道路整治中反射裂缝的处理研究

黄勇赈

摘要：本文从产生机理及防治措施等角度对反射裂缝进行了阐述，对指导反射裂缝处治有积极意义。

关键词：拉应力、加铺层、栅格

随着城市的高速发展，市政工程建设也越来越火。市政工程建设中，道路“白改黑”或沥青路面罩面占据重要席位。这种工程看似简单，但往往治理效果并不好，经常出现刚治理后的路面没过多久又出现裂缝。造成这种现象的原因有多种，其中很重要的一个原因是没有对反射裂缝进行有效的处理。因此，十分有必要对反射裂缝进行分析研究。

一、产生机理

反射裂缝是由于旧面层接缝或裂缝附近的位移引起接缝或裂缝上方沥青加铺层内出现应力集中造成的。旧面层在接缝或裂缝附近的位移，包括由于环境温度的变化而引起的旧面层板的水平向伸缩和由于荷载作用而引起的旧面层板边缘的竖向弯沉。沥青加铺层粘附在旧面层上，旧面层板因温度下降而收缩时，由于旧面层与加铺层的层间粘附阻力，而带动沥青加铺层出现相应的收缩变形。混凝土板的收缩围绕两条接缝(或裂缝)间的中线向内进行，因而板降温石灰导致接缝(或裂缝)上方的沥青加铺层内出现集中的拉应力，当拉应力超过沥青混合料抗拉强度时，加铺层便会出现开裂，拉应力大小随旧面层板的收缩变形量和层间的粘附阻力而变化。

车轮荷载驶经接缝(或裂缝)时，旧面层的驶近板先向下弯沉，随后驶离板向下弯沉而驶近板回复，因而接缝(或裂缝)两侧的板端出现弯沉差，使接缝上方的沥青加铺层经受较大的弯拉应力和剪切应力。此弯拉应力和剪切应力如超过沥青混合料的弯拉强度和抗剪强度，在接缝(或裂缝)处的沥青加铺层便会出现反射裂缝。旧面层板越薄，接缝(或裂缝)处的传荷能力就越弱。基层的刚度小，则轮载作用下的弯沉差便越大，而沥青加铺层便越可能出现反射裂缝。同时，轮载和作用次数的增加，也会加剧反射裂缝的出现。

由于所处环境不同，因此反射裂缝的产生原因也不一样。对于主要因温度原因而引起的反射裂缝的情况，可以采用降低加铺层与旧面层间粘附阻力及增加加铺层抗拉强度的措施。而对于主要因荷载作用而产生反射裂缝的情况，则采用降低接缝处板边弯沉量以及提高加铺层弯拉强度和剪切强度的措施。

二、防治反射裂缝的措施

随着纺织业以及材料技术的发展，国内外研究人员先后尝试了各种方法和材料以防止或延缓反射裂缝的产生和发展，主要采用措施有如下几种:

2.1、锯切横缝

在沥青加铺层上，对准旧混凝土面层的横缝锯切出新的横缝，并在开放交通前，尽早在缝内填入封缝料，以保证接缝有效地密封，防止水或异物进入。预先锯缝，可以为释放加铺层内因温度收缩受阻产生的拉应力提供预定的不连续断面位置，从而控制随意裂缝的出现。这种措施可以减少反射裂缝、接缝处的边缘破裂，但必须做好接缝的养护(有效密封)工作。同时，这种措施适用于旧路面结构状况良好(或者对损坏板己进行处理)，接缝处板边弯沉量较小的混凝土路面，美国的实践表明，这项措施的效果较好。

2.2、加厚加铺层

增加加铺层厚度，一方面可以减少旧面层的温度变化，并降低加铺层的拉应力，另一方面可以增加路面结构的弯曲刚度。降低接缝处的弯沉差，减少加铺层的剪切应力。同时，对于较厚的加铺层来说，裂缝有加铺层底部扩展到顶面需要经历较长的距离，即可以延长其使用寿命。

但单纯依靠增加加铺层厚度的方法有其弊端，一方面增加加铺层厚度可能受到路面标高的限制，另一方面增加加铺层厚度，必将大幅度增加路面造价;而且在夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙，同时会消弱由于旧水泥混凝土板作基层而产生的强基薄面的优势，故而这一方法有很大的局限性。

2.3、裂缝缓解层

沥青加铺层所需的厚度超过200mm—225mm时，其下面层90mm可以采用由开级配沥青碎石混合料组成的裂缝缓解层。混合料含有25%—35%的连通空隙，使旧面层板接缝(或裂缝)处的弯沉差难以影响到沥青加铺层的上层，从而减少反射裂缝产生的可能性。

由于开级配沥青碎石混合料含有大量空隙，需妥善处理表面渗入水的排除。可以采用设置路面边缘纵向排水系统的方案，汇集和排除渗入此层内的表面水，或者将裂缝缓解层做成全宽式，使表面渗入水横向流出路堤边坡外。

2.4、破碎和固定

在旧混凝土面层的结构损坏较严重，断板率较高，对损坏板进行修复后再采取其他措施已不经济时，可以对旧面层板进行破碎和固定。由于面层板破碎后的板块尺寸减小，温度下降时的收缩位移大大降低，从而也降低了加铺层的拉应力。同时，接缝和裂缝两侧板块弯沉量和弯沉差也随板块尺寸的减小而降低。然而，破碎大大降低了旧面层的结构刚度，使破碎混凝土层的性状处于柔性与半刚性之间。

旧面层破碎和固定后，须清除接缝和裂缝内的松散混凝土和杂物，然后摊铺沥青混合料整平层，填补所有裂缝、接缝和不平处，再在其上铺筑加铺层(粘结层和上面层)。但实践证明在最初几年可有效的减少反射裂缝，但4—5年后反射裂缝仍会大量出现。

2.5、设置夹层

在旧混凝土面层和加铺层之间设置夹层，可以使沥青加铺层底面的应力或应变因离开应力集中的接缝(或裂缝)端部而降低，同时也可改变加铺层结构(包括夹层在内)的抗拉和抗剪能力。迄今所采用的夹层种类很多，它们可以分为三大类。

(1)橡胶沥青应力吸收夹层这是一种高弹性低劲度的软夹层。其作用为降低旧面层与加铺层之间的粘附阻力，使二者易于蠕动、滑移，从而减少温度下降引起的反射裂缝。同时，由于隔开了接缝(或裂缝)端部，它可以降低加铺层底面的载荷能力。

(2)土工织物夹层包括聚丙烯或聚酷织物和聚乙烯、聚丙烯或聚醋无纺织物。无纺织物夹层的主要作用与橡胶沥青应力吸收夹层相似。而织物由于模量稍高，可对加铺层起少量的加筋作用。

(3)格栅包括聚丙烯或聚酷土工格栅、玻璃格栅和金属格栅。刚度大的夹层对于降低加铺层内因温度下降而引起的应力和应变的作用不如软夹层，但对于降低荷载产生的应力应变的作用则远大于软夹层，采用复合式夹层(下层为应力吸收层，上层为金属格栅)，虽然可以象软夹层那样减少温度引起的反射裂缝，但仍保留了软夹层不能降低加铺层荷载应力的缺点。

因此，各种夹层具有不同的刚度，在减少反射裂缝方面所起的作用也不同。软夹层在减少温度引起的反射裂缝中可起到重要作用，但在降低荷载应力方面作用不大，甚至可能有不良影响，而刚(劲)度与沥青加铺层材料相近的硬夹层，则对降低荷载产生的反射裂缝最为有效，但在减少温度引起的反射裂缝方面不如软夹层有效。因而，在选择夹层类型时，应对诱发反射裂缝的主要原因以及不同夹层减缓反射裂缝的效果进行具体分析。

三、结束语

以上措施在减缓旧水泥混凝土路面沥青混凝土加铺层反射裂缝方面都起到一定的作用。但是都存在一定的局限性。采用单纯依靠增加沥青加铺层厚度的方法延缓反射裂缝，一是不经济;二是在夏季高温情况下，沥青加铺层容易产生车辙;三是没有充分利用旧水泥混凝土板作为基层的强度优势。设置夹层仅能防止因温度收缩引起的水平位移所产生的开裂，而对荷载作用下产生的竖向相对位移就显得不足。另外，使用该措施时对水泥混凝土板的要求较高，需要在铺设前对接缝处进行填缝处理，且填缝料填塞要适度，如果填塞不足，将使粘结土工织物的沥青乳液进入板缝，导致土工织物与混凝土板粘结不充分，也影响防裂、防水性能等等。因此，关于旧水泥混凝土路面沥青加铺层诸多问题还有待进一步研究。

参考文献：

【1】 曹东伟,郝大力,韩瑞民. 土工网格加强沥青砼路面结构的力学分析[J]重庆交通学院学报, 2000,(01).

【2】 张起森,郑健龙,刘益河. 半刚性基层沥青路面的开裂机理[J]土木工程学报, 1992,(02).

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。