在我國(guó),橫向裂縫是高速公路最主要的裂縫形式,也是國(guó)外瀝青路面的主要病害之一。不 過(guò)在北歐、北美、日本,溫縮裂縫只發(fā)生在嚴(yán)寒的北方,并不發(fā)生在南方,而我國(guó)的橫向裂縫則 是從南到北都較普遍。為了搞清楚發(fā)生橫成裂縫的原因,不少單位都進(jìn)行了調(diào)查研究,但具體 看法上一直存在著嚴(yán)重的分歧。一種意見(jiàn)認(rèn)為橫向裂縫都是(或大部分是)瀝青面層的溫縮裂 縫;另一種看法認(rèn)為主要是半剛性基層收縮裂縫所引起的反射縫。實(shí)際上這兩種原因兼而有 之。還有一些其他的原因,是綜合原因造成的。 

由于瀝青路面所在地區(qū)的氣候、路面結(jié)構(gòu)、瀝青層的厚度及瀝青性質(zhì)、基層含水量及收縮 性能、鋪筑時(shí)間及施工方法等各種因素千變?nèi)f化,究竟是以瀝青面層的溫度收縮為主要原因, 還是半剛性基層收縮開(kāi)裂反射為主,或者以路堤收縮為主,實(shí)際上很難判斷,必須通過(guò)實(shí)際調(diào) 查才能下結(jié)論。

 尤為困難的是,裂縫調(diào)查目前只能對(duì)表面已經(jīng)開(kāi)裂的地方進(jìn)行開(kāi)挖檢查,無(wú)法驗(yàn)證表面未 裂處下面的基層是否已經(jīng)開(kāi)裂。而表面一旦開(kāi)裂,由于表面溫度較下面低,裂縫的發(fā)展便轉(zhuǎn)化 成上面快于下面,上面寬于下面,在縫的尖端處往往成為上面已裂下面未裂的情況,再加上面 層與基層的裂縫都是彎彎曲曲的,很可能有錯(cuò)位,使判斷究竟是面層先裂還是基層先裂發(fā)生困 難。 

可以想象,在北方寒冷地區(qū),由于大風(fēng)降溫造成的突發(fā)性開(kāi)裂,裂縫很快發(fā)展延伸甚至貫 通時(shí),由于基層、路基的降溫遲后較多,瀝青面層的溫縮裂縫將是主要原因,這樣的裂縫在半剛 性基層上大量產(chǎn)生,在柔性基層上也將發(fā)生。譬如日本道路基本都是柔性基層,北方的溫縮裂 縫亦很普遍。

 如上所述,瀝青面層中的低溫收縮開(kāi)裂是橫向開(kāi)裂的主要形式,主要是由于溫度降低出現(xiàn) 的瀝青面層收縮、應(yīng)力松弛特性、基層的摩阻力、降溫速率以及荷載應(yīng)力反射裂縫、路基凍縮等 多種因素相互影響的復(fù)雜現(xiàn)象。從總體情況看,從南方到北方,溫縮裂縫成為主要的原因的比 例越來(lái)越大,而半剛性基層收縮裂縫的反射縫的比例則越來(lái)越少。

 對(duì)高速公路來(lái)說(shuō),半剛性基層中的集料含量較多,而且瀝青面層相對(duì)較厚,收縮性能有了 很大改善。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn),由于采用了質(zhì)量好的重交通道路瀝青,橫向裂縫顯著減少,甚至可 能保持在數(shù)年內(nèi)不發(fā)生裂縫。山東壽光試驗(yàn)路的開(kāi)挖表明,勝利瀝青混合料路段的橫向裂縫 發(fā)生在冬季的氣溫驟降過(guò)程中,其下的半剛性基層有些并沒(méi)有開(kāi)裂,有些則開(kāi)裂了(開(kāi)裂位置 經(jīng)常會(huì)錯(cuò)開(kāi)一定距離,所以?xún)H從鉆孔是不易判斷的),說(shuō)明橫向裂縫可能起源于瀝青面層的溫 度收縮裂縫,也可能起源于基層反射縫。不過(guò)在北方寒冷地區(qū),主要是溫度裂縫。對(duì)大多數(shù)公 路來(lái)說(shuō),半剛性基層收縮裂縫的反射縫仍然是瀝青路面橫向裂縫的主要原因之一。

 為了減少半剛性基層收縮裂縫的反射縫,應(yīng)該從以下方面努力:(a)瀝青面層必須有一定 的厚度,能對(duì)基層起到足夠的保溫作用;(b)半剛性基層的組成中應(yīng)有較多數(shù)量的粗集料,而且 無(wú)機(jī)結(jié)合料的劑量也不能太高,即有適宜的剛度,這樣半剛性基層材料的收縮性將大為減少; 必須鋪上。 ()半剛性基層施工時(shí)含水量不能太大,并有良好的養(yǎng)生,瀝青面層在當(dāng)年基層尚開(kāi)裂之前必須鋪上。

我國(guó)高速公路建設(shè)的現(xiàn)狀表明,實(shí)際上這些方面不可能都做好。有的高速公路瀝青面層 較薄,有的半剛性基層養(yǎng)生不充分,鋪筑后不久便開(kāi)裂了。還有不少半剛性基層鋪完后來(lái)不及 鋪筑瀝青面層便過(guò)冬,或只能鋪一層聯(lián)結(jié)層進(jìn)行“保護(hù)”,無(wú)法保證冬天基層不裂。還有的半剛 性基層施工不好,或者習(xí)慣于用較多的含水量,或者仍有過(guò)高的細(xì)粒土比例,還有的片面追求 強(qiáng)度,水泥劑量較高。諸如比類(lèi),在這樣的半剛性基層的瀝青面層上,就難免有半剛性基層收 縮裂縫的反射縫存在。

 眾多的工程實(shí)踐證明,對(duì)水泥、石灰、粉煤灰等無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料的半剛性基層來(lái)說(shuō), 并不是強(qiáng)度越高越好的。有一個(gè)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度很重要,強(qiáng)度過(guò)大可能導(dǎo)致收縮裂縫增加;使路面 橫向裂縫嚴(yán)重。有的省的高速公路的半剛性基層強(qiáng)度比較適當(dāng),已經(jīng)可以做到使用頭幾年基 本上沒(méi)有橫向裂縫。

 從一些試驗(yàn)路及高速公路的使用調(diào)查發(fā)現(xiàn),在其他條件相同的情況下,半剛性基層路段的 橫向裂縫仍比柔性基層的多。京石高速公路正定試驗(yàn)路上,鋪筑了級(jí)配碎石過(guò)渡層后,橫向裂 縫明顯減少,甚至沒(méi)有早期裂縫,這一段恰好是施工時(shí)使用了質(zhì)量不好的石灰,受過(guò)批評(píng)的。 京密公路的級(jí)配砂礫基層段比半剛性基層段裂縫也明顯少得多。這些都說(shuō)明,橫向裂縫與基 層是有密切關(guān)系的。

 滬嘉高速公路的某些段落在1990年2月初冬季寒流襲擊時(shí)發(fā)生了多處開(kāi)裂,裂縫只發(fā)生 在車(chē)行道上,硬路肩并未裂,而用水泥塊預(yù)制的路緣石卻裂得更寬。廣佛高速公路在1989年 10月尚處于較高溫度時(shí)便出現(xiàn)了橫向裂縫,有不少雙向車(chē)行道的裂縫橫跨中央分隔帶,開(kāi)裂 位置對(duì)應(yīng),連中間排水溝(分隔帶)的漿砌片石及路緣石都裂開(kāi)了,這些裂縫很難歸咎于瀝青面 層本身收縮所造成。 

京津塘高速公路北京段1989年冬前施工的水泥穩(wěn)定級(jí)配砂礫基層上6cm、12cm、18cm瀝 青碎石及粗粒式瀝青混凝土(歡喜嶺瀝青),過(guò)一冬都發(fā)生了橫向開(kāi)裂,瀝青層越薄,裂縫越多, 挖開(kāi)后發(fā)現(xiàn),基層在相同位置開(kāi)裂。有一段只鋪了一個(gè)攤鋪寬度的瀝青碎石12cm,另一半未 鋪,基層裂縫開(kāi)裂甚多,其中三分之一將瀝青層拉裂(同一位置)。很明顯,這些裂縫均為半剛 性基層開(kāi)裂后的收縮裂縫與瀝青面層的溫度收縮共同引起的。

 另外,不管是北方還是南方的高速公路,橫向裂縫都有一個(gè)明顯的特點(diǎn),即經(jīng)常是跨過(guò)中 央分隔帶,甚至延伸到路肩、邊坡、田野?？梢?jiàn),除了瀝青面層及基層的收縮影響外,土基(路 堤)的收縮、凍脹等也有明顯的影響。 

因此,在我國(guó)高速公路半剛性基層瀝青面層上出現(xiàn)的橫向開(kāi)裂,是由瀝青面層本身的低溫 收縮開(kāi)裂、半剛性基層收縮裂縫的反射性開(kāi)裂及路基土壤收縮引起的開(kāi)裂等許多復(fù)雜的情況 引起的,具體情況必須具體分析。在大多數(shù)情況下,則是多種原因綜合作用造成的。這些裂縫 基本上都屬于非荷載性裂縫。

 之所以說(shuō)是多種原因綜合作用的結(jié)果,是因?yàn)檫@些裂縫主要發(fā)生在急劇降溫的過(guò)程中,首 當(dāng)其沖的瀝青面層內(nèi)當(dāng)然要產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力,它是造成開(kāi)裂的一個(gè)直接的主要原因。另 一方面,如果建筑在柔性基層上,或者下邊有級(jí)配碎石過(guò)渡層,僅僅瀝青面層的溫度應(yīng)力還不 一定達(dá)到開(kāi)裂的程度。但如果下面是半剛性基層,則其本身也將產(chǎn)生較大的收縮(干縮與冷縮 的疊加),它將使瀝青面層的收縮應(yīng)力增大,從而造成開(kāi)裂。如果半剛性基層上原先已經(jīng)有了 裂縫,瀝青面層的溫度應(yīng)力將在基層的裂縫部位造成很大的應(yīng)力集中,半剛性基層的收縮應(yīng)力 與瀝青之間的傳遞在裂縫自由端中斷,面層與基層的附著力使基層的收縮應(yīng)力集中于裂縫部 位的瀝青面層內(nèi),從而使瀝青面層的溫度應(yīng)力明顯增大,在裂縫部位或其附近首先開(kāi)裂。

因此,與柔性基層相比,半剛性基層瀝青面層的溫度應(yīng)力作用有一個(gè)附加力和應(yīng)力集中, 這兩種因素的綜合作用,再加上荷載的影響(比較小),導(dǎo)致瀝青面層開(kāi)裂?；蛘哒f(shuō),半剛性基 層瀝青路面產(chǎn)生橫向裂縫的條件為瀝青在交通荷載、溫度下產(chǎn)生的應(yīng)力再加上半剛性基層及 土基的影響產(chǎn)生的附加應(yīng)力之和,大于瀝青面層的抗拉強(qiáng)度。無(wú)論如何,瀝青面層的低溫收縮 是很重要因素。 

總之,非荷載裂縫大都為橫向裂縫,主要是由于迅速降溫及溫度循環(huán)反復(fù)作用在路面瀝青 層產(chǎn)生溫度收縮裂縫以及由于半剛性基層收縮開(kāi)裂產(chǎn)生的反射性裂縫,而絕大部分裂縫是多 方面的原因共同作用而產(chǎn)生的。