道路纵横向裂缝成因及防治
摘 要：采用刚性基层和沥青砼面层的设计的的公路，路面不同程度的出现了裂缝病害，尤其是横向裂缝较多。本文对纵向、横向、反射裂缝的成因及对公路造成的危害进行了分析，并对提出了对纵向、横向、反射裂缝的预防措施和治理措施。
关键词：沥青；纵横；裂缝；成因；防治
近年来，我国公路建设高速发展，公路采用刚性基层和沥青砼面层的设计较为普遍。路面所产生的一系列病害也是不容忽视的问题, 其中裂缝就是最主要的破坏形式之一，尤其是横向裂缝较多。路面一旦出现裂缝就很容易导致水的下渗，当外荷载作用时在结构层内部产生冲刷，从而导致裂缝发展加快，如此往复的恶性循环最终使得路面承载力整体下降。从地域范围上讲，无论是北方冰冻区，还是南方非冰冻区，调查显示在竣工后一年内都出现了不同程度的开裂，这就要求我们工程技术人员必须在工程的各个环节都关注和研究裂缝问题，这将有利于对早期病害的预防，并对延长沥青路面的使用寿命起到重要作用。
现在笔者就我国的部分公路发生的一些裂缝病害成因、危害以及防治情况做一研究。
一、道路裂缝形成的原因
泾隆、固西公路道路裂缝分为横向裂缝和纵向裂缝，但主要是横向裂缝较多，占路面裂缝的80%。横向裂缝、纵向裂缝、反射裂缝指沿着道路中线大致相垂直、平行、斜交的方向产生的裂缝，这几种裂缝往往在行车和温度作用下逐渐扩展，最终贯穿板厚将混凝土板分割成两块或多块；叉裂缝是指裂缝相互交叉，将板分割为三块以上（又称破碎板) 。 通过几年来的观察和研究，针对以上几种裂缝产生原因上具表述如下：
（一）横向裂缝形成的原因：
横向裂缝可分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝。
荷载型裂缝是由于车辆荷载作用产生的裂缝。由于其路面抗弯拉强度比抗压强度低得多，因而在行车荷载作用下，当弯拉应力超过其的极限弯拉强度时，便会发生断裂破坏。当荷载作用下产生的拉应力大于路面材料的抗拉强度时，就会导致沥青面层或基层产生裂缝。随着荷载作用次数的增加，裂缝逐渐扩展，最终产生网裂或龟裂等疲劳破坏。在行车荷载的反复作用下，底部的裂缝会逐渐扩展到上部，并使沥青面层产生开裂破坏。横向裂缝的出现与车辆荷载作用有很大的关系。荷载型裂缝产生的原因还有：
1、路面结构不合理或厚度不足，在行车负载的反复作用下，特别是在重车作用下，路面强度明显不能满足行车要求，路面很快破裂；
2 、随着交通量迅速增长和汽车载重明显增大路面强度日趋不足，路面的回弹弯沉逐渐增大，部分路面轮迹带上产生纵向裂缝和形变而造成网裂；
3、稳定层施工质量不好，在底部留有素土夹层，这些素土夹层成为路面中的软夹层，致使面层产生块状裂缝，搅和料不均匀导致强度不均匀强度低的地方就松散、脱落，以致造成坑洞。
非荷载型裂缝是横向裂缝的主要表现形式，它的产生原因如下：
1、收缩裂缝可分为因温度变化而造成的温缩和因含水量变化而造成的干缩两种。水是影响温缩与干缩的重要因素, 特别是对半刚性基层的干缩影响极大。半刚性基层在压实之后, 由于水的蒸发和混合料内部发生水化作用, 混合料的水分会不断减少。由于水的减少而发生的毛细作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或胶体间水的作用和碳化收缩作用等会引起基层体积收缩。温度收缩性裂缝：沥青未达到适合于本地区气候条件和使用要求的质量标准，致使沥青面层温度收缩或温度疲劳应力（应变）大于沥青混合料的抗拉强度（应变）。当当地气候昼夜温差相当大时，沥青而层中产生较大的温度应力重复作用亦造成温度
疲劳开裂，以横向裂缝居多。
2、另外构造物与邻接路面的刚度差异也是造成出现横向裂缝的一点原因。例如在桥梁、涵洞或通道两头由于填土固结或者沉陷引起的裂缝是横向裂缝。
（二）、纵向裂缝形成的原因：
纵向裂缝的产生原因大致有两种情况,
1、由于路基施工时压实度不均匀，在使用过程中，路面产生了不均匀沉降而引起，常见于半填半挖路段或为赶工期而快速施工的道路。
2、在沥青面层施工中，, 用沥青摊铺机分幅摊铺时，两幅接茬未处理好，在行车荷载作用下，也易形成纵向裂缝。
另外，急刹车产生的车辙边缘往往也会有纵向裂缝。
（三）、反射裂缝形成的原因
反射裂缝主要多出现于半刚性基层或旧水泥混凝土路面中。根据国外研究结果，旧水泥混凝土路面上沥青加罩层的反射裂缝主要来源于2部分，即水泥路面接缝处的应力集中和沥青加罩层底部的弯拉应力。
1、应力集中。在沥青罩面层与水泥混凝土路面结合良好的前提下，水泥路面接缝处应力集中使得裂缝直接扩展进入罩面层，而应力集中来源于温度变化、行驶车辆及两者的综合作用。
2、沥青罩面层底部的最大弯拉应力。在车辆荷载作用下使罩面层在接缝处产生最大的弯沉而相应产生最大的应力，从而使接缝顶部的沥青罩面层成为反射裂缝产生的最可能部位。
基层产生裂缝后，在温度和行车荷载作用下，裂缝将逐渐反射到沥青表面，路表面裂缝的位置形状与基层裂缝基本相似。对于半刚性基层以横向裂缝居多，对于柔性路面上加罩的沥青结构层，裂缝形式不一，取决于下承层。在旧路面上加罩沥青面层后原路面上已有裂缝包括水泥混凝土路面的接缝的反射。
（四）、汽车尾气对路面产生裂缝影响：
在人们的印象当中，汽车尾气排放物主要是对大气环境造成严重污染，对人类的身体健康造成严重危害。但是通过研究分析，汽车尾气排放物同样对水泥混凝土路面裂缝的产生有一定的影响，其作用是难以察觉、缓慢和持续的。主要有以下两方面影响:
1、汽车尾气排放物的温度高，作用时间短，影响范围主要是道路表面，对路面板块的作用近似于温度应力的效果。汽车尾气排放主要由三部分组成：通过排气管排出的内燃机废气、曲轴箱泄漏的气体以及油箱和汽化器等燃料系统的蒸发气体。根据研究，燃油燃烧产生的能量中有70%通过尾气排放等形式散失到大气之中，最多只有30%的能量转化为机械能，尾气排放的温度较高，往往达到60℃一200℃之间，排放的高度在70mc 以内，因此越是大型车辆，其尾气排放的温度对路面影响越大。
2、尾气排放物中的有害成份会影响到路面使用的耐久性。汽车尾气排放的污染物主要有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、醛及含铅颗粒。这些污染物会吸附在水泥混凝土路面的表面，与混凝土发生作用，对混凝土产生“毒害”，明显地缩短混凝土路面的寿命。
汽车尾气的排放对路面产生影响是不可避免的，要减小对路面裂缝的影响，主要是通过发展汽车新技术，减少和消除汽车尾气的污染。
二、裂缝形成后对道路的危害
裂缝的出现会使路面开裂，破坏道路结构的完整性，同时还会带来其他类型的路面损坏。如：在行车荷载的作用下形成啃边、坑槽；水分通过裂缝渗入，会降低路面结构的强度，与交通荷载、气候共同作用，会导致剥落、松散、唧泥、坑槽，产生新的裂缝和使原有裂缝更加严重，甚至导致基层或路基产生冻胀、翻浆等，严重影响路面的使用寿命和结构的稳定性。
裂缝的出现会使车辆通过时产生跳车，造成行车不舒适，影响车速；同时会对司机和乘客心理造成压力，影响道路的使用信誉等。对罩面层最直接的危害就是产生反射裂缝，影响罩面层的效果。
如道路出现横向裂缝要及时治理，否则灌进雨雪水，在冬天冰冻和春季融化后，对道路的破坏将非常严重。进水后道路病害破坏的发展一般可分为三个阶段。第一阶段，初期表现为裂缝部位鼓胀，沿裂缝逐渐形成微量冻融松散灰土粉化，材料密度降低，将面层材料拱起，出现驴脊背现象；第二阶段为沿裂缝灌入雨雪水，存于水泥碎石与沥青路面的结合层之间，由于行车碾压推挤摩擦做用，将水泥和微粒材料同雨雪水在行车的压力作用唧出。如遇连阴雨天气水泥稳定层以上灌入的雨雪水使路面出现严重推挤，将沥青粒料和水泥稳定粒料磨成浆状物唧出，及通常所说的，唧浆病害。经过两到三年的裂缝开闭，缝口沥青混凝土在冻融和行车的作用下密度降低，虽然进入冬季，一般从路面上看不见裂缝。第三阶段为，形成病害后由于一年四季在雨雪水作用下长期出现唧浆，路面出现坑凹，甚至出现搓板路，随时间的推移，将导致龟裂病害的发生。严重时路面粒料被行车推挤带走，出现路表面开裂性坑槽。
道路纵向裂缝如治理不及时，长时间雨雪水的灌入，2米以外部分滑动加快，行车道在重载车的作用下，在3—4米部位出现第二道裂缝，这时第一道与第二道裂缝之间形成一个板块，这一板块开始下沉，出现顺行车道区一个U 型路面带，严重时对路面发生条块形碎裂，对行车的影响非常大。
这些病害，如得不到及时治理，对社会车辆形成一种潜在的危害，也极大地缩短道路的服务寿命。设计服务8年的三级公路，可能使用几年就将需要大修，给国家造成极大的经济损失。
三、道路裂缝病害的预防
道路出现裂缝由于目前所采用的基层的结构形式（强基薄面）和选用材料以及北方气候的影响是不可避免的，但是出现裂缝就要及时有效的治理，并防止其发展到路面龟裂，出现坑槽以及碎裂等严重病害。
（一）、横向裂缝的预防措施
1、合理设计道路结构及路面的厚度，以满足行车负载的反复作用，保证在道路正常使用年限内正常使用；
2、随着交通量迅速增长和汽车载重明显增大，相应的道路设计标准也要跟着一起变化，那样道路功能才能符合实际的需求；
3、合理组织施工，摊铺作业连续进行，减少冷接缝。冷接缝的处理，应先将已摊铺压实的摊铺带边缘切割整齐、清除碎料，然后用热混合料敷贴接缝处，使其预热软化；铲除敷贴料，对缝壁涂刷0.3-0.6kg/m2粘层沥青，再铺筑新混合料；
4、根据《沥青路面施工及验收规范》（GB50092）要求，按本地区气候条件和道路等级选取适用的沥青类型。以减少或消除沥青面层温度收缩裂缝。采用优质沥青更有效；
5、桥涵两侧填土充分压实或进行加固处理；沉降严重地段，事前应进行软土地基处理和合理的路基施工组织。
（二）纵向裂缝预防措施
1、采用全路幅一次摊铺，如分幅摊铺时，前后幅应紧跟，避免前摊铺幅混合料冷却后才摊铺后半幅，确保热接缝。
2、如无条件全路幅摊铺时，上、下层的施工纵缝应错开15cm 以上。前后幅相接处为冷接缝时，应先将已施工压实完的边缘坍斜部分切除，切线须顺直，侧壁要垂直，清除碎料后，宜用热混合料敷贴接缝处，使其预热软化，然后铲除敷贴料，并对侧壁涂刷0.3-0.6kg/m2粘层沥青，再摊铺相临路幅。摊铺时控制好松铺系数，使压实后的接缝结合紧密、平整。
3、沟槽回填土应分层填筑、压实，压实度需达到要求。如符合质量要求的回填土来源
或压实有困难时，须作特殊处理，如采用黄砂、砾石砂等。
4拓宽路段的基层厚度和材料须与老路面一致，或稍厚。土路基应密实、稳定。铺筑沥青面层前，老路面侧壁需涂刷0.3-0.6kg/m2粘层沥青。沥青面层应充分压实。新老路面接缝宜用热烙铁烫密。
5、沥青路面摊铺前，对下承层需认真检查，及时清除泥灰，处理好软弱层，保证下承层稳定，并宜喷洒0.3-0.6kg/m2粘层沥青。
6、原材料质量和混合料质量严格按《沥青路面施工及验收规范》（GB50092）的要求进行选定、拌制和施工。
7、沥青面层各层应满足最小施工厚度的要求，保证上下的良好连接；并从设计施工养护上采取措施有效地排除雨后结构层内积水。
8、路面结构设计应做好交通量调查和预测工作，使路面结构组合与总体强度满足设计使用期限内交通荷载要求。上基层必须选用水稳定性良好的有粗粒料的石灰、水泥稳定类材料。
3、反射裂缝的预防措施
1、采取有效措施减少半刚性基层收缩裂缝。
2、基层混合料应在接近最佳含水量的状态下碾压, 要防止碾压时含水量过小, 压实度和强度不足, 造成强度裂缝。
3、对分段施工的基层，在碾压时，应预留3-5米混合料暂缓碾压，待下段混合料摊铺后一起碾压，以利于衔接。对于分层碾压的基层，上下层的接头应错开3-5米，以减少出现裂缝的机会。
4、合理选择混合料的配比，控制细料数量；重视结构层的养护，并及早铺筑上层或进封层以利于减少干缩缝。
5、在旧路面加罩沥青路面结构层前，可铣削原路面后再加罩，或采用铺设土工布、搁栅后再加罩，以延缓反射裂缝的形成。
四、裂缝治理措施
1、为防止雨水由裂缝渗透至路面结构，对于细裂缝（2-5mm ）可用改性乳化沥青灌缝。对大于5mm 的粗裂缝，可用改性沥青（如SBS 改性沥青）灌缝。灌缝前，必须清除缝内、缝边碎粒、垃圾，并使缝内干燥。灌缝后，表面撒上粗砂或3-5mm 石屑。
2、如夹有软弱层或不稳定结构层时，应将其铲除；如因结构层积水引起网裂时，铲除面层后，需加设将路面渗透水排除至路外的排水设施。然后再铺筑新混合料。
3、如强度满足要求，网状裂出自沥青面层厚度不足时，可采用铣削网裂的面层后加铺新料来处理。加铺厚度按现行设计规范计算确定；如在路面上加罩，为减轻反射裂缝，可采取各种“防反”措施进行处理。
4、由于路基不稳定，导致路面网裂时，可采用石灰或水泥处理路基，或注浆加固处理，深度可根据具体情况确定，一般为20-40cm 。消石灰用量5%-10%，或水泥用量4%-6%。待土路基处理稳定后，再重做基层、面层。
5、由于基层软弱或厚度不足引起路面网裂时，可根据情况，分别采取加厚、调换或综合稳定的措施进行加强。水稳定性好、收缩性小的半刚性材料是首选基层。基层加强后，再铺筑沥青面层。
6、缝宽小于2mm 时，可不作处理。
治理的目的主要是防止不让雨雪水灌入缝内，将裂缝封住，通常叫做灌缝。治理的方法过去一直延用40—70号热沥青灌缝，近年来也有不少单位用乳化沥青灌缝，由于灌缝材料是液体材料，可灌至裂缝深处，乳化沥青灌入后经过破乳、水分蒸发后，原灌满的裂缝又出现一定空隙，经过6—10次反复灌注直至灌满。
在沥青混凝土路面施工中，只要采取积极有效的措施，杜绝以上各种不利因素发生，严格规范施工，才能彻底解决混凝土路面的裂缝问题, 提高混凝土路面的工程质量。
五、总结
本文就沥青路面裂缝的分类、影响因素、产生原因等问题进行了研究，提出了相应的防治措施。合理的设计、严谨的施工和及时的维护是保证沥青路面良好使用性能的要素，工程技术人员必须多观察、勤思考、广交流才能更有效地防治路面开裂。
参考资料：
1、（JTJ032-2004）公路沥青路面施工技术规范；
2、（JTJ073-2001）公路沥青路面养护技术规范；
3、（JTJ034-2000）公路路面基层施工技术规范；