2015年巖土工程師專業(yè)知識精講:裂縫形成過程

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　　裂縫形成過程

　　對于半剛性基層，裂縫往往不是由交通荷載作用引起的。水泥穩(wěn)定碎石基層由于水分蒸發(fā)及溫度變化的影響，很容易產(chǎn)生裂紋，在承受荷載之前，就已經(jīng)存在大量的微細(xì)裂紋和孔洞。因此，實際上它是在帶有裂紋的狀態(tài)下承受交通荷載作用的，基層的溫縮和干縮是引起裂縫的內(nèi)因。

　　對于反射裂縫的形成，是由于面層底部的拉應(yīng)力超過瀝青混凝土極限強(qiáng)度所致。在基層開裂后，由于基層失去抵抗拉應(yīng)力的作用，就在開裂位置將應(yīng)力傳遞給面層，造成面層在裂縫處的應(yīng)力集中。如果此時再加上偏荷載主拉應(yīng)力(或剪應(yīng)力)的作用，其應(yīng)力值就有可能超過材料的極限強(qiáng)度，面層隨之開裂。偏荷載作用的主拉應(yīng)力(或剪應(yīng)力)是促成反射裂縫形成的原因。因此，路面反射裂縫主要是由于基層開裂后的水平與垂直位移引起的。

　　影響路面裂縫的主要因素及其對應(yīng)措施

　　影響瀝青路面裂縫輕重程度的主要因素包括：瀝青和瀝青混合料的性質(zhì)，基層材料的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)類型與組成情況，氣候條件(特別是冬季氣溫及其變化)，交通量和車輛類型以及施工因素等。就水泥穩(wěn)定碎石瀝青路面而言，基層材料組成以及施工水平尤為重要。設(shè)計合理、施工良好的水泥穩(wěn)定碎石基層不易在早期出現(xiàn)荷載型裂縫。

　　自20世紀(jì)30年代以來，國內(nèi)外在防止半剛性基層路面的裂縫方面先后采取了很多措施。抗裂性能和防裂措施的研究可分為3大類：第一類為面層本身抗裂性能和防裂措施的研究，第二類是半剛性基層防裂性能和防裂措施的研究，第三類是面、基層之間作用原理及抗裂性能的研究。

　　目前我國在防治反射裂縫方面主要也分為3大部分：一是改善瀝青混凝土面層性能，如增加瀝青層厚度、加筋罩面層、使用改性瀝青等;二是設(shè)置應(yīng)力/應(yīng)變消減中間層，如采用SAMI、土工織物、土工格柵、粘接間斷層、級配碎石中間層等;三是針對基層材料本身，選擇抗沖刷性好、干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小和抗拉強(qiáng)度高的半剛性材料。

　　盡管已嘗試了許多預(yù)防措施，但是迄今為止還沒有找到能防止瀝青混凝土面層產(chǎn)生對應(yīng)裂縫或反射裂縫的有效措施。雖然以上各種措施都在實踐中得到了應(yīng)用，但目前各類措施的防裂效果在定性、定量上很不一致，這一方面表明對各種措施還缺乏進(jìn)行系統(tǒng)評價的方法，另一方面也表明目前各種措施的防裂效果都還十分有限。原因可能在于各類措施的防裂效果都與其自身的性能有一定關(guān)系，只有滿足一定的要求才能有效地防治反射裂縫。

　　概括說來，各種措施的防反射裂縫機(jī)理不外乎是增強(qiáng)材料自身的性能和減少外界因素的影響。具體就是增強(qiáng)材料的變化能力，提高其強(qiáng)度特性，消除應(yīng)力集中(荷載應(yīng)力集中和溫度應(yīng)力集中)以及防水。

　　而一項優(yōu)異的技術(shù)措施則不僅應(yīng)該是在理論上和實驗室內(nèi)有效，具體就是增強(qiáng)材料的變化能力，提高其強(qiáng)度特性，消除應(yīng)力集中(荷載應(yīng)力集中和溫度應(yīng)力集中)以及防水。而一項優(yōu)異的技術(shù)措施則不僅應(yīng)該是在理論上和實驗室內(nèi)有效，同時也應(yīng)該考慮到施工方便、經(jīng)濟(jì)合理等因素。