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【摘 要】本文针对我国高速公路沥青路面的裂缝病害，对裂缝的概念及成因进行了全面深入的分析，对裂缝病害的分类及分级进行了介绍，最后提出了裂缝的防治措施。
【关键词】高速公路；沥青路面；典型病害；裂缝成因；防治措施
Asphalt Pavement Crack and Countermeasures
Wu Yong-hong.1,Wang Huo-ming.2
(1.Xi'an Ark Engineering Consulting Co.,Ltd Xi'an 710075;
2.Chongqing Merchants Transportation Research Institute Co.,Ltd Chongqing 400067)
【Abstract】This article,Cracks in Asphalt Pavement on the concept and causes cracks in a comprehensive in-depth analysis of cracks in the classification and grading were introduced,and concludes with a crack prevention measures.
【Key words】Highway;Asphalt pavement;Typical disease;Cracks;Prevention measures
1. 概述
无论是水泥路面还是沥青路面，裂缝都是路面面临的主要病害形式之一。一位美国学者曾说过这样一句话：“我们可以把人类送上月球，但是却无法使我们的路面不开裂”，由此可见防治路面开裂是何等的艰难。高速公路沥青路面一旦开裂，水就会沿着裂缝下渗，在车辆高速行驶下，轮胎的真空吸力导致在路面结构内部形成动水压力，对路面结构层造成冲刷。而我国高速公路沥青路面大多采用水泥稳定碎石半刚性基层，在水流冲刷作用下，容易出现叽泥和翻浆，最终形成空洞，造成路表面的损坏，即我们常说的水损坏。水损坏一度是我国高速公路沥青路面的最严重的损坏形式，尤其是在南方多雨地区。由此可见，路面裂缝是造成路面水损坏的重要内在因素。此外，路面一旦开裂，其整体性就会受到削弱，其强度和稳定性也会受到一定程度的影响，路面结构的承载力和耐久性也相应降低。因此，研究和治理路面开裂是一项意义重大而又任重道远的工作，值得广大道路工作者为之奋斗。
2. 路面裂缝的概念
通常认为，裂缝是沥青路面的主要缺陷之一。但实际上初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能并无明显影响，裂缝主要是影响美观，但随着裂缝的逐渐增加和发展，不仅使沥青路面的使用品质下降，而且会带来路面病害的恶性发展。路面在行车荷载、气候等因素的共同作用下，或者因为路基、基层承载力不足，或者交通轴载过重、沥青的老化都会导致路面形成新的裂缝，随着时间的推移，初期的裂缝会从线形裂缝发展为网状裂缝，而且裂缝的宽度也会逐渐增加。此时雨水或雪水等地表水就会通过裂缝侵入路面，导致裂缝两侧的路面结构层特别是裂缝附近基层或土基的含水量加大、甚至饱和，其结果是路面结构强度明显降低，在大量行车荷载的反复作用下，裂缝处将产生冲刷和唧浆现象，随着路面基层或路基细集料的不断唧出，裂缝位置路面底面将出现脱空，而脱空的出现会严重恶化道路面层的受力，使裂缝两侧的沥青面层碎裂，导致网裂、松散，甚至坑槽病害，从而影响沥青路面的使用性能并加速沥青路面的破坏。
因此，裂缝病害虽然一般不会直接影响公路的正常使用，但因裂缝的发展引起沥青路面产生的松散、坑槽、沉陷、翻浆、基层强度降低等严重病害将会加速沥青路面的破坏，降低路面的使用性能，缩短路面的使用寿命，提高公路的养护成本。
3. 裂缝的分类与分级
沥青路面产生裂缝的原因很多，裂缝的种类也是多种多样的。美国联帮公路局(FHWA)将裂缝分为以下9类，具体分类情况参见表1所示。
我国《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ073.2－2001)（以下简称规范）中对高速公路沥青路面的裂缝类病害的分类见表2所示。
对各类裂缝分级标准的准确把握将有助于针对病害情况合理的选择适宜的养护策略。现行国家规范对高速公路沥青路面裂缝类病害的分级标准见表3所示。
4. 裂缝的成因分析
沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的。影响裂缝的轻、重程度的主要素有沥青和沥青混合料的性质、基层材料的性质、气候条件、交通量和车辆类型以及施工因素等。经过对国内外有关裂缝产生原因的分析研究，可将裂缝成因简单地分为两大类，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。
4.1 荷载型裂缝。
荷载型裂缝，即主要由行车荷载作用而产生的裂缝。在车辆荷载作用下，半刚性基层的底部会产生拉应力，如果此拉应力值超过半刚性基层材料的抗拉强度，则半刚性基层就会开裂。在行车荷载的反复作用下，半刚性基层上的裂缝会逐渐向上扩展，并最终引发沥青面层的开裂破坏。
由车辆荷载产生的裂缝反映到面层上，往往不是单独的、稀疏的或较有规则的裂缝，而是稠密的、有时互相联系的裂缝，甚至是网状的裂缝。严重时，还往往伴随着表面的形变，例如辙槽或沉陷。这类裂缝是水泥稳定土基层破坏的标志。由于强度不足而造成的裂缝破坏在路面的使用过程中会逐渐发展，由初始时裂成的大块继续破裂成较小的块，路面面层上的弯沉值也会逐渐增加。在多种情况下沥青路面出现的裂缝可能属于荷载型裂缝，如：
（1）路面结构设计不合理或厚度不足，路面强度明显不能满足行车要求。在行车反复作用特别是少量重车作用下，沥青路面很快碎裂。
（2）路面强度日趋不足，路面回弹弯沉值逐渐增大，满足不了交通量迅速增长和汽车载重量明显增大的需要。轮迹带上沥青路面产生网裂，伴随纵向裂缝和形变。轮迹带上的回弹弯沉明显大于其它位置上的回弹弯沉值，路面属于疲劳破坏。由于我国沥青质量不好，沥青面层往往产生过早的疲劳破坏。由于疲劳破坏产生的龟裂，严重时还会扩及全幅路面。
（3）无机结合料稳定细粒土或细土含量过多的粒料土基层，当表层软化时，无论软化层厚度小于lOmm抑或大于20mm，在行车作用下，沥青面层均会产生龟裂，甚至推移破坏。软化层一旦变干后，路面仍具有较高的强度。即使稳定细粒土基层的强度形成的较好，一旦沥青面层产生裂缝后，表面水顺裂缝下渗，在行车荷载反复作用下，路面中会产生冲刷和唧浆现象，导致原裂缝两侧碎裂。
（4）由于施工质量不好，无机结合料稳定层没有拌和到底，在底部留有素土夹层，素土夹层成为沥青路面结构中的软夹层，它会导致沥青面层产生块状裂缝。
（5）基层含水量大、强度不够，或地基受水泡发软的路段，路面稳定性受到影响，在行车碾压下易出现网裂。
4.2 非荷载型裂缝。
非荷载型裂缝，即不是由行车荷载引起的裂缝。沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝主要是横向裂缝，也有尺寸较大的块状裂缝或纵向裂缝。温度裂缝在我国很多地区都相当普遍，特别在北方冰冻地区更为严重。温度裂缝有两种，一种是低温收缩裂缝或简称低温度裂缝。冬季，随着温度下降，沥青材料变得越来越硬，并开始收缩。由于沥青面层受到基层的约束，当气温大幅度下降时，沥青面层中将因收缩受阻而产生拉应力或拉应变，此拉应力或拉应变一旦超过了沥青混合料的抗拉强度或极限拉应变，沥青面层就会开裂。由于一般道路沥青面层的宽度都不很大，横向的收缩应力一般较小，而纵向由于长度较大，会在路面中产生很大的收缩应力，所以低温裂缝主要是横向的。另一种是温度疲劳裂缝。这种裂缝主要发生在太阳照射强烈，日温差大的地方。在这种地区，沥青面层白天温度与夜间温度差相当大，在沥青面层中会产生较大的温度应力。这种温度应力日复一日地反复作用在沥青面层中，使沥青表面产生疲劳开裂。由此产生的裂缝称为温度疲劳裂缝。温度疲劳裂缝既可能发生在夏季，也可能发生在冬季，也可能发生在其它季节，北方冰冻地区道路上有可能发生这种裂缝，南方非冰冻地区的道路上也可能发生这种裂缝。实际沥青路面上产生的裂缝，可能是低温裂缝，也可能是温度疲劳裂缝，或者二者兼而有之。
在沥青路面上，还可发现另一种非荷载裂缝，它是由路基不均匀沉陷引起的纵向裂缝或横向裂缝，此类裂缝在软基地区或者道路拓宽段较易出现。当然，这类裂缝的发展与行车荷载也有一定的关系。
另外，对于半刚性基层沥青路面而言，水稳材料的干缩或膨胀性化学腐蚀也会引发路面开裂。前者一般发生在新建路面上，是由于混合料失去水分引起的，混和料中游离水分的减少缩小了颗粒间的空隙，而水稳材料的收缩受到沥青面层材料的约束从而在沥青层底面产生拉应力，当此应力超过沥青材料的抗拉强度时，沥青层底面即产生裂缝，并不断向上发展。而后者的主要原因是地下水中的硫酸盐等侵蚀物质与水泥中的某些物质发生交替反应，生成一种新的盐结晶，造成水泥稳定土体积膨胀从而引发开裂，并继而反射到路表。
在冰冻地区的沥青路面上，还可能发现由路基冻胀引起的裂缝。
5. 沥青路面裂缝防治措施
通过以上分析可知，造成沥青路面开裂主要有两种，一种是荷载型裂缝，一种是非荷载型裂缝。对于前者，我们主要是通过混合料设计、路面结构的组合设计、交通荷载的预估及交通管制等措施加以解决。如：采用高粘度的改性沥青，采用碱性集料以增强集料与沥青的粘附性，设置应力吸收层或土工布，以防治反射裂缝，对超载超限车进行限行和处罚，最大限度的避免路面因荷载作用而开裂。此外，在路面结构设计时，要对交通量有充分的估计，设计足够的沥青层厚度，以避免因沥青层厚度不足而开裂。
对于因温度变化、地基冻胀等非荷载因素造成的路面开裂，我们应该结合工程所在地气候、水文地质条件等实际情况加以分析，做好地基处治，阻隔地下水，确保路床的稳定性。有必要时可以设置排水盲沟，隔水带，以避免地下水对路基稳定造成影响。其次，应结合工程所在地气候条件，选择合适标号的沥青，避免沥青混合料因温度变化而开裂。
6. 结语
路面裂缝虽无法全部避免，但是，对于减少路面裂缝是有办法有措施的。路面一旦开裂，对路面结构的损坏是极大的，路面开裂后，在水的作用下，损坏就迅速扩展，最终形成松散、坑洞，导致路面无法正常使用。因此，防治路面的开裂仍是一件任重道远的事情。
［文章编号］1006-7619（2011）03-14-204
［作者简介］ 武永红（1971.05-），男，职称：工程师，交通部监理工程师、试验工程师，工作单位：西安方舟工程咨询有限责任公司。
王火明（1982.10-），男，职称：助理工程师，工作单位：招商局重庆交通科研设计院有限公司。
【关键词】高速公路；沥青路面；典型病害；裂缝成因；防治措施
Asphalt Pavement Crack and Countermeasures
Wu Yong-hong.1,Wang Huo-ming.2
(1.Xi'an Ark Engineering Consulting Co.,Ltd Xi'an 710075;
2.Chongqing Merchants Transportation Research Institute Co.,Ltd Chongqing 400067)
【Abstract】This article,Cracks in Asphalt Pavement on the concept and causes cracks in a comprehensive in-depth analysis of cracks in the classification and grading were introduced,and concludes with a crack prevention measures.
【Key words】Highway;Asphalt pavement;Typical disease;Cracks;Prevention measures
1. 概述
无论是水泥路面还是沥青路面，裂缝都是路面面临的主要病害形式之一。一位美国学者曾说过这样一句话：“我们可以把人类送上月球，但是却无法使我们的路面不开裂”，由此可见防治路面开裂是何等的艰难。高速公路沥青路面一旦开裂，水就会沿着裂缝下渗，在车辆高速行驶下，轮胎的真空吸力导致在路面结构内部形成动水压力，对路面结构层造成冲刷。而我国高速公路沥青路面大多采用水泥稳定碎石半刚性基层，在水流冲刷作用下，容易出现叽泥和翻浆，最终形成空洞，造成路表面的损坏，即我们常说的水损坏。水损坏一度是我国高速公路沥青路面的最严重的损坏形式，尤其是在南方多雨地区。由此可见，路面裂缝是造成路面水损坏的重要内在因素。此外，路面一旦开裂，其整体性就会受到削弱，其强度和稳定性也会受到一定程度的影响，路面结构的承载力和耐久性也相应降低。因此，研究和治理路面开裂是一项意义重大而又任重道远的工作，值得广大道路工作者为之奋斗。
2. 路面裂缝的概念
通常认为，裂缝是沥青路面的主要缺陷之一。但实际上初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能并无明显影响，裂缝主要是影响美观，但随着裂缝的逐渐增加和发展，不仅使沥青路面的使用品质下降，而且会带来路面病害的恶性发展。路面在行车荷载、气候等因素的共同作用下，或者因为路基、基层承载力不足，或者交通轴载过重、沥青的老化都会导致路面形成新的裂缝，随着时间的推移，初期的裂缝会从线形裂缝发展为网状裂缝，而且裂缝的宽度也会逐渐增加。此时雨水或雪水等地表水就会通过裂缝侵入路面，导致裂缝两侧的路面结构层特别是裂缝附近基层或土基的含水量加大、甚至饱和，其结果是路面结构强度明显降低，在大量行车荷载的反复作用下，裂缝处将产生冲刷和唧浆现象，随着路面基层或路基细集料的不断唧出，裂缝位置路面底面将出现脱空，而脱空的出现会严重恶化道路面层的受力，使裂缝两侧的沥青面层碎裂，导致网裂、松散，甚至坑槽病害，从而影响沥青路面的使用性能并加速沥青路面的破坏。
因此，裂缝病害虽然一般不会直接影响公路的正常使用，但因裂缝的发展引起沥青路面产生的松散、坑槽、沉陷、翻浆、基层强度降低等严重病害将会加速沥青路面的破坏，降低路面的使用性能，缩短路面的使用寿命，提高公路的养护成本。
3. 裂缝的分类与分级
沥青路面产生裂缝的原因很多，裂缝的种类也是多种多样的。美国联帮公路局(FHWA)将裂缝分为以下9类，具体分类情况参见表1所示。
我国《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ073.2－2001)（以下简称规范）中对高速公路沥青路面的裂缝类病害的分类见表2所示。
对各类裂缝分级标准的准确把握将有助于针对病害情况合理的选择适宜的养护策略。现行国家规范对高速公路沥青路面裂缝类病害的分级标准见表3所示。
4. 裂缝的成因分析
沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的。影响裂缝的轻、重程度的主要素有沥青和沥青混合料的性质、基层材料的性质、气候条件、交通量和车辆类型以及施工因素等。经过对国内外有关裂缝产生原因的分析研究，可将裂缝成因简单地分为两大类，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。
4.1 荷载型裂缝。
荷载型裂缝，即主要由行车荷载作用而产生的裂缝。在车辆荷载作用下，半刚性基层的底部会产生拉应力，如果此拉应力值超过半刚性基层材料的抗拉强度，则半刚性基层就会开裂。在行车荷载的反复作用下，半刚性基层上的裂缝会逐渐向上扩展，并最终引发沥青面层的开裂破坏。
由车辆荷载产生的裂缝反映到面层上，往往不是单独的、稀疏的或较有规则的裂缝，而是稠密的、有时互相联系的裂缝，甚至是网状的裂缝。严重时，还往往伴随着表面的形变，例如辙槽或沉陷。这类裂缝是水泥稳定土基层破坏的标志。由于强度不足而造成的裂缝破坏在路面的使用过程中会逐渐发展，由初始时裂成的大块继续破裂成较小的块，路面面层上的弯沉值也会逐渐增加。在多种情况下沥青路面出现的裂缝可能属于荷载型裂缝，如：
（1）路面结构设计不合理或厚度不足，路面强度明显不能满足行车要求。在行车反复作用特别是少量重车作用下，沥青路面很快碎裂。
（2）路面强度日趋不足，路面回弹弯沉值逐渐增大，满足不了交通量迅速增长和汽车载重量明显增大的需要。轮迹带上沥青路面产生网裂，伴随纵向裂缝和形变。轮迹带上的回弹弯沉明显大于其它位置上的回弹弯沉值，路面属于疲劳破坏。由于我国沥青质量不好，沥青面层往往产生过早的疲劳破坏。由于疲劳破坏产生的龟裂，严重时还会扩及全幅路面。
（3）无机结合料稳定细粒土或细土含量过多的粒料土基层，当表层软化时，无论软化层厚度小于lOmm抑或大于20mm，在行车作用下，沥青面层均会产生龟裂，甚至推移破坏。软化层一旦变干后，路面仍具有较高的强度。即使稳定细粒土基层的强度形成的较好，一旦沥青面层产生裂缝后，表面水顺裂缝下渗，在行车荷载反复作用下，路面中会产生冲刷和唧浆现象，导致原裂缝两侧碎裂。
（4）由于施工质量不好，无机结合料稳定层没有拌和到底，在底部留有素土夹层，素土夹层成为沥青路面结构中的软夹层，它会导致沥青面层产生块状裂缝。
（5）基层含水量大、强度不够，或地基受水泡发软的路段，路面稳定性受到影响，在行车碾压下易出现网裂。
4.2 非荷载型裂缝。
非荷载型裂缝，即不是由行车荷载引起的裂缝。沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝主要是横向裂缝，也有尺寸较大的块状裂缝或纵向裂缝。温度裂缝在我国很多地区都相当普遍，特别在北方冰冻地区更为严重。温度裂缝有两种，一种是低温收缩裂缝或简称低温度裂缝。冬季，随着温度下降，沥青材料变得越来越硬，并开始收缩。由于沥青面层受到基层的约束，当气温大幅度下降时，沥青面层中将因收缩受阻而产生拉应力或拉应变，此拉应力或拉应变一旦超过了沥青混合料的抗拉强度或极限拉应变，沥青面层就会开裂。由于一般道路沥青面层的宽度都不很大，横向的收缩应力一般较小，而纵向由于长度较大，会在路面中产生很大的收缩应力，所以低温裂缝主要是横向的。另一种是温度疲劳裂缝。这种裂缝主要发生在太阳照射强烈，日温差大的地方。在这种地区，沥青面层白天温度与夜间温度差相当大，在沥青面层中会产生较大的温度应力。这种温度应力日复一日地反复作用在沥青面层中，使沥青表面产生疲劳开裂。由此产生的裂缝称为温度疲劳裂缝。温度疲劳裂缝既可能发生在夏季，也可能发生在冬季，也可能发生在其它季节，北方冰冻地区道路上有可能发生这种裂缝，南方非冰冻地区的道路上也可能发生这种裂缝。实际沥青路面上产生的裂缝，可能是低温裂缝，也可能是温度疲劳裂缝，或者二者兼而有之。
在沥青路面上，还可发现另一种非荷载裂缝，它是由路基不均匀沉陷引起的纵向裂缝或横向裂缝，此类裂缝在软基地区或者道路拓宽段较易出现。当然，这类裂缝的发展与行车荷载也有一定的关系。
另外，对于半刚性基层沥青路面而言，水稳材料的干缩或膨胀性化学腐蚀也会引发路面开裂。前者一般发生在新建路面上，是由于混合料失去水分引起的，混和料中游离水分的减少缩小了颗粒间的空隙，而水稳材料的收缩受到沥青面层材料的约束从而在沥青层底面产生拉应力，当此应力超过沥青材料的抗拉强度时，沥青层底面即产生裂缝，并不断向上发展。而后者的主要原因是地下水中的硫酸盐等侵蚀物质与水泥中的某些物质发生交替反应，生成一种新的盐结晶，造成水泥稳定土体积膨胀从而引发开裂，并继而反射到路表。
在冰冻地区的沥青路面上，还可能发现由路基冻胀引起的裂缝。
5. 沥青路面裂缝防治措施
通过以上分析可知，造成沥青路面开裂主要有两种，一种是荷载型裂缝，一种是非荷载型裂缝。对于前者，我们主要是通过混合料设计、路面结构的组合设计、交通荷载的预估及交通管制等措施加以解决。如：采用高粘度的改性沥青，采用碱性集料以增强集料与沥青的粘附性，设置应力吸收层或土工布，以防治反射裂缝，对超载超限车进行限行和处罚，最大限度的避免路面因荷载作用而开裂。此外，在路面结构设计时，要对交通量有充分的估计，设计足够的沥青层厚度，以避免因沥青层厚度不足而开裂。
对于因温度变化、地基冻胀等非荷载因素造成的路面开裂，我们应该结合工程所在地气候、水文地质条件等实际情况加以分析，做好地基处治，阻隔地下水，确保路床的稳定性。有必要时可以设置排水盲沟，隔水带，以避免地下水对路基稳定造成影响。其次，应结合工程所在地气候条件，选择合适标号的沥青，避免沥青混合料因温度变化而开裂。
6. 结语
路面裂缝虽无法全部避免，但是，对于减少路面裂缝是有办法有措施的。路面一旦开裂，对路面结构的损坏是极大的，路面开裂后，在水的作用下，损坏就迅速扩展，最终形成松散、坑洞，导致路面无法正常使用。因此，防治路面的开裂仍是一件任重道远的事情。
［文章编号］1006-7619（2011）03-14-204
［作者简介］ 武永红（1971.05-），男，职称：工程师，交通部监理工程师、试验工程师，工作单位：西安方舟工程咨询有限责任公司。
王火明（1982.10-），男，职称：助理工程师，工作单位：招商局重庆交通科研设计院有限公司。