新建复合式路面反射裂缝成因分析

薛政柄，邓星鹤

(1. 广东二广高速公路有限公司，广东 清远 513300; 2. 广东华路交通科技有限公司道路研究所，广东 广州 510420; 3. 公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心，广东 广州 510420)

新建复合式路面反射裂缝成因分析

薛政柄1，邓星鹤2,3

(1. 广东二广高速公路有限公司，广东 清远 513300; 2. 广东华路交通科技有限公司道路研究所，广东 广州 510420; 3. 公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心，广东 广州 510420)

在对广东省多条常规复合式路面反射裂缝统计分析的基础上，总结常规复合式路面反射裂缝产生的原因及发展规律，并在此基础上以二广高速公路怀集先行试验段养护为依托工程，对新建的复合式路面反射裂缝成因进行了分析，为二广高速公路怀集先行试验段的路面养护提供指导。

复合式路面;新建;反射裂缝;成因分析

0 前言

由两层不同类型和力学性质的结构层复合而成的路面称之为复合式路面。复合式路面结构主要包括碾压混凝土基层加沥青罩面层(RCC+AC)和水泥混凝土基层加沥青面层(CC+AC)两类，其中CC+AC结构较为普遍，其又以旧水泥路面加铺沥青层较为常见，下称之为常规复合式路面。复合式路面结构因基层板与沥青罩面层属于刚柔结合，其典型病害为反射裂缝，通常在基层与沥青罩面层之间设置防反材料来延缓反射裂缝的发生，防反材料主要有玻纤格栅、聚酯玻纤布、橡胶沥青应力吸收层等。近年，部分省份亦对新建水泥混凝土路面加铺沥青层这类结构进行了尝试，下称新建复合式路面。新建的复合式路面结构和常规的复合式路面结构存在较大差别，其反射裂缝的成因也存在一定的差别，对其反射裂缝成因进行分析有助于后续的路面养护。

1 常规复合式路面

1.1 反射裂缝发展情况

常规的复合路面结构为旧水泥混凝土路面加铺沥青层，广东省内的典型复合路面项目及其罩面层厚度、层间防反措施、旧水泥路面脱空判别标准等见表1所示。

表1显示：①常规的复合路面旧水泥板脱空判别一般采用贝克曼梁法测试，判别标准一般选取板角弯沉大于0.02 mm，部分项目放宽了脱空判别标准，如深汕西和梅河分别提高到0.38 mm和0.4 mm，总体呈现为沥青罩面层厚度越薄，其脱空判别标准越高；②沥青罩面层厚度由6～18 cm均有分布；③层间处治以玻纤格栅加改性沥青碎石下封层为主，部分项目亦采用了橡胶沥青应力吸收层和聚酯玻纤布加改性沥青碎石下封层。

表1 复合路面结构基本信息

为总结复合路面的使用效果，对上述6个项目自通车以来的裂缝反射情况进行统计汇总，见图1、图2所示。

图1显示：①不同罩面厚度、不同的延缓反射裂缝的措施均未能完全消除反射裂缝的发生，在通车2～3 a均会出现反射裂缝，部分路段甚至在通车第2年即出现反射裂缝；②橡胶沥青应力吸收层延缓反射裂缝的效果较好，如广珠东复合路面通车4 a后的裂缝反射率仅8.4%。

图2显示：罩面层厚度越厚，其裂缝反射速率越低；如罩面层厚度达18 cm的佛开高速通车前3 a的平均反射速率仅0.9%，罩面层厚度7 cm的汕梅高速前3 a的平均反射速度则达到了8.7%。

图1 各复合路面项目反射裂缝发展情况

图2 罩面层厚度与裂缝反射率的关系

1.2 反射裂缝的产生机理

普遍认为，温度变化和交通荷载是引起反射裂缝的两大主要因素。交通荷载主要引起加铺层的剪切型反射裂缝，在车轮偏荷载的作用下，接缝两侧的变形差过大而引起沥青加铺层的剪切破坏(见图3)。温度变化主要引起加铺层张开型反射裂缝。温度变化使得路面结构产生两种变形(见图4): 一种是由于温度下降使水泥混凝土板产生较大的温缩而引起接缝处张开变形；另一种是由于昼夜温差在各结构层中的不均与分布，且各层材料的热膨胀系数差异较大，造成水泥混凝土板收缩及翘曲而导致接缝处的沥青加铺层张开变形。第二届反射裂缝国际会议形成了以下共识：温度应力引起反射裂缝的产生，并参与了其最初的扩展，荷载应力则加速了裂缝的进一步扩展。

图3 荷载型反射裂缝

图4 温度型反射裂缝(张开型)

2 新建复合式路面

二广高速公路怀集先行段试验路采用新建的复合式路面结构。路面结构为7 cm PG82GAC — 20面层+30 cm水泥混凝土基层+一布一膜滑动封层+22 cm水泥稳定碎石底基层；层间防反采用聚酯玻纤格栅加改性沥青碎石下封层。通车后整体交通量不大，日平均交通量维持在1.5万～1.7万辆，大客车及中型以上的各种货车交通量约为780辆/(d·车道)，属于中等级交通，重车占比约为33%～35%。

2.1 反射裂缝发展情况

该试验路通车已近3 a，通车第1年仅局部位置出现少量的反射裂缝，通车第2年其裂缝反射率为10.3%，通车第3年反射裂缝急剧发展，裂缝反射率达61%。如图5。

图5 新建复合路面反射裂缝发展情况

2.2 反射裂缝原因分析

与常规的复合式路面相比，该新建的复合式路面其反射裂缝存在两个特点：一是反射裂缝出现的时间早；二是裂缝发展速率快。而从新建复合式路面和常规复合式路面的特点来看，则新建复合路面与常规复合路面存在以下几点异同：

相同点：新建复合式路面和常规的复合式路面均为复合式路面结构。

不同点：①水泥混凝土基层厚度为30 cm，较一般的水泥混凝土板要厚；②水泥混凝土板是新浇板，切缝还未发展为真缝，罩面完成后其切缝仍在继续发展；③水泥混凝土板为新浇筑，在铺筑沥青层后其本身还存在一定的干缩，发生干缩时，不可避免地在沥青层底产生一个拉应力；④水泥混凝土基层下设置有复合土工膜隔离层，该材料使得水泥混凝土基层和水稳碎石底基层呈完全分离状态，即水泥混凝土板的纵横向变形都是自由的。

复合式路面的反射裂缝的两大基本因素为温度和荷载应力，此处不再赘述其机理。这里主要从新建复合式路面和常规复合式路面异同点来分析其反射裂缝发展规律迥异于常规复合式路面的原因，以此为后续的路面养护提供理论依据和指导。

2.2.1 假缝的继续发展

本试验段水泥混凝土基层横向假缝深度为6 cm，即水泥混凝土基层横向切缝位置仍有24 cm未断开。参考广东省内其他项目经验可知，假缝发展为真缝大约需要1～2个月的时间。本试验段中沥青面层和水泥混凝土基层摊铺间隔大部分在2个月以内；此时，水泥混凝土基层的假缝未完全发展成真缝，相当于水泥混凝土基层板块较长，而水泥混凝土和沥青混凝土的线收缩系数差异较大，则在温升和温降过程中，它们是差异性的变形。则在假缝发展为真缝的过程中，沥青层承受频繁的拉压应力，该拉压应力将不可避免地造成沥青层内部发生损伤甚至是出现裂缝。

2.2.2 水泥板的干缩

新浇筑的水泥混凝土基层板在养生结束后，其板体较为潮湿，含水量较高，在铺筑罩面层后，板体逐步发生干缩，干缩时其不可避免地在切缝处的罩面层底部产生一个持续增大的拉应力。且干缩时水泥混凝土板底是完全自由的，则板体干缩时变形量更大，对沥青层的拉应力更大。

2.2.3 水泥板的翘曲变形大

广东省气候特点是高温多雨，夏季路表最高温接近60 ℃左右，本试验路沥青层厚度仅为7 cm，厚度较薄，较薄的沥青层使得其下水泥混凝土基层受温度影响较大，基层板易发生较为严重的翘曲变形，而本项目的水泥混凝土板的厚度为30 cm，厚度较厚，其顶部与底部的温差相对较大，混凝土板发生的翘曲变形较大。板体升温和降温过程中沥青层均承受一次向接缝两侧的拉应力，一天的温度变化按一次升温和降温，则沥青层一天承受2次循环的拉应力。本项目出现反射裂缝是在路面通车约7个月时出现，即沥青层承受420次左右的循环拉应力。

综合常规的温度和荷载应力，加之上述新建复合式路面的3个特定因素，造成该新建复合式路面试验段较快地出现反射裂缝，且反射裂缝发展速率较快。本新建复合式路面结构反射裂缝发展过程总结起来可归纳为图6所示。在a、b过程中水泥混凝土基层板的干缩以及假缝的发展等为新建复合式路面所特有，c、d过程则与常规的复合式路面无异；其中c、d过程中裂缝的出现有两种情况：一是以单缝的形式出现，二是以双缝或者三缝形式出现，此类原因分析较多，此处不再赘述。

图6 新建复合路面反射裂缝发生过程示意图

3 结语

本文在对常规复合式路面应用效果及反射裂缝发展规律总结分析的基础上，对新建复合式路面反射裂缝产生的原因进行分析，得出以下结论：1)橡胶沥青应力吸收层较常用的玻纤格栅，其延缓反射裂缝效果要好。

2)复合式路面中，沥青罩面层厚度越厚，其裂缝反射至路面的时间越晚，裂缝发展速率越低。

3)复合式路面反射裂缝的成因主要与荷载和温度相关。

4)新建复合式路面的干缩、假缝的发展以及水泥混凝土基层板的翘曲等均会造成沥青罩面层的内部损伤甚至是产生裂缝。

5)新建复合式路面水泥板下设置复合土工膜，使得水泥混凝土基层板呈完全滑移状态，对路面防反射裂缝不利。

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

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