浅析半刚性基层的沥青路面反射裂缝形成原因与防治
摘要：路面裂缝不仅影响路面美观﹑减低平整度，而且会削弱路面的整体平整度。特别是路面开裂后水份通过裂缝渗到路面基层﹑低基层甚至土层，削弱基层﹑土层的强度，从而加剧路面的破坏，缩短路面的使用寿命。文章主要针对半刚性基层的沥青路面反射裂缝形成与防治进行了分析与探讨。
关键词：半刚性路面,反射裂缝,防治
一、反射裂缝的形成原因
对于半刚性基层沥青路面，反射裂缝指由于半刚性基层在温度梯度和湿度变化下产生收缩开裂，此种基层材料先开裂而后沿开裂基层向上方反射到沥青面层而形成的裂缝，或者在行车荷载作用下，裂缝沿已开裂半刚性基层向上扩展而形成的裂缝。很显然，反射裂缝的产生主要是刚性基层已先开裂，再经行车或温度、湿度变化而引起沥青面层裂缝。
1.反射裂缝产生的主要类型与原因
(1)温度型反射裂缝。温度型反射裂缝有两种，一种是在开裂基层(或老路)上铺厚沥青面层后，在冬季突然降温过程中，基层(或老路)的裂缝会由于温度收缩而继续拉开，它将给产生温度收缩的新铺沥青面层增加一个附加拉应力;两个拉应力叠加一旦超过沥青混合料抗拉强度，新沥青面层的表面在基层(或老路)裂缝的上方开裂，并逐渐向下延伸，直到与老路的裂缝相连，这样形成的裂缝通常称为低温收缩裂缝。另一种裂缝主要发生在昼夜温差比较大的地方。在开裂基层(或老路)上铺薄沥青面层的情况下，裂缝将从面层底面开始，面层底面一旦开裂，除在负温差下缝端有拉应力外，在正温差(升温造成的温差)下缝端产生的拉应力更大。由此产生的裂缝称之为温度疲劳裂缝。
(2)荷载型反射裂缝。当行车荷载经过接缝或裂缝时，在面层中产生的应力影响线可分为三个阶段：一是轴载位于接、裂缝一侧时，接、裂缝两侧产生较大的相对位移，在沥青面层中造成较大的剪切应力;二是轴载位于接、裂缝顶面时，两侧无相对位移或相对位移较小，沥青面层主要承受弯拉应力作用;三是轴载驶离接、裂缝时，在面层内产生与第一次方向相反的剪切应力。在整个过程中沥青面层受到两次剪切一次弯拉作用，其直接结果是引起反射裂缝的产生和扩展，荷载因素是引起反射裂缝的一个重要因素。
2.反射裂缝的扩展
沥青面层的反射裂缝从其产生到整个路面破坏，中间要经历一个裂缝扩展阶段，即反射裂缝在罩面层厚度方向上的纵向扩展和其在表面的横向扩展。
(1)反射裂缝的纵向扩展。断裂力学认为，裂缝的扩展有三种位移模式：张开模式、剪切模式和撕开模式，其中，温度应力对反射裂缝影响的模式为张开模式;行车荷载对反射裂缝影响的主要模式为张开模式和剪切模式。当车轮驶经裂缝的正上方时，以张开模式来引起反射裂缝;在裂缝之前和之后的位置，主要以剪切模式影响反射裂缝。撕开模式在罩面层中不常出现。与张开模式相对应的温度型反射裂缝通常产生于薄层罩面层底部，而后向上逐渐扩展到罩面层顶面。当沥青罩面层或面层较厚且气温较低时，裂缝产生在罩面层或面层的顶面和底面，而后向罩面层或面层中间扩展，形成所谓对应裂缝。对于正荷载作用下的张开模式所对应的反射裂缝，一般产生于罩面层底面，在周期性荷载的作用下垂直向上扩展。在偏荷载作用时，反射裂缝以剪切模式在罩面层中向上扩展，其扩展路径在罩面层中是沿大约45°角的方向向上扩展。当车轮荷载(偏荷载)和温度应力共同作用于复合罩面结构时，裂缝的扩展界于偏荷载和温度应力单独作用时裂缝扩展路径之间，比偏荷载作用时的裂缝扩展路径更垂直一些。
(2)反射裂缝的横向扩展。裂缝发展过程是首先应在道路表面某些位置产生，然后再向两侧扩展。一般情况下，反射裂缝多出现在轮迹处。环境因素会加速反射裂缝的扩展。裂缝一旦出现，水分的浸入、氧化以及行车荷载的反复作用，常常加速反射裂缝向四周扩展。即使裂缝贯穿于整个路面宽度，也不会影响行车的舒适性。各地区的温度状况不同，各路段的交通条件和现有路面的结构状况也不相同，因而，反射裂缝的产生有可能主要是温度原因引起的，也有可能主要是荷载作用引起的，或者是温度和荷载共同作用所造成的。对于基层裂缝引起的反射裂缝而言，主要是由于温度引起的，行车荷载在其形成的后期起到促进作用，但较薄的沥青面层和较厚的沥青面层的反射裂缝产生的机理不同;对于旧水泥砼接缝上的沥青罩面层中出现的反射裂缝而言，主要是由于荷载原因引起的，行车荷载的施加速度远高于温度变化产生的面板伸缩位移的速度，特别是偏荷载作用。
二、防治措施
1、选择合理面层材料。面层沥青应选用劲度模量大﹑温度敏感性能低的沥青或改性沥青，采用一定级配的集料，必要时可在沥青混合料中加土工合成材料以提高其韧性，减少沥青面层自身温湿效应并增强对基层可能形成反射裂缝的预防。
2、选择合理基层材料。对半刚性基层无机结合料，应通过试验确定其最佳组成，以便使其抗裂性能尽量符合当地环境条件的要求，必要时可加入早强剂以提高早期强度，增大其弯拉强度而使弯拉模量变化不大，减弱温湿效应，提高耐用性，增强拉裂性能，减少基层自身裂缝或使其不产生裂缝。
3、进行合理的结构组合设计。在路面结构组合设计方面，可通过修路试路段的方法提出适合地区特征的典型路面结构模式，确定最佳沥青面层厚度。使结构组合在力学上合理，所选用的沥青面层厚度不至太薄而足以抵抗基层裂缝反射对面层的影响，又不至于太厚而失去经济上的意义。设置10～15cm处治碎石上基层对吸收和消弱半刚性基层裂缝尖端应力和应变，减少和延缓反射裂缝的产生和扩展具有较好的效益。
4、保持面层功能完备。面层施工中，对于多层沥青层结构，在多面层之间铺设土工织物等进行面层整体强度补强，增强面层自身的抗裂能力，保持沥青路面面层本身功能的完备性以减弱基层反射裂缝影响也是一种行之有效的方法。
5、防止基层开裂。在基层施工中，应注意湿治养生并及时做封层处理以防止基层初期破坏和干缩裂缝产生，在基层采用预留缝(缝深不小于1/2板厚)，在缝处铺设土工织物防止不规则裂缝产生。确定基层的压实度并充分注意其压实的均匀性，防止基层不均匀沉陷而导致开裂。对于已发生初期裂缝的基层应全面而详细地调查，如果裂缝较严重，则应采取切割﹑开挖的办法并利用合适的材料重新铺设基层;如果裂缝轻微则可采用在基层顶面沿路幅全幅铺设土工织物或沥青橡胶应力吸收薄膜的措施。当基层不预留缝时，可以采取与裂缝轻微的相同办法进行防治。
6、施工注意事项。作为防治半刚性基层沥青路面反裂缝重要措施的土工织物的应用，在施工中应注意清除铺设层面的杂物，并使其铺设牢固﹑顺直﹑搭接合理(一般10～20cm为宜)﹑粘层油温度适中，避免人为或施工机具对其损坏而达不到预期效果。而对沥青橡胶，在施工中应重视沥青的稠度，橡胶粉的品种﹑细度和含量，搅拌温度与时间，并与施工方法密切结合，切忌在潮湿的半刚性基层上直接铺沥青橡胶应力吸收薄膜，应在基层铺一层下封层并使其干燥以保证其质量。
三、结语
综合以上分析，半刚性基层沥青路面的反射裂缝形成有复杂的原因，与材料性能﹑结构层组合设计﹑温湿循环﹑车辆荷载疲劳作用以及施工工艺有关。其防治是一项复杂的工作，必须根据相关因素做出全面考虑，采取切实可行的措施才能取得预期的效果。
参考文献：
[1]焦新梅，周行春。半刚性路面反射裂缝防治措施研究综述[J].重庆交通学院学报，2008.
[2]曹克平，王树行。沥青路面裂缝的机理及其防治措施[J].国外公路，2000.