反射裂縫擴(kuò)展

傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論認(rèn)為，當(dāng)瀝青罩面層中某點(diǎn)的臨界應(yīng)力超過瀝青混凝土本身的極限強(qiáng)度時(shí)，瀝青罩面層即達(dá)到破壞狀態(tài)。實(shí)際上并非如此，瀝青罩面層中的反射裂縫從其產(chǎn)生到整個(gè)路面破壞，中間要經(jīng)歷一個(gè)裂縫擴(kuò)展階段，即反射裂縫在罩面層厚度方向上的縱向擴(kuò)展和在其表面的橫向擴(kuò)展。

反射裂縫的縱向擴(kuò)展

斷裂力學(xué)認(rèn)為，裂縫的擴(kuò)展有三種位移模式：張開模式、剪切模式和撕開模式。其中溫度應(yīng)力對(duì)反射裂縫影響的模式為張開模式，行車荷載對(duì)反射裂縫影響的主要模式是張開模式和剪切模式。當(dāng)車輪駛經(jīng)裂縫的正上方時(shí)，以張開模式來引起反射裂縫，當(dāng)車輪駛在裂縫之前和之后的位置時(shí)，以剪切模式影響反射裂縫。撕開模式在罩面層中不常出現(xiàn)。與張開模式相對(duì)應(yīng)的溫度型反射裂縫通常產(chǎn)生于罩面層的底部，而后向上逐漸擴(kuò)展到罩面層頂面。Rigo等人應(yīng)用SAPLI5程序模擬溫度應(yīng)力作用下反射裂縫的擴(kuò)展路徑，幾乎是垂直向上擴(kuò)展的，但當(dāng)氣溫非常低時(shí)，Haas認(rèn)為，裂縫產(chǎn)生在罩面層的頂面和底面，而后向罩面層中間擴(kuò)展，裂縫的這種擴(kuò)展方式在Button的“罩面試驗(yàn)”中得到驗(yàn)證。對(duì)于正荷載作用下的張拉位移模式所對(duì)應(yīng)的反射裂縫，一般產(chǎn)生于罩面層的底面，在周期性荷載的作用下垂直向上擴(kuò)展。Brown和Caltabiano在室內(nèi)試驗(yàn)都證實(shí)了裂縫的這種擴(kuò)展模式。在偏荷載作用時(shí)，反射裂縫以剪切模式在罩面層中向上擴(kuò)展，Rigo等人對(duì)其擴(kuò)展路徑進(jìn)行了分析，認(rèn)為裂縫在罩面層中是沿45.角的方向向上擴(kuò)展的。當(dāng)車輪荷載（偏荷載）和溫度應(yīng)力共同作用于復(fù)合罩面結(jié)構(gòu)時(shí)，Rigo等人的分析結(jié)果顯示，裂縫的擴(kuò)展介于偏荷載和溫度應(yīng)力單獨(dú)作用時(shí)裂縫擴(kuò)展路徑之間，比偏荷載作用時(shí)的裂縫擴(kuò)展途徑更垂直一些

[2] 反射裂縫的橫向擴(kuò)展

反射裂縫在瞬間是不可能貫穿整個(gè)路面寬度，除非在應(yīng)力作用時(shí)，裂縫的長(zhǎng)度已經(jīng)等于或大于相對(duì)整個(gè)路面寬度的臨界長(zhǎng)度（這里的臨界長(zhǎng)度是指當(dāng)裂縫的長(zhǎng)度接近或大于該長(zhǎng)度時(shí)，裂縫的擴(kuò)展非?？於沂遣环€(wěn)定的）。較為合理的發(fā)展過程是裂縫首先在路表面某些位置產(chǎn)生，然后再向兩側(cè)擴(kuò)展。一般情況下，反射裂縫多出現(xiàn)在輪跡處，因?yàn)闇囟葘?duì)反射裂縫的影響在整個(gè)路面寬度內(nèi)都是相同的，而行車荷載則是以一定的頻率分布在車道上的，尤其在渠化交通的道路上。與罩面層開裂有關(guān)的問題是環(huán)境因素的負(fù)效應(yīng)，反射裂縫一經(jīng)出現(xiàn)，水分的浸入、氧化以及行車的反復(fù)作用，常常使得反射裂縫加速向四周擴(kuò)展，即使裂縫貫穿整個(gè)路面寬度，也不會(huì)立即影響到行車的舒適性。同時(shí)，如果在罩面層與舊路面板之間加入了防反措施，如土工織物、SAMI等不透水材料，即使反射裂縫出現(xiàn)在罩面層頂面，如果這些不透水材料仍不破列，那么就可以減少環(huán)境因素的影響，使罩面層保持在一定的使用水平，直到反射裂縫處的材料出現(xiàn)惡化。因此，即使罩面層中出現(xiàn)了裂縫，路面并不就因此而“破壞”了，如何定義路面的損壞將直接關(guān)系到罩面層的設(shè)計(jì)壽命

補(bǔ)強(qiáng)加層

當(dāng)混凝土路面已破損，一般可于其上加鋪瀝青混凝土層，其厚度至少為15～20厘米，以防裂縫和接縫反映到瀝青層上。如用新混凝土進(jìn)行加層，則有如下三種形式：

1、結(jié)合式加層：先將舊路面鑿毛，涂上水泥漿或環(huán)氧樹脂，再鋪新混凝土層，使它與舊路面結(jié)合良好。

2、部分結(jié)合式加層：先清洗舊路面，再鋪新混凝土層，它和舊路面結(jié)合較差。

3、隔離式加層：在舊路面上先鋪一層油氈或2～3厘米厚的粗砂或?yàn)r青砂，再鋪新混凝土層。

混凝土路面堅(jiān)固耐用，能適應(yīng)現(xiàn)代高速、重載而繁密的汽車運(yùn)輸?shù)囊螅B(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用也少，所以在飛機(jī)場(chǎng)跑道、高速公路、干線公路、城市道路、廠礦道路以及停車站場(chǎng)上采用較多。它也特別適用于隧道內(nèi)路面和過水路面。

傳力桿

為了控制溫度變化在混凝土路面內(nèi)引起的收縮和翹曲應(yīng)力，需在面層內(nèi)設(shè)置各種類型的接縫，并在接縫處設(shè)置荷載傳遞裝置，以增強(qiáng)相鄰兩塊板之間的荷載傳遞效率。工程實(shí)踐證明，接縫部位是水泥混凝土面層的薄弱部位，接縫的傳荷能力是影響水泥混凝土路面使用壽命及行車平穩(wěn)和舒適的關(guān)鍵因素。然而，以往的水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范并沒有明確規(guī)定橫縫位置設(shè)置傳力桿的條件。2003版水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：特重和重交通公路、收費(fèi)廣場(chǎng)以及鄰近脹縫或自由端部的3條縮縫，應(yīng)采用設(shè)傳力桿假縫形式。

水泥路面特性

1、力學(xué)特性

作為剛性路面的水泥混凝土路面，同柔性路面相比，有自己的特點(diǎn)：混凝土路面的彈性模量及力學(xué)強(qiáng)度大大高于基層和土基的相應(yīng)模量和強(qiáng)度，但混凝土的抗彎拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度低得多，約為抗壓強(qiáng)度的1/7 - 1/6，在車輪荷載的作用下當(dāng)彎拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗彎拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土板便產(chǎn)生斷裂破壞。且在車輪荷載的重復(fù)作用下，混凝土板會(huì)在低于極限抗彎拉強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)破壞，因此取水泥混凝土板的抗彎拉強(qiáng)度指標(biāo)作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2、溫度變化特性

混凝土隨溫度、濕度的變化而發(fā)生變形，導(dǎo)致混凝土路面板產(chǎn)生收縮、膨脹或翹曲。如果板的尺寸過大，這些變形會(huì)受到約束，使板內(nèi)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，而出現(xiàn)開裂、拱脹，甚至斷裂等破壞。為減少溫度、濕度影響產(chǎn)生的應(yīng)力，防止出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫，混凝土路面（除連續(xù)配筋混凝土路面外）需要在縱、橫兩個(gè)方向設(shè)置接縫，將板體劃分成一定尺寸的矩形板。

3、變形特性

水泥混凝土是一種脆性材料，它在斷裂時(shí)的相對(duì)拉伸變形很小，因此在荷載作用下土基和基層的變形情況對(duì)混凝土板的影響很大，不均勻的基礎(chǔ)變形會(huì)使混凝土板與基層脫空，在車輪荷載作用下板產(chǎn)生過大的彎拉應(yīng)力而遭破壞。

因此混凝土面板必須具有足夠的抗彎拉強(qiáng)度和厚度，才能滿足車輪荷載的多次重復(fù)作用。

水泥特點(diǎn)

水泥混凝土路面是一種剛度較大、擴(kuò)散荷載應(yīng)力能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好和使用壽命長(zhǎng)的路面結(jié)構(gòu)，它與其他路面相比，具有以下特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)

（1）強(qiáng)度高。

（2）穩(wěn)定性好。

（3）耐久性好。

（4）養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低。

（5）抗滑性能好。

（6）利于夜間行車。

缺點(diǎn)

（1）水泥和水的需要量大，修筑20cm厚，7m寬的水泥混凝土路面，每公里需要消耗水泥400~500噸和水約250噸。

（2）接縫較多。

（3）開放交通較遲

（4）養(yǎng)護(hù)修復(fù)困難。

攤鋪方法

瀝青混合料配比攪拌之后，下一道工序就是進(jìn)行瀝青混合料的攤鋪工作。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，要注意以下幾個(gè)重要的方面：首先，在進(jìn)行路面瀝青攤鋪之前，一定要清除路面基層上的雜物，保證路面基層的干燥、干凈。同時(shí)，要保證基層路面密實(shí)度、厚度的合理性，為瀝青攤鋪工作奠定重要的前提基礎(chǔ)。在基本路面的整理中，要及時(shí)休整基層路面存在的坑槽、松散等問題；其次，進(jìn)行粘層、透層瀝青的澆灑工作。在施工過程中，為了能夠更好地保證基層和面層粘結(jié)好，在面層鋪筑工作的5-8個(gè)小時(shí)之前，要用1.0-1.2kg/m2的瀝青量對(duì)基層表面進(jìn)行澆注，這樣就有利于面層和基層的相互粘合。如果路面的基層是水泥混凝土路面或者是陳舊的瀝青路面，為了保證面層和基層的粘合，要在舊路面上噴灑一層粘度比較大的瀝青；第三個(gè)步驟是攤鋪瀝青混合料。在瀝青混合料的攤鋪過程中，瀝青混合料攤鋪機(jī)攤鋪的過程是自動(dòng)傾卸汽車將瀝青混合料卸到攤鋪機(jī)料斗后，然后根據(jù)瀝青路面的基本情況，通過鏈?zhǔn)絺魉推鲗⒒旌狭贤髠鞯铰菪龜備伷?，隨著攤鋪機(jī)不斷往前移動(dòng)，螺旋攤鋪器即在攤鋪帶寬度上均勻地?cái)備伝旌狭?，瀝青混合料攤鋪之后，然后用振搗器進(jìn)行振動(dòng)擠壓，最后通過熨平板整平。

路面壓實(shí)

瀝青混合料進(jìn)行攤鋪工序之后，就進(jìn)入了壓實(shí)環(huán)節(jié)。瀝青混合料的壓實(shí)是瀝青路面施工的重要方面，是非常重要的一道工序，在路面壓實(shí)的過程中，一定要配備充足的大噸位的壓實(shí)設(shè)備，盡量選用當(dāng)前最為先進(jìn)的雙輪振動(dòng)壓路機(jī)。

瀝青路面的壓實(shí)環(huán)節(jié)一般包括以下幾個(gè)方面：路面的初壓、路面的復(fù)壓以及路面的終壓。首先，路面的初壓。初壓是路面壓實(shí)的首要環(huán)節(jié)，本環(huán)節(jié)一般是在混合料攤鋪之后直接進(jìn)行的，此時(shí)的溫度較高，一般先采用振搗器進(jìn)行振動(dòng)擠壓，振動(dòng)之后關(guān)閉振動(dòng)裝置，進(jìn)行慢慢的碾壓2-3遍，初壓環(huán)節(jié)的溫度一般保持在110—140攝氏度之間。所以說，只要噸位比較小的壓實(shí)設(shè)備就能夠起到很好的效果。一般情況下，采用6—8噸位的雙鋼輪壓路機(jī)就可以。在碾壓的過程中，驅(qū)動(dòng)輪要?jiǎng)蛩偾斑M(jìn)，后退的時(shí)候要按照前進(jìn)時(shí)候的碾引移動(dòng)。在瀝青路面進(jìn)行初壓的時(shí)候，初壓后要有相關(guān)的技術(shù)人員對(duì)路面的平整度、路拱進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題要立刻糾正。如果在路面碾壓過程中出現(xiàn)推移現(xiàn)象，這個(gè)時(shí)候可以等到溫度變低之后再進(jìn)行碾壓，如出現(xiàn)橫向裂紋，應(yīng)檢查原因并及時(shí)采取糾正措施。其次，路面的復(fù)壓。路面的復(fù)壓是壓實(shí)環(huán)節(jié)的重要階段，通過復(fù)壓主要是保證瀝青混料的穩(wěn)定成型，所以說，復(fù)壓環(huán)節(jié)一般是在高溫下并緊跟初壓工序之后進(jìn)行的。通常情況下，路面的復(fù)壓環(huán)節(jié)溫度應(yīng)該保持在120—130攝氏度。一般是通過雙輪振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行路面的碾壓，在碾壓方式上可以采用與初壓相同的方法，碾壓的次數(shù)應(yīng)該在6次以上，只有這樣才能夠保證路面的穩(wěn)固和結(jié)實(shí)；再次，瀝青路面終壓。終壓是消除輪跡、缺陷和保證面層有較好平整度的最后一步。由于終壓要消除復(fù)壓過程中面層遺留的不平整，又要保證路面的平整度，因此，瀝青混合料也需要在較高但又不能過高的碾壓溫度下結(jié)束碾壓。終壓結(jié)束時(shí)的溫度應(yīng)該大于90攝氏度。在路面終壓的環(huán)節(jié)里，終壓常使用靜力雙輪壓路機(jī)并應(yīng)緊接在復(fù)壓后進(jìn)行，碾壓遍數(shù)為 2 ～3 遍。通過路面初壓、復(fù)壓、終壓三個(gè)方面的相互結(jié)合，進(jìn)而保證瀝青路面的光滑、穩(wěn)定和厚實(shí)，提高了瀝青路面的整體質(zhì)量。