高速公路横向裂缝研究
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沥青混凝土的均匀性包括矿料级配的一致性 ,拌和的均 匀性 ,在无细集料离析和离析现象的轻重程度 ,沥青混凝土 压实度或空气率的一致性以及层厚的一致性 。沥青混凝土 的均匀性愈好 ,其强度就愈均匀 ,面层表面的薄弱处就愈少 。 因此 ,在其他条件相同的情况下 ,沥青混凝土面层的均匀性 愈好 ,表面产生温度裂缝的时间可能愈晚 ,温度裂缝的数量 也会愈少 。 314 在产生横向裂缝的基层上铺一条宽 1 m 的玻纤网
[ 关键词 ] 高速公路 ;横向裂缝 ;破坏因素 ;措施 [ 中图分类号 ] U415. 1 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 10012523X(2005) 0220056202
1 横向裂缝概状 横向裂缝是沥青面层发生最多的一条裂缝 。每条沥青
路面道路都有或多或少的横向裂缝 ,它是沥青路面早期破坏 现象之一 ,表 1 是几条高速公路半刚性路面的横向裂缝状况 统计表 。
的 。某高速公路在工程实施之初 ,有人提出要消灭沥青路面 的裂缝 ,因而把沥青面层的设计厚度普遍增加 5 cm ,但在全 线通车后的当年就产生了裂缝 ,横向裂缝可能由多个外因引 起 ,如温度变化的作用 ,地基和填土路堤纵向不均匀沉陷 ,半 刚性基层的裂缝或刚性路面的接缝 。
3. 1 沥青较稀 ,粘度较高有利于减少温度裂缝 在其他条件相同的情况下 ,采用较稀 (针入度较大) 的沥
研究表明 ,高速公路面层横向裂缝的产生是不可避免 的 。同时 ,一旦形成横向裂缝 ,其维修工作非常艰难 ,关键在 于早期预防 ,要求在施工阶段分别针对温度裂缝和半刚性基 层裂缝引起的反射裂缝采取相应的预防措施 ,力争减少横向 裂缝的发生 。
参考文献
1 邓学钧. 路基路面工程. 北京 :人民交通出版社 ,2001 2 李道辅. 高速公路路面设计与施工. 北京 :人民交通出版社 ,2001 3 朱惠君. 高速公路路基设计与施工. 北京 :人民交通出版社 ,2001
遍的一种半刚性基层材料 。另一类是石灰粉煤灰或石灰粉
煤灰加少量水泥稳定级配集料 (简称二灰稳定粒料) 。
室内试验表明 :水泥稳定粒料和二灰稳定粒料的最大干
缩应变分别大于这两种材料的极限拉应变 。因此 ,用这两种
材料铺筑的基层 ,在养生结束后较长时间暴晒 ,特别在高温
季节暴晒的情况下 ,基层不可避免会产生干缩裂缝 。现场观
青有利于减少温度裂缝 。国外试验表明 ,用针入度 300/ 400 的低粘度沥青铺筑的试验路的横缝为针入度 150/ 200 低粘 度沥青路段的 30 %。用针入度 150/ 200 ,高粘度沥青铺的试 验路 ,使用 5 年后无裂缝 。用针入度 150/ 200 低粘度沥青铺 筑的试验路产生了很多横向裂缝 。
在冰冻地区温度裂缝有两种 :一是冬季突然大幅度降温 引起沥青面层产生低温收缩裂缝 ,二是日气温变化引起沥青 面层产生温度应力 ,温度应力的反复作用使沥青面层产生温 度疲劳裂缝 。在冬季负气温地区 ,通常低温裂缝是主要的 。
沥青混凝土是热胀冷缩的材料 ,其温度收缩系数常在 25 ×10 - 6 ～40 ×10 - 6 ,一次大幅度降温 ,可能产生 300 ×10 - 6 ～500 ×10 - 6 的拉应变 。沥青面层面的薄弱处就可能首先产 生裂缝 。沥青面层表面的薄弱处愈多 ,产生的横向低温裂缝 也愈多 。
a) 在控制不均匀沉降方面 :在设计上根据下沉系数尽可 能调整结构布设情况 ,调整下沉阻力 ;在施工上可以采取以
下措施 : 1) 沉井结构分段施工 、多次下沉 ,以减小下沉深度 、 摩阻力与沉井高度 ;2) 结构施工时对称 、同步进行以控制不 均匀沉降与倾斜 ; 3) 土方开挖时分区块同时 、同步 、对称均 衡取土 ; 4) 产生不均匀沉降后 ,在刃脚高的一侧加强取土 ; 在下沉快的一侧的刃脚下回填砂石 ,并在其外侧进行土方回 填 ;5) 加强观测与分析 ,动态施工 。
虽然在基层上的裂缝或早或迟会有部分反映到沥青面 层表面 ,但在沥青面层较厚 (约 10 cm 以上) 的情况下 ,反映 到面层上的裂缝只占面层裂缝总数的很少一部分 ,而且采取 处理措施后 ,也不能保证没有裂缝反映到沥青面层表面 。确 切地说 ,现有的处理措施只能延缓或减少但不能阻止基层裂 缝反映到面层表面 。只有在薄沥青面层时 ,需要考虑采取处 理措施 ,以减少面层表面的反射裂缝 。因为在薄沥青面层情 况下 ,反射裂缝在面层裂缝总量中的比例比较厚沥青面层情 况下的比例要大 ,当然也只是占少部分 。在气温多变期间 , 已开裂的基层上铺筑沥青底面层 ,底面层可能会产生反射裂 缝 。在铺筑表面层时 ,针对这种情况 ,可以在底面层裂缝上 铺一条宽 1 m 的玻纤网 。 4 结束语
表 3 衡阳段试验路段不同时期裂缝率
面层厚度 Πcm
28
1996 12. 76
裂缝率Π(mΠ1000 m2)
1997
1Βιβλιοθήκη Baidu98
1999
13. 76
17. 21
7. 43
2000 平均 7. 40
平均 30
8. 55 1. 34 0 5. 66 0
8. 55 1. 30 0 5. 90 0
8. 93
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1. 26
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0
7. 42
6. 85
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0
0
平均 3. 49
10. 51
10. 37
10. 36
10. 68
0. 54
0. 65
0. 75
1. 55
0. 38
0. 38
0. 38
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平均 32
1. 27 2. 54 0
1. 22 2. 52 0
1. 37
1. 28
2. 57
2. 78
在南方非冰冻地区 ,沥青面层的温度裂缝主要是温度疲 劳裂缝 ,京珠高速公路广东段沥青面层厚 32 cm ,该段冬季的 最低气温为 5 ℃,且最高气温常在 10 ℃以上 ,该路段于 2001
收稿日期 :2004 - 11 - 15 作者简介 :唐寻 (19682) ,男 ,湖北孝感人 ,武汉大学在读硕士研究生 ,
0
10. 43 平均 14. 5
0
0
0
0
0
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0
7. 88
0
0
1. 1
5. 22
平均
0
0
0. 22
4. 71
注 :面层厚 28 cm 共观察 34 段 , 面层 30 cm厚观察 5 段 , 面层 32 cm厚的观察 4 段 。
3 沥青路面横向裂缝的预防 沥青路面的裂缝是不可避免的 ,横向裂缝也是不可避免
第 32 卷第 2 期 2005 年 2 月
建 筑 技 术 开 发
Building Technique Development
Vol. 32 ,No. 2 Feb. 2005
高速公路横向裂缝研究
唐 寻
(孝感学院土木建筑工程系 ,孝感 432100)
[摘 要 ] 目前 ,高速公路建设已驶入快车道 ,但开放交通后的高速公路往往在几年内会出现许多大小不一的横向裂 缝 ;就这个现象笔者进行了长期的观察和研究 。
79
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
在对 80 个不同路段进行 10 年的跟踪观察后发现 ,半刚 性路面的裂缝率与柔性路面的裂缝率没有明显差别 。 2. 1. 3 温度裂缝逐年增加
由于沥青随时间增长而老化 ,沥青面层的抗拉强度会逐 年降低 ,因此 ,温度裂缝也逐年增加 。见表 1 。 212 面层愈厚并不意味着裂缝愈少
表 2 、表 3 是两条试验路的裂缝率表 ,它说明并不是面层 愈厚 ,裂缝愈少 。
表 1 几条高速公路的横向裂缝状况
编号 1992
年份 、横缝条数 1994 1998 2000
2002
总裂缝 条数
备注
1 30 92 590 721 788 2221 第一段 :长 79 km
2 37 78 480 703 703 2001 第一段 :长 82 km
3 24 78 590 650 650 1992 第三段 :长 75 km
b) 在控制封底涌土方面 ,一方面采用在基底打设松木圆 桩 ,控制沉井下部与外侧土体的涌土 ,另一方面采取分块对 称施工 ,可以有效控制终沉标高并成功进行封底工作 。
(上接第 56 页) 过了 10～30 d 就会产生横向干缩裂缝 。初期裂缝间距较长 , 可在百米以上 。在长时间暴晒的情况下 ,横向裂缝间距通常 约是 6～10 m。铺筑面层后 ,基层上的裂缝或早或迟会有部 分反映到沥青面层表面 。
表 2 孝感试验路不同时期的裂缝率
面层厚度 路段长
裂缝率Π(mΠ1000m2)
Πcm
Πm 1996 年 1997 年 1998 年 1999 年 2000 年
9
3000 38. 5 40. 5 44. 5 61. 5 70. 5
12
800 31. 5 35. 5 41. 5 55. 5 60. 5
测表明 ,这两种基层在养生结束后无覆盖的情况下 ,大约经
(下转第 79 页)
56
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 32 卷
4
20 68 125 603 816 第二段 :长 80 km
注 :刚性组合性路面 实际上 ,表 1 中 4 条高速公路沥青路面的横向裂缝并不 算多 ,某些高速公路沥青路面的横向裂缝长度要多得多 ,裂 缝的平均间距仅 10 m 左右 。 2 产生横向裂缝的原因及表现形式 211 绝大部分是温度裂缝
15
600 34. 0 39. 7 43. 4 57. 8 73. 2
2. 3 半刚性基层的裂缝引起沥青混凝土面层产生裂缝
我国高速公路主要采用两类基层材料 。一类是水泥稳
定级配集料 ,简称水泥稳定粒料 ,实际上包括水泥级配碎石
(在石屑不足时常添加部分砂) 、水泥级配砂砾等 ,这是我国
高速公路上使用最多的一种基层材料 ,也是国际上使用最普
312 提高面层沥青混凝土的强度 大幅度降温时 ,面层表面产生的温度应力大于表层沥青
混凝土的拉应力时 ,面层就会开裂 ,因此 ,表层沥青混凝土的 抗拉强度愈大 ,面层愈不容易开裂 ,反之亦然 。
影响沥青混凝土抗拉强度大小的因素在沥青质量 、矿料级 配(密实级配优于开级配和半开级配) ,沥青混凝土空气率和压 实度 ,通常压实度或空气率小的沥青混凝土的抗拉强度大。 313 提高沥青混凝土的均匀性
唐 寻 :高速公路横向裂缝研究
第2期
设计标高 10 cm 时涌土量达到 95 cm ,根本无法进行封底 ,采 用通过打设圆木后 ,外侧与基底的涌土情况得到有效控制 , 封底时土体基本不涌动 ,封底工作得到顺利进行 。木桩打设 后到封底完成 ,沉井下沉了约 10 mm。 6 施工体会
通过综合技术措施的应用 ,成功克服了基底坐落于淤泥 层的异形大型沉井的不均匀沉降 、封底涌土等一系列难题 。
孝感学院土木建筑工程系讲师 ,毕业于空军大学 ,现主要 从事道路工程教学工作 。
年通车 。2003 年笔者观察其中 5 km ,发现了 185 条横向裂 缝 ,显然 ,这些裂缝属于温度疲劳裂缝 。 2. 1. 1 温度裂缝起始于表面
大风降温过程中 ,面层表面的温度最低 ,温度变化时也 是表面的温度变化率最大 。因此 ,表面产生的温度拉应力最 大以及温度裂缝总是起始于表面并向下较快延伸 。 2. 1. 2 半刚性路面的裂缝率与柔性路面的裂缝率没有明显 差别
[ 关键词 ] 高速公路 ;横向裂缝 ;破坏因素 ;措施 [ 中图分类号 ] U415. 1 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 10012523X(2005) 0220056202
1 横向裂缝概状 横向裂缝是沥青面层发生最多的一条裂缝 。每条沥青
路面道路都有或多或少的横向裂缝 ,它是沥青路面早期破坏 现象之一 ,表 1 是几条高速公路半刚性路面的横向裂缝状况 统计表 。
的 。某高速公路在工程实施之初 ,有人提出要消灭沥青路面 的裂缝 ,因而把沥青面层的设计厚度普遍增加 5 cm ,但在全 线通车后的当年就产生了裂缝 ,横向裂缝可能由多个外因引 起 ,如温度变化的作用 ,地基和填土路堤纵向不均匀沉陷 ,半 刚性基层的裂缝或刚性路面的接缝 。
3. 1 沥青较稀 ,粘度较高有利于减少温度裂缝 在其他条件相同的情况下 ,采用较稀 (针入度较大) 的沥
研究表明 ,高速公路面层横向裂缝的产生是不可避免 的 。同时 ,一旦形成横向裂缝 ,其维修工作非常艰难 ,关键在 于早期预防 ,要求在施工阶段分别针对温度裂缝和半刚性基 层裂缝引起的反射裂缝采取相应的预防措施 ,力争减少横向 裂缝的发生 。
参考文献
1 邓学钧. 路基路面工程. 北京 :人民交通出版社 ,2001 2 李道辅. 高速公路路面设计与施工. 北京 :人民交通出版社 ,2001 3 朱惠君. 高速公路路基设计与施工. 北京 :人民交通出版社 ,2001
遍的一种半刚性基层材料 。另一类是石灰粉煤灰或石灰粉
煤灰加少量水泥稳定级配集料 (简称二灰稳定粒料) 。
室内试验表明 :水泥稳定粒料和二灰稳定粒料的最大干
缩应变分别大于这两种材料的极限拉应变 。因此 ,用这两种
材料铺筑的基层 ,在养生结束后较长时间暴晒 ,特别在高温
季节暴晒的情况下 ,基层不可避免会产生干缩裂缝 。现场观
青有利于减少温度裂缝 。国外试验表明 ,用针入度 300/ 400 的低粘度沥青铺筑的试验路的横缝为针入度 150/ 200 低粘 度沥青路段的 30 %。用针入度 150/ 200 ,高粘度沥青铺的试 验路 ,使用 5 年后无裂缝 。用针入度 150/ 200 低粘度沥青铺 筑的试验路产生了很多横向裂缝 。
在冰冻地区温度裂缝有两种 :一是冬季突然大幅度降温 引起沥青面层产生低温收缩裂缝 ,二是日气温变化引起沥青 面层产生温度应力 ,温度应力的反复作用使沥青面层产生温 度疲劳裂缝 。在冬季负气温地区 ,通常低温裂缝是主要的 。
沥青混凝土是热胀冷缩的材料 ,其温度收缩系数常在 25 ×10 - 6 ～40 ×10 - 6 ,一次大幅度降温 ,可能产生 300 ×10 - 6 ～500 ×10 - 6 的拉应变 。沥青面层面的薄弱处就可能首先产 生裂缝 。沥青面层表面的薄弱处愈多 ,产生的横向低温裂缝 也愈多 。
a) 在控制不均匀沉降方面 :在设计上根据下沉系数尽可 能调整结构布设情况 ,调整下沉阻力 ;在施工上可以采取以
下措施 : 1) 沉井结构分段施工 、多次下沉 ,以减小下沉深度 、 摩阻力与沉井高度 ;2) 结构施工时对称 、同步进行以控制不 均匀沉降与倾斜 ; 3) 土方开挖时分区块同时 、同步 、对称均 衡取土 ; 4) 产生不均匀沉降后 ,在刃脚高的一侧加强取土 ; 在下沉快的一侧的刃脚下回填砂石 ,并在其外侧进行土方回 填 ;5) 加强观测与分析 ,动态施工 。
虽然在基层上的裂缝或早或迟会有部分反映到沥青面 层表面 ,但在沥青面层较厚 (约 10 cm 以上) 的情况下 ,反映 到面层上的裂缝只占面层裂缝总数的很少一部分 ,而且采取 处理措施后 ,也不能保证没有裂缝反映到沥青面层表面 。确 切地说 ,现有的处理措施只能延缓或减少但不能阻止基层裂 缝反映到面层表面 。只有在薄沥青面层时 ,需要考虑采取处 理措施 ,以减少面层表面的反射裂缝 。因为在薄沥青面层情 况下 ,反射裂缝在面层裂缝总量中的比例比较厚沥青面层情 况下的比例要大 ,当然也只是占少部分 。在气温多变期间 , 已开裂的基层上铺筑沥青底面层 ,底面层可能会产生反射裂 缝 。在铺筑表面层时 ,针对这种情况 ,可以在底面层裂缝上 铺一条宽 1 m 的玻纤网 。 4 结束语
表 3 衡阳段试验路段不同时期裂缝率
面层厚度 Πcm
28
1996 12. 76
裂缝率Π(mΠ1000 m2)
1997
1Βιβλιοθήκη Baidu98
1999
13. 76
17. 21
7. 43
2000 平均 7. 40
平均 30
8. 55 1. 34 0 5. 66 0
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1. 26
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0
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平均 3. 49
10. 51
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0. 65
0. 75
1. 55
0. 38
0. 38
0. 38
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平均 32
1. 27 2. 54 0
1. 22 2. 52 0
1. 37
1. 28
2. 57
2. 78
在南方非冰冻地区 ,沥青面层的温度裂缝主要是温度疲 劳裂缝 ,京珠高速公路广东段沥青面层厚 32 cm ,该段冬季的 最低气温为 5 ℃,且最高气温常在 10 ℃以上 ,该路段于 2001
收稿日期 :2004 - 11 - 15 作者简介 :唐寻 (19682) ,男 ,湖北孝感人 ,武汉大学在读硕士研究生 ,
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10. 43 平均 14. 5
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1. 1
5. 22
平均
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4. 71
注 :面层厚 28 cm 共观察 34 段 , 面层 30 cm厚观察 5 段 , 面层 32 cm厚的观察 4 段 。
3 沥青路面横向裂缝的预防 沥青路面的裂缝是不可避免的 ,横向裂缝也是不可避免
第 32 卷第 2 期 2005 年 2 月
建 筑 技 术 开 发
Building Technique Development
Vol. 32 ,No. 2 Feb. 2005
高速公路横向裂缝研究
唐 寻
(孝感学院土木建筑工程系 ,孝感 432100)
[摘 要 ] 目前 ,高速公路建设已驶入快车道 ,但开放交通后的高速公路往往在几年内会出现许多大小不一的横向裂 缝 ;就这个现象笔者进行了长期的观察和研究 。
79
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
在对 80 个不同路段进行 10 年的跟踪观察后发现 ,半刚 性路面的裂缝率与柔性路面的裂缝率没有明显差别 。 2. 1. 3 温度裂缝逐年增加
由于沥青随时间增长而老化 ,沥青面层的抗拉强度会逐 年降低 ,因此 ,温度裂缝也逐年增加 。见表 1 。 212 面层愈厚并不意味着裂缝愈少
表 2 、表 3 是两条试验路的裂缝率表 ,它说明并不是面层 愈厚 ,裂缝愈少 。
表 1 几条高速公路的横向裂缝状况
编号 1992
年份 、横缝条数 1994 1998 2000
2002
总裂缝 条数
备注
1 30 92 590 721 788 2221 第一段 :长 79 km
2 37 78 480 703 703 2001 第一段 :长 82 km
3 24 78 590 650 650 1992 第三段 :长 75 km
b) 在控制封底涌土方面 ,一方面采用在基底打设松木圆 桩 ,控制沉井下部与外侧土体的涌土 ,另一方面采取分块对 称施工 ,可以有效控制终沉标高并成功进行封底工作 。
(上接第 56 页) 过了 10～30 d 就会产生横向干缩裂缝 。初期裂缝间距较长 , 可在百米以上 。在长时间暴晒的情况下 ,横向裂缝间距通常 约是 6～10 m。铺筑面层后 ,基层上的裂缝或早或迟会有部 分反映到沥青面层表面 。
表 2 孝感试验路不同时期的裂缝率
面层厚度 路段长
裂缝率Π(mΠ1000m2)
Πcm
Πm 1996 年 1997 年 1998 年 1999 年 2000 年
9
3000 38. 5 40. 5 44. 5 61. 5 70. 5
12
800 31. 5 35. 5 41. 5 55. 5 60. 5
测表明 ,这两种基层在养生结束后无覆盖的情况下 ,大约经
(下转第 79 页)
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© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 32 卷
4
20 68 125 603 816 第二段 :长 80 km
注 :刚性组合性路面 实际上 ,表 1 中 4 条高速公路沥青路面的横向裂缝并不 算多 ,某些高速公路沥青路面的横向裂缝长度要多得多 ,裂 缝的平均间距仅 10 m 左右 。 2 产生横向裂缝的原因及表现形式 211 绝大部分是温度裂缝
15
600 34. 0 39. 7 43. 4 57. 8 73. 2
2. 3 半刚性基层的裂缝引起沥青混凝土面层产生裂缝
我国高速公路主要采用两类基层材料 。一类是水泥稳
定级配集料 ,简称水泥稳定粒料 ,实际上包括水泥级配碎石
(在石屑不足时常添加部分砂) 、水泥级配砂砾等 ,这是我国
高速公路上使用最多的一种基层材料 ,也是国际上使用最普
312 提高面层沥青混凝土的强度 大幅度降温时 ,面层表面产生的温度应力大于表层沥青
混凝土的拉应力时 ,面层就会开裂 ,因此 ,表层沥青混凝土的 抗拉强度愈大 ,面层愈不容易开裂 ,反之亦然 。
影响沥青混凝土抗拉强度大小的因素在沥青质量 、矿料级 配(密实级配优于开级配和半开级配) ,沥青混凝土空气率和压 实度 ,通常压实度或空气率小的沥青混凝土的抗拉强度大。 313 提高沥青混凝土的均匀性
唐 寻 :高速公路横向裂缝研究
第2期
设计标高 10 cm 时涌土量达到 95 cm ,根本无法进行封底 ,采 用通过打设圆木后 ,外侧与基底的涌土情况得到有效控制 , 封底时土体基本不涌动 ,封底工作得到顺利进行 。木桩打设 后到封底完成 ,沉井下沉了约 10 mm。 6 施工体会
通过综合技术措施的应用 ,成功克服了基底坐落于淤泥 层的异形大型沉井的不均匀沉降 、封底涌土等一系列难题 。
孝感学院土木建筑工程系讲师 ,毕业于空军大学 ,现主要 从事道路工程教学工作 。
年通车 。2003 年笔者观察其中 5 km ,发现了 185 条横向裂 缝 ,显然 ,这些裂缝属于温度疲劳裂缝 。 2. 1. 1 温度裂缝起始于表面
大风降温过程中 ,面层表面的温度最低 ,温度变化时也 是表面的温度变化率最大 。因此 ,表面产生的温度拉应力最 大以及温度裂缝总是起始于表面并向下较快延伸 。 2. 1. 2 半刚性路面的裂缝率与柔性路面的裂缝率没有明显 差别