中新天津生态城沥青路面反射裂缝的研究.pdf

增刊( 总第1 6 1 期) 2 0 1 2 年9 月 中国寺放z 靠 C H I N AM U N I C I P A LE N G I N E E R I N G S 1 ( S e r i a lN o 1 6 1 ) S e p 2 0 1 2 D O I ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 4 4 6 5 5 2 0 1 2 S 1 0 0 7 中新天津生态城沥青路面反射裂缝的研究 吴晓伟 ( 江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏南京2 1 1 1 1 2 ) 摘要：阐述了半刚性基层沥青路面反射裂缝的特点、机制及断裂分析的理沦等。通过现场取芯试验分析r 天津生态城 沥青路面反射裂缝的成凶，提出了防治半刚性基层沥青路面反射裂缝所采取的主要措施。 关键词：道路；半刚性基层；沥青路面；反射裂缝；试验分析；防治措施 中图分类号：U 4 1 6 2 1 7文献标志码：A文章编号：1 0 0 4 4 6 5 5 ( 2 0 1 2 ) S 1 0 0 2 4 0 3 1 项目概况 中新天津生态城道路工程于2 0 0 8 年8 月开始建 设，迄今为止完成道路总长约为4 60 0 0m 。道路等级 分城市级主干路、城市级次干路、城市级支路。 根据道路等级不同，机动车道横断面及结构层形 式分为2 种。其中，主干路结构层为：4c m 细粒式沥 青混合料( 胶粉改性) + 8c m 粗粒式沥青混合料( 胶 粉改性) + 1c m 乳化沥青下封层( 胶粉改性) + 1 8c m 水泥稳定碎石+ 1 8c m 水泥稳定碎石+ 1 8c m 石灰粉 煤灰土，总结构层厚度为6 7c m ；次干路与支路的结构 层为：4c a 细粒式沥青混合料( 胶粉改性) + 6c m 中 粒式沥青混合料( 胶粉改性) + 1c m 乳化沥青下封层 ( 胶粉改性) + 1 8c m 水泥稳定碎仃+ 1 8c m 水泥稳定 碎石+ 1 5c m 石灰粉煤灰土，总结构层厚度为6 2c m 。 2 本项目取芯试验分析 2 1 取芯试验方案 针对各路段在裂缝处以及裂缝旁完好处进行取 芯；针对水泥稳定碎石基层厚度1 5c m 且完整的芯样 进行无侧限抗压强度试验；针对部分裂缝采用路面取 芯机加长杆进行深层取芯。 2 2 取芯设备 该研究中，取芯设备为路面多功能钻孔取芯机， 钻头直径分为1 0c m 及1 5c m2 种。 2 3 取芯频率及范围 针对5 个园区1 7 个路段进行取芯6 2 个；裂缝处 3 1 个芯样，裂缝旁完好处3 1 个芯样。 通过对面层6 2 个芯样统计分析，所取芯样中表面 光滑无孔隙的芯样为1 个，存在较少孔隙的芯样为 3 4 个，较多孔隙的芯样为2 7 个，表明所取芯样压实度 2 4 不足( 见图1 ) ；通过对基层芯样统计分析，所取芯样中 基层完整的芯样为8 个，底部松散的芯样为1 5 个，顶 部松散的芯样为1 3 个，两端松散的芯样为1 0 个，表明 基层状况较差( 见图2 ) ；通过对芯样粘结情况统计分 析，所取芯样中粘结较好的芯样为5 个，断开的芯样为 5 7 个，表明面层与基层间的粘结情况较差( 见图3 ) 。 - 苗。- I 些卅I 2 0r 基 1 5 蛔_ I oI 籁 端松敞 l c _ 聃坛 牧 些层完 雅8 且 图3 芯样粘结情况 2 4 基层无侧限抗压强度试验分析 通过对基层完整且 1 5c m 的芯样进行无侧限抗 压强度试验。试验结果见表l ，表明所取完整芯样的 杉_，llIllIlJ 郎1 一 一记 q岖段 i i臀-嫩 傺几U 万方数据 中I 习彳丛z 柱 吴晓伟：中新天津生态城沥青路面反射裂缝的研究2 0 1 2 年增刊 强度均满足要求。 表1基层无侧限抗压强度试验结果 位置取芯类型抗压强度M P a 经十路2完好处 4 2 运河中路2完好处 4 3 中生大道2完好处 4 5 各定路1完好处 5 1 和畅路l完好处 4 6 各畅路3完好处 4 2 动漫外环I 完好处 4 7 外环延跃2完好处 4 5 2 5 深层取芯分析 本文分别对东北部产业园运河北路、北部产、l k 园、动漫园进行深层取芯分析，图片见图4 图6 。 图4 运河北路深层取芯 图5 北部产业园深层取芯 圈6 动漫园深层取芯 通过分析得H 以下几点。 1 ) 运河北路基层底部、底基层两端松散，裂缝贯 穿，且土基顶面有裂缝。从取芯情况可见灰土搅拌不 均，呈小块状龟裂，部分淤土没有将石灰搅拌进去。 2 ) 北部产业园所取裂缝处芯样基本成型，水稳底 基层较短且碎裂，土基板结成型，但土基已裂开，说明 裂缝由路基向上反射。 3 ) 动漫园底基层较短且底部碎裂，裂缝贯穿，土 基呈龟裂状松散，土基底部j 卷样存在裂缝。 3 本项目裂缝成因分析 3 1 路基不均匀沉降 通过对生态城道路路面情况及裂缝状况调查与 分析，日前各路段横向裂缝产生的主要原因是路基小 均匀沉降。一方面是由于现阶段道路建设对土基的 处理大部分仅是浅层换填处理；另一方面建设期较 紧，针对路基的预压期不够。 根据试验结果及结合现场调查情况，可判断横向 裂缝足由路基不均匀沉降引起的。 1 ) 从芯样的裂缝发展状况来看，裂缝发展形态大 部分是下宽上窄，_ 口f 以初步判定裂缝属于反射裂缝。 2 ) 从现场调查情况来看，部分路段出现明显的沉 降起伏，可以判定该路段存在着不均匀沉降。 3 ) 现场调查发现，少量裂缝处所对应的平石存在 开裂现象。一般情况下，基层的反射裂缝不会引起平 石开裂，故可进一步判定该裂缝属于路基不均匀沉降 引起的。 4 ) 从深层取芯情况来看，路面面层、基层、底基 层、土基均存在裂缝，可以进一步判定，该裂缝属于路 基不均匀沉降引起。 3 2 基层松散 基层松散、板体性不好是裂缝反射较快的原因之 一。由于基层的板体性不好，无法抵抗不均匀沉降裂 缝的反射，所以导致裂缝直接由面层来承担抵抗作 用。导致基层松散的主要原因有以下几点。 1 ) 养生期不足足基层松散的主要原因。通过调 研得知，大部分路段基层施工均为“两次摊铺一次成 型”的铺筑方式，导致养生期较短。 2 ) 基层级配偏细。细集料偏多并且粉尘含量偏 高，导致集料的比表面积增大，相对而言水泥的比例 偏小，而水泥的粘结作用偏小。 3 ) 压实度不足也是基层松散的主要原因之一。 通过取芯情况分析，基层芯样表面有较多的孔隙，可 见压实度有所不足。 3 3 路面偏薄 基层松散，面层需起到抵抗反射裂缝的作用。众 多研究资料表明，沥青面层厚度与抗反射裂缝能力成 正比。目前各路段路面面层厚度偏薄，抵抗反射裂缝 的能力不足。 3 4 层间粘结不好 由于层间粘结不好，各层问属于孤立层，基层与 而层之间处于脱空状态，不能整体受力，导致反射裂 缝逐层反射，且很快反射至面层。 3 5 过路管线 过路管线施工，也是影向裂缝反射的主要原因之 2 5 万方数据 中l 习亏丛土程吴晓伟：中新天津生态城沥青路面反射裂缝的研究2 0 1 2 年增刊 一。在铺设过路管线时，回填材料及压实度在回填时 未能严格控制，甚至不能满足设计要求，导致在过路 管线位置产生反射裂缝。 4 反射裂缝的主要防治措施 针对半刚性基层沥青路面出现的反射裂缝，一般 采取如下防治措施。 4 1 增加沥青面层的厚度 通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝。 沥青面层厚度增加至1 5 2 5c m ，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抗弯曲刚度，降低接缝处的弯沉 差，减少加镳层的剪切应力，同时可以延长其疲劳断 裂寿命。 4 2 半刚性材料的合理组成设计 调整结合料用量与比例，增加粗集料含量，并严 格设计级配，以尽可能减小温缩和干缩系数，增加半 刚性基层材料的抗裂性能- 2 。 4 3 面层与基层之间增加级配碎石层 采用具有一定厚度的优质级配碎石作为上基层， 而半刚性材料作为下卧层。这种上柔下刚式的“组合 基层”在很大程度上能防止和减少半刚性基层反射裂 缝，同时级配碎石基层还能充当具有排水功能的基 层。 4 4 加铺土工织物或格栅 土工织物中间层对沥青面层底的箍团作用可增 强沥青面层的抗裂强度。一般用于具有严重裂缝旧 沥青路面或水泥路面上加铺沥青新面层的中间防裂 层，防裂效果有好有坏；对于垂直位移差和水平位移 较大的情况基本没有效果。格栅对于降低荷载产生 的应力和应变的作用则远大于软夹层，可以增强路面 强度，减少温度引起的反射裂缝，但不能降低加铺层 荷载应力。 4 5 基层预切缝 基层预切缝方法是在铺沥青面层前将半刚性基 层按一定间距设置预切缝，且设法让这种裂缝仅保留 在基层本身，而不反射到面层。它的防裂原理主要是 通过锯缝改善基层约束条件，从而在一定程度上释放 温度应力来达到防裂目的。 4 6 面层与基层之间铺设应力吸收中间层 应力吸收层采用低弹性模量、高韧性的应力吸收 材料铺设，具有较低的弹性模量且能承受很大的应变 而不破坏。在路面结构中它能依靠自身的塑性变形 2 6 来吸收应力，降低很大的应变传递到面层上，从结构 的角度延缓了裂缝尖端的应力集中，因此起到了较为 明显的防裂效果。 反射裂缝的产生主要是先由于半刚性基层的温 度干缩应力导致基层开裂，而后在温差应力和荷载应 力共同作用下向面层发展。面层厚度和基层的温缩 性能是影响反射裂缝多少和发展快慢的主要因素。 增加面层厚度，降低半刚性基层的温干缩系数，在基 层和面层之间添加层或级配碎石以及合理施工是消 除和减少反射裂缝的有效措施。但各种防裂效果和 作用机制不相同，且各类措施的防裂效果很有限。因 此、，如何采取措施以较少或延缓路面的反射裂缝，还 应根据路面结构的实际情况，综合利用多种防裂措施 与方法，以达到最佳的防裂效果。 5 结语 根据中新天津生态城沥青路面反射裂缝的情况， 并结合其他工程实践，本文对沥青路面反射裂缝进行 如下总结：、 1 ) 理论计算与实践紧密结合，从经济合理、安全 可靠、可操作性强等因素中找到其切入点； 2 ) 做到动态设计与动态施工有机结合； 3 ) 施工队伍必须具备较高的技术素质和良好的 施工装备； 4 ) 监理及业主等监督管理部门须严格控制材料 和施工质量； 5 ) 合理的设计和施工周期是优良产品的有力保 障3 。 沥青路面反射裂缝涉及的方面及影响因素还有 很多，在实际施工中选择合适的沥青面层厚度、合理 的半刚性材料组成以及其他措施，加强施工现场管 理，精心组织施工，从而在更大程度上可保证防裂效 果，提高路面工程质量