一
高速公路瀝青路面病害調查分析、養護管理及養護設計施工過(guò)程中,通常會(huì )根據裂縫產(chǎn)生的原因、裂縫出現的層位等多種因素對裂縫類(lèi)病害進(jìn)行再分類(lèi)。
按導致開(kāi)裂的直接原因可分為:由車(chē)輛作用導致的荷載型裂縫、溫縮裂縫、由路基沉降或基層開(kāi)裂等路面自身原因引起的裂縫等;
按裂縫處出現的位置可分為:貫穿型裂縫、表層裂縫、僅僅出現結構內部的裂縫等;
按裂縫發(fā)展方向又可分為:自上而下的裂縫(例如:Top-Down)和由下而上的裂縫(例如:反射裂縫);
裂縫病害的成因相對復雜,不同類(lèi)型的裂縫形成機理不盡相同,其中,龜裂和橫向裂縫是裂縫類(lèi)病害中最常見(jiàn)的破壞形式,也是荷載型裂縫和非荷載型裂縫的典型代表。
從道路使用角度(行駛舒適性和安全性)考慮,裂縫對路面的影響遠不及坑槽、車(chē)轍、抗滑不足等病害的危害大,但站在公路養護管理的角度,裂縫對路面的使用壽命會(huì )產(chǎn)生直接影響。
一方面,裂縫出現后,路面設計時(shí)的受力狀態(tài)發(fā)生變化,會(huì )加速路面的破壞;另一方面,裂縫出現后,路面原有的功能減弱或喪失,導致路面的早期損壞。例如,半剛性基層結構體系中,反射裂縫出現后,路面封水能力大幅下降,路表水會(huì )逐步侵入結構內部導致路面出現唧漿、唧泥,同時(shí)裂縫處的壓應力和剪應力增加加速破壞,最終對路面結構產(chǎn)生摧毀性的破壞作用。
傳統意義上的龜裂是由于材料老化、累計軸載作用次數達到設計壽命時(shí)出現的極限疲勞破壞狀態(tài),即設計時(shí)的假定:由瀝青層層底開(kāi)裂再向上擴展貫穿整個(gè)瀝青層。除傳統的疲勞裂縫外,在實(shí)際工程中由于車(chē)輛荷載作用導致的縱向剪切疲勞裂縫和由于層間接觸條件不良導致的疲勞破壞也大量存在。
剪切疲勞型龜裂(Top-Down):高速公路的重載、高輪壓車(chē)輛較多,面層頂部是結構高受剪區域,在渠化交通下,輪跡帶處反復承受強大的剪切作用力,最終在瀝青路面表面層沿行車(chē)方向出現開(kāi)裂破壞,初期為細小裂紋,逐漸發(fā)展為密集的縱向裂縫——龜裂。此外,如果存在層間(包含:基層與瀝青面層間、各瀝青面層之間)結構不連續或水損壞、結構內部材料松散,會(huì )加劇這類(lèi)裂縫的產(chǎn)生。
半剛性基層瀝青路面是我國高速公路主要的結構形式,半剛性基層材料具有持力作用強、承載能力好和造價(jià)低等特點(diǎn),同時(shí)也有溫縮和干縮的性質(zhì),也就意味著(zhù)半剛性基層開(kāi)裂是不可避免的,半剛性基層瀝青路面反射裂縫多是其主要缺點(diǎn)之一,盡管近年來(lái)在路面建設中采用控制模量、控制含水率、增設應力吸收層和結構形式調整等技術(shù)措施起到了減少裂縫的效果,但反射裂縫仍然廣泛存在。
反射裂縫大部分表現為橫向裂縫,其形成大致可分為兩個(gè)階段。
首先,受干縮和溫縮影響半剛性基層板體開(kāi)裂:基層可以看作是縱向上足夠長(cháng)的板體,收縮時(shí)在板體內產(chǎn)生徑向應力,當這一應力大于基層板體的抗拉應力和層間摩擦力時(shí),板體就會(huì )斷裂產(chǎn)生橫向裂縫,這一過(guò)程往往在基層施工過(guò)程中就已經(jīng)開(kāi)始。
然后,基層裂縫形成及“運動(dòng)”過(guò)程反射至瀝青面層:一方面,基層發(fā)生溫縮,裂縫會(huì )近一步擴大,將給瀝青層增加一個(gè)附加應力,超過(guò)瀝青混合料的抗拉強度時(shí),瀝青面層將從底部開(kāi)始開(kāi)裂;另一方面,車(chē)輛荷載作用于裂縫處時(shí),瀝青面層受到正反兩次剪切和一次彎拉作用,經(jīng)車(chē)輛和溫度反復作用后最終形成貫穿至路面的反射裂縫。
除反射裂縫外,溫度裂縫也是橫向裂縫的主要類(lèi)型之一,在我國北方及西北地區更為常見(jiàn),溫度裂縫是指由于環(huán)境溫度的改變而引起的瀝青路面的開(kāi)裂。根據開(kāi)裂的形成機理不同又可分為溫度收縮裂縫、溫度疲勞裂縫。 路面結構的溫度也隨著(zhù)周?chē)h(huán)境溫度的變化而變化,路面材料也隨著(zhù)溫度的升降而膨脹和收縮,這種脹縮會(huì )對路面結構附加溫度應力,附加溫度拉應力或應變超過(guò)瀝青混合料的極限抗拉強度或應變時(shí),瀝青混凝土面層便產(chǎn)生溫度收縮裂縫,溫度疲勞裂縫是指經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間溫度升降循環(huán),瀝青混合料產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂。
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