查、實驗研究和數(shù)值模擬等方法，深入研究了裂縫的產(chǎn)生原因和演化過程。裂縫的形成是一個復雜的過程，受到多種因素的影響，如材料性質(zhì)、環(huán)境條件、荷載等，因此仍需進一步深入研究[3-4]。在養(yǎng)護措施方面，目前國內(nèi)外研究者提出了多種方法，如裂縫修復、防水層加固、排水設(shè)施完善等。然而，馬磊[5]等指出由于不同地區(qū)的公路狀況和環(huán)境條件不同，需要針對具體情況選擇合適的養(yǎng)護措施?？偟膩碚f，雖然目前對于公路裂縫形成機理及養(yǎng)護措施的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但仍存在許多需要進一步研究和解決的問題。因此，需要更加深入地探討裂縫的形成機理，同時，結(jié)合實際應用情況，提出更加有效的養(yǎng)護措施。

針對成宜高速路面結(jié)構(gòu)中既有密級配瀝青混合料面層（AC層），存在裂縫、黏結(jié)條件差、超載程度、瀝青層厚度、基層/底基層狀況，是導致路面出現(xiàn)早裂、車轍的主要原因。該文主要針對成宜高速路面開裂的情況，通過對K50+10和K200+20兩個位置處的裂縫情況分析，找出路面過早失效的主導因素，為公路養(yǎng)護及維修提供參考。

1 公路路面裂縫形成分析

該文對K50+10和K200+20兩個測點進行了現(xiàn)場調(diào)查，包括現(xiàn)場取芯、瀝青含量測試和動態(tài)貫入試驗等。評價裂縫形態(tài)和界面黏結(jié)狀況，研究瀝青含量和集料級配與路面病害的關(guān)系，分析路基穩(wěn)定性對路面裂縫的影響。研究路段瀝青層厚度包括覆蓋層和現(xiàn)有AC層85～90 mm（覆蓋層40 mm和現(xiàn)有AC層50 mm），并根據(jù)我國《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2017），結(jié)合實際交通量，組成計算路面結(jié)構(gòu)層的受力及疲勞特征。

1.1 路面瀝青層裂縫開裂模式與機理分析

瀝青層取芯是確定瀝青層厚度、界面黏結(jié)狀況、裂縫形態(tài)、鋪裝質(zhì)量（離析、剝離）等的常規(guī)技術(shù)。在K50+10和K200+20兩個調(diào)查地點共采集了35個路面樣品（濕法取心），經(jīng)統(tǒng)計分析，路面裂紋形態(tài)可分為6種（如圖1所示）。

由圖1可以看出，粗集料與瀝青的剝離是造成路面開裂的主要原因之一，這主要是集料和瀝青的黏附性不足造成的剝離現(xiàn)象，黏附性能越差，路面裂縫將由面層向下萌生和擴展，并顯著降低路面剩余使用壽命；在兩層界面結(jié)合程度不同的情況下，兩層全體開裂和未開裂的樣品最多11個。在覆蓋層與AC層界面發(fā)現(xiàn)了6個裂紋試樣，在AC層與基層間發(fā)現(xiàn)了10個裂紋試樣，在6個裂紋試樣中，發(fā)現(xiàn)兩種界面結(jié)合不良，由此可見，界面脫黏與路面開裂之間存在著密切的聯(lián)系。路面的疲勞裂縫通常發(fā)生在瀝青層底部，或加鋪層底部，或已有AC層底部，稱為反射裂縫。所取樣品中只有2個試樣出現(xiàn)了自頂向下的偏析裂紋擴展，其余5個覆蓋層裂紋出現(xiàn)了界面脫黏。分析發(fā)現(xiàn)較厚路面層發(fā)生自上而下開裂，瀝青厚度為161 mm，而面層完全開裂的路面中瀝青厚度為107 mm。因此，路面裂縫在初期發(fā)生時，由于黏結(jié)不良，即覆蓋層與基底的黏合不夠牢固，導致自底向上的裂紋出現(xiàn)；隨著公路服役時間的增加，基層疲勞現(xiàn)場發(fā)生，會在AC層產(chǎn)生反射裂縫。

1.2 骨料級配和瀝青含量對路面裂縫的影響

為了研究裂縫與骨料級配和瀝青含量之間的關(guān)系，對K50+10測點的15個巖心樣品進行了5次磨損層的瀝青提取試驗，2個未裂樣品的瀝青含量分別為4.95%和5.58%；3個開裂樣品的瀝青含量分別為5.44%、5.82%和4.8%。該位置瀝青磨耗層集料級配如圖2所示。由圖2可以看出，一個開裂和兩個未開裂的樣品的級配線都落在集料級配上限和下限限值之外。雖然從取芯的2個樣品中可以直觀地發(fā)現(xiàn)剝離現(xiàn)象，但路面開裂、骨料級配和瀝青含量之間沒有具體的關(guān)系。

1.3 基層穩(wěn)定性對路面裂縫的影響

在K200+20測點位置上，分別對對應車道的左輪路徑和未裂面、部分裂面和全裂面的三個相同位置進行了6次動態(tài)貫入試驗，貫入試驗在基層厚度35～130 mm范圍內(nèi)停止，實驗結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，所有位置的加州承載比（CBR）值在19%～82.6%之間變化，這說明基層結(jié)構(gòu)狀況良好，根據(jù)現(xiàn)行公路設(shè)計規(guī)范要求，基層CBR應大于80%；開裂表面對應基層的CBR值低于未開裂表面。右車道CBR值高于左車道，是由于右車道車輛存在重載交通，從而導致各路面結(jié)構(gòu)層壓實程度較高。

通過上述現(xiàn)場取樣及實驗分析發(fā)現(xiàn)，成宜高速存在的主要裂縫為龜裂裂縫和車轍，裂紋的擴展方向存在超載現(xiàn)象，裂縫形態(tài)以自底向上為主。界面黏結(jié)條件與開裂密切相關(guān)，瀝青的高溫敏感性是局部脫膠的原因之一，骨料級配及瀝青含量與路面裂縫形成無直接關(guān)系，路基層的穩(wěn)定性越高，路面裂縫越少。

1.4 瀝青路面裂縫開裂機理分析

K50+10和K200+20位置處路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部各層界面處的應變變化，如圖4所示。由圖4可以看出，在全黏結(jié)路面中，最大拉應變出現(xiàn)在已有AC層底部，而在AC-AC層脫黏結(jié)情況下，臨界拉應變出現(xiàn)在加鋪層底部，且高于黏結(jié)層的最大拉應變。

由于車輛荷載作用，將會導致路面的疲勞和車轍現(xiàn)場的出現(xiàn)，新加鋪層和現(xiàn)有AC層的界面滑移狀態(tài)均為臨界狀態(tài)，兩層疲勞壽命如圖5所示。由圖5可以看出，覆蓋層底部應變受兩種界面滑移率的影響較大，而現(xiàn)有AC層底部應變僅受AC-基層界面滑移率的影響。在兩種界面全滑移狀態(tài)下，考慮覆蓋層底部應變時，疲勞壽命降低了56%，而在AC-基層界面全滑移狀態(tài)下，AC層底部存在應變時，疲勞壽命較黏結(jié)狀態(tài)降低了87%。

2 結(jié)論

該文對成宜高速K50+10和K200+20兩個位置處的裂縫擴展及破壞機理進行了分析，得出以下結(jié)論：

（1）通過現(xiàn)場取樣分析，龜裂裂紋是主要的失效形式，其次是車轍。短裂紋由橫向裂紋引起，橫向裂紋與滑移破壞和超載有關(guān)。界面剝離和現(xiàn)有AC層裂紋向覆蓋層的反射與路面結(jié)構(gòu)層有很強的相關(guān)性。界面剝離、超載和基層剛度變化是路面過早破壞的主導因素。

（2）在50%超載的情況下，黏合路面車轍荷載的重復次數(shù)超過了實際的一年交通流量，但即使在100%超載的情況下，疲勞壽命仍然很好。從服役壽命方面考慮，AC層－基層界面全滑移的情況下，再加上50%的過載，由此產(chǎn)生的路面破壞效果，可以超過車輛荷載重復作用1年的作用效果?，F(xiàn)有AC層剛度的增加對路面壽命的降低沒有顯著影響，而基層剛度的變化對路面壽命有顯著影響。

（3）為提升路面結(jié)構(gòu)性能，減少裂縫產(chǎn)生，在進行公路日常養(yǎng)護維修中，現(xiàn)有的AC層加鋪前必須對加鋪層的黏結(jié)情況進行調(diào)查，常規(guī)加鋪層只有建立適當?shù)倪^載控制才能發(fā)揮應有的作用。

參考文獻

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