高温差地区沥青路面拱胀裂缝防治技术

孙国良1 纳守贵2 田同3

中交路桥华北工程有限公司 北京 100000

摘要：在沙漠戈壁地区，夏季高温酷热，冬季干燥寒冷，春季升温快而不稳定，干燥多沙尘，秋季降温剧烈而短暂，季节性与昼夜温差明显。路基填料就地取材，多以风积沙填料为主，高速公路路面设计多为水泥稳定碎石半刚性基层，普通沥青混凝土路面。在这种高温差环境下，路面成型后不久便出现了不同程度的拱胀现象，最终演变为拱胀裂缝，给行车带来极大的安全隐患，严重影响了高速公路使用年限及其性能。因此，本文从引起沥青路面拱胀开裂产生的原因及其危害出发，经过合理地分析及现场试验后，有针对性地提出沥青路面拱胀开裂预防及处置措施，为类似地区沥青路面施工提供一定的参考。

关键词：高温差；拱胀；裂缝；隐患；措施

中图分类号：U416.217        文献标识码：A

Prevention and control technology of arch swelling crack of asphalt pavement in high temperature difference area

Sun Guoliang1 Na Shougui2 Tian Tong3

Zhongjiao Road and Bridge North China Engineering Co., LTD., Beijing 100000

Abstract：In the desert Gobi region, the summer is very hot,the winter is dry and cold,the spring temperature rise is fast and unstable, dry and dusty, the autumn temperature drop is intense and short,and the seasonal and diurnal temperature difference is obvious.The subgrade fillers are made of local materials, mostly the eolian sand fillers,and the highway pavement design is mostly cement stabilized gravel semi-rigid base and ordinary asphalt concrete pavement.In this environment of high temperature difference, the road surface soon after the formation of different degrees of arch swelling phenomenon,and eventually evolved into arch cracks,to the driving has brought great safety risks,seriously affect the service life and performance of the highway.Therefore,This paper starts from the causes of arch swelling cracking of asphalt pavement and its harm,After reasonable analysis and field test,The prevention and treatment measures of arch swelling cracking of asphalt pavement are put forward accordingly.It provides some reference for asphalt pavement construction in similar areas.

Key words：High temperature difference; Arch swelling；Cracks; A hidden danger; Measure

0.引言

在内蒙古额济纳旗、新疆若羌、哈密、喀什地区以及甘肃的酒泉、张掖等地，一种沥青路面拱胀开裂的现象时有发生。而这几个地区的地理气候和环境特点都大同小异，均属于夏季高温酷热，冬季干燥阴冷的沙漠戈壁地带。因此，本文从沥青路面拱胀开裂的原因、影响因素、预防和处置措施等方面进行了系统性的研究，以应对沙漠戈壁地区沥青路面拱胀开裂现象。

1.面层拱胀产生原因及其影响因素

经过分析，这些地区路基填料多以风积沙为主，而沥青面层为柔性材料，这两者本身具有一定的抵抗变形的能力，进而分析出引起路面拱胀开裂病害的最主要原因在于基层。因此，本文主要从如何防止水泥稳定碎石基层产生横向拱胀进行分析。

1.1.配合比设计

在级配上，通常情况下，骨架密实型4.75mm通过量只占集料总量的1/4-1/3，而不像悬浮密实型4.75mm通过量占集料总量的1/3-1/2。显然，骨架密实型的粗集料相对较多，细集料相对较少，在粗骨料形成的骨架中填满细集料，基层更加充盈、致密。另外，基层碎石掺配比例在4.75-26.5mm之间时，基层级配范围较窄，这种较细的集料，也使得基层更加密实，基层强度偏高。在一些高温差地区，基层内部温度需要不断交替循环释放，水泥稳定碎石基层越密实，基层内部应力释放就越困难。久而久之，在不断热胀冷缩反应过程中，基层最终因应力释放不足而拱起、开裂，传递至沥青面层，形成拱胀病害。

1.2.温差拱胀

在北方地区，基层施工多集中在夏、秋两季，白天气温基本稳定在35℃左右，夜间最低温差可达15℃以上。水泥稳定碎石基层施工后内部储存了一定的热量。由于大气温度变化快于路面，在温度降低时进行热量释放，在此过程中会产生温度应力。在沥青面层铺筑完成后，热量释放途径被阻隔，沥青表面吸收热量后温度升高，当应力超过临界值时，基层的温度应力大于轴向抗压强度或者基层产生的拱起位移较大时，就会产生竖直向上的裂缝。在高温天气的持续作用下，基层就会因失去约束而沿着裂缝自由地膨胀，间接性造成沥青路面拱胀甚至开裂现象。

1.3.盐胀反应

路基盐胀反应一般发生在盐渍土比较丰富的地区，当路基填料中易溶盐含量超标或盐渍土未进行特殊路基处理时，填充物内部的水分以薄膜水和液态水的形式在温度循环过程中发生迁移，液态水在温降作用下携带盐分上升，聚集在路基顶面，这样循环往复，盐分逐渐上移，侵入路面基层。易溶盐结晶后体积膨胀引起土基、路面基层拱起，受冻融和盐分干湿循环侵蚀作用，基层无侧限抗压强度明显降低，在薄弱部位基层拱起，最终反射至沥青面层。

当环境温度升高时，水泥稳定材料温度拱胀开裂发展迅速，同时发生盐胀。当环境温度降低时，硫酸钠晶体析出导致水泥稳定材料内部应力增大，从而引起基层盐胀变形。

2.拱胀危害

2.1.行车安全

通车后部分高速公路路面出现了不同程度的拱胀开裂现象，由于车辆在高速行驶状态下，驾驶员不能及时躲避拱胀部位，使得车辆发生侧翻、追尾等现象，造成事故频发，使驾驶员及乘客的生命安全受到极大的威胁。

2.2.养护成本

公路路面出现问题后必须组织人员及时进行病害修复，以保证路面的路用性能。公路沥青路面拱胀裂缝的修补方法有很多，如沥青灌缝、沥青铣刨重铺、改性沥青冷补等方法，但都存在一定的缺点。有些方法修复成本低，但修复质量差，来年需要继续修复；有些方法一次性修复成本较高，修复质量较好，但也仅能维持3-5年，不论哪种方法都不能一劳永逸。因此这种拱胀病害给沥青路面修复养护所带来的成本是巨大的。

3.预防及处理措施

面层拱胀归结原因，最主要还是在于基层配合比的设计，因此如何调整和优化配合比是关键，经过室内及现场试验分析研究，得出在合成级配满足要求的同时限制细集料用量，在满足设计强度的基础上限制水泥的用量可以有效减少拱胀开裂现象。另外，通过设置路面伸缩缝、优化路面结构，加强施工控制等也能够减少拱胀开裂的发生。

3.1.基层配合比优化

众所周知，C-B-3级配适用于极重交通、特重交通荷载下的基层。因此，水泥稳定碎石基层C-B-3级配按照《公路路面基层施工技术规程》推荐范围取中值。以下是筛孔取值：

C-B-3型水泥稳定碎石基层的推荐范围

筛孔尺寸（mm）	31.5	19	9.5	4.75	2.36	0.6	0.075
上限（%）	100	86	58	32	28	15	3
下限（%）	100	68	38	22	16	8	0
中值（%）	100	77	48	27	22	11.5	0

（1）采用骨架密实型结构的水泥稳定碎石混合料级配，粗集料适当增加，细集料适当减少。通常情况下，相对于悬浮密实型，骨架密实型水泥稳定碎石混合料的膨胀系数要小得多，所以，对提高混合物温度稳定性有益的是，适度增加粗集料，形成骨架结构。因此，在采用C-B-3型级配时，可以适当提高粗集料的含量。

（2）在水泥稳定碎石混合料中，水泥主要起到粘结和提升强度的作用，水泥剂量的高低对其工作性能有一定的影响。水泥剂量含量越大，弹性模量也越大，水泥稳定碎石混合料的膨胀系数也越大。当水泥剂量大于最佳含量一定范围时，水泥稳定碎石基层强度明显提高，但板结时会产生更多的裂缝和较大的收缩，且容易产生挤浆，不仅会加重施工难度，也会影响水泥稳定碎石的工作性能；当水泥剂量略小于最佳含量时，水泥稳定碎石的强度无法达到要求，再减少时，水泥剂量过少使碎石无法板结，强度过低会影响其使用性能。因此，要提高水泥稳定碎石混合料的温度稳定性，应综合比较选用适宜剂量的水泥。

（3）可加些掺合剂，既能提高水泥稳定碎石混合料的温度稳定性，也能够预防水泥稳定碎石混合料温缩裂缝的发生。

3.2.优化路面结构设计

（1）路面结构层的设计对于水泥稳定碎石基层发生拱胀现象具有非常重要的影响，在不同的结构层设计中，温度分布也不一致，这种情况也会影响到水泥稳定碎石基层内部温度拱胀反应。

水泥稳定碎石混合料在高温条件下极易产生拱形破坏，其原因在于自身内部板体性强，强度大，抗变形能力差。因此，考虑在水泥稳定碎石基层与沥青面层之间设置一层SAMI应力吸收层，可以起到过渡作用，能够分散应力，防止拱胀裂缝反射至面层；另一方面，可延缓温度的传递，防止基层冬季产生温缩裂缝，夏季受路表温度影响产生拱形裂缝。

（2）设计合理的路面结构层厚度

不同厚度的路面结构层其力学性能也不一致，适应外界环境条件的能力也不一样。因此，考虑在这种沙漠戈壁高温差地区设计一种合理的路面结构层，通过增加沥青面层厚度或者增加一层沥青面层，降低水泥稳定碎石基层厚度的方式来缓解路面拱胀病害的发生。主要设计机理在于通过提高路面结构层抵抗变形的能力，以降低路面温差作用产生的拱胀破坏。

3.3.盐胀预防

原材料控制：当原材料中易溶盐含量超标时，不论是路基填料还是水泥稳定材料都会在施工后产生盐胀反应。因此，必须从原材方面进行易溶盐含量检测控制，防止因材料原因导致拱胀病害的发生。

清表及换填：在盐渍土地区施工时，要先对盐渍土地基表层聚积的盐霜、盐壳及植被等进行清除，对局部路堑或零填的盐渍化路段，自路面结构层底面以下80cm深度为基准面，此基准面以上盐渍土全部挖除换填为非盐渍土，填筑压实度应满足设计要求。

土工材料隔断层：设置隔断层，防止盐分升高，以减少地下水和地表水对路基的冲击。隔断材料采用两布一膜，设在上路床底部，当距路基坡脚高度不足30cm时，复合土工布高于边沟流水位；当地面或地表长期积水水位高于30cm时，需开挖路基坡脚加深边沟，使复合土工布高于路基坡脚或加深边沟底30cm以上，土工材料敷设坡度向外2%。

上述措施可有效避免路基内部发生的盐胀现象，最大程度地降低因路基盐胀对路面结构层带来的连锁反应。

3.4.施工控制

为防止水泥稳定碎石基层拱胀裂缝反射至沥青面层，在施工初期就对下承层裂缝进行控制。除通过混合料级配、配合比设计方法减少裂缝外，可采用在水泥稳定碎石基层内设置一种伸缩缝的方法来减少拱胀现象的发生，设置段落宜为100m左右。具体设置方法可分为两种：预埋法、切缝法。

其中，预埋法为事前控制，即在基层铺设后立即采用人工挖除填料埋设与基层同厚同宽苯板再重新填补碾压密实；切缝法为事后控制，即采用切割机进行基层切缝，缝宽宜为2cm。两种方法在养护期结束后再采用SBS热改性沥青进行清缝灌缝，其上铺设一层2m宽玻璃纤维格栅后进入下道工序。水泥稳定碎石基层伸缩缝的施工可有效降低面层拱胀现象发生的概率。

4.路面拱胀处置措施

当已成型沥青路面发生拱胀现象时，需要及时对拱胀部位进行处理，以确保路面使用性能。经过调研分析，针对拱胀病害提出以下具体处理方案：

①以拱胀范围为基准，大小桩号各超宽50cm进行处理（根据拱胀程度适当放宽），采用细线标记切割位置，利用切缝机及炮锤将沥青层整体切除。②水泥稳定碎石处理长度为路面全宽，处理宽度以“中线”为准，向大小桩号侧各超宽30cm将水泥稳定碎石层整体切除。③人工配合机械将残渣清理后，利用平板夯对裸露路床顶面进行夯实。④沿拱胀部位在基层层位大小桩号侧各设置2cm厚苯板，并浇筑混凝土与水泥稳定碎石顶面平齐。⑤待混凝土强度满足要求后顶面洒布粘层油，铺筑沥青至设计标高，采用14t钢轮压路机碾压，人工配合补料，确保该部位路面平整度。

采用上述措施可消除已发生拱胀病害，但需特别注意混凝土的养生及沥青面层回铺时接缝处平整度的控制。

5.结语

本文通过对沥青面层拱胀现象产生的原因及其危害进行分析，得出从基层配合比优化、路面结构层的合理设计、盐胀反应预防、施工控制等方面能有效预防或减少沥青面层拱胀现象。同时，提出了对已产生拱胀开裂现象沥青路面的处置措施。当然，除了文中所述方法外，在施工过程中还要求施工单位能够精心组织，规范施工。本次研究以项目在建工程为基础，提出了关于对沥青路面拱胀开裂现象相应的预防及治理措施，希望在指导本工程施工的同时能够给其他类似工程带来一定参考。

参考文献

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[4]宋亮，王选仓，水泥稳定基层拱胀变形机理研究[P].新疆交通运输科技.2018（12）

作者简介

孙国良（1983-），男，内蒙古呼和浩特，2009年7月，内蒙古大学，土木工程，本科，高级工程师，主要从事公路工程施工