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裂縫產生的原因分析

發布時間:2017-03-02 來源:管理員
 

A.是由于行車荷載的作用而產生的結構性破壞裂縫。在車輪荷載的作用下,當路面結構層底部產生的拉應力大于其材料的抗拉強度時,產生的開裂稱之荷載型裂縫。

B.是由于瀝青面層溫度變化而產生的溫度裂縫,包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫,稱之非荷載裂縫。

C.是經常出現在橋涵兩端的橫向裂縫,或在路段上出現較長的縱縫,主要是由填土固結沉陷或地基沉陷引起,稱為沉降裂縫。盡管瀝青路面開裂的原因和裂縫的形式是多種多樣的,但其中的行車荷載作用、瀝青面層溫度變化是產生裂縫的主要原因。

另還有以下幾方面的原因:

1)瀝青及瀝青混合料的性質

瀝青和瀝青結合料的性質是影響瀝青路面溫度開裂的最主要原因,瀝青混合料的低溫勁度是決定瀝青路面是否開裂的最根本因素,瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關鍵。在瀝青性能指標中,影響更大的是溫度敏感性,溫度敏感性大的瀝青更容易開裂。

2)基層材料的性質

基層材料的收縮性愈小,面層裂縫愈少。基層上有透層油以加強與面層的粘結對抗開裂是有好處的,基層材料種類對瀝青面層的裂縫率有明顯影響。

3)氣候條件

極端最低溫度、降溫速率、低溫持續時間、升降溫循環數次數是氣候條件影響瀝青路面溫縮裂縫的四大要素。

4)交通量和車輛類型

半剛性基層中的最大拉應力,通常是由最重的車輪荷載產生的;并且對于半剛性路面,不同軸載對路面的破壞作用遠不是4次方的關系,而是1113次方的關系,即使是通過次數較少的重荷載也對路面破壞起著決定性的作用。

5)施工因素

主要指半剛性基層材料的碾壓含水量,半剛性基層完成后的暴曬時間等因素。

1、橫向裂縫

1)半剛性基層瀝青路面的反射裂縫。在車輪荷載作用下,半剛性基層底部產生接應力,當拉力大于基層材料的抗拉強度時,底部就會很快開裂,在行車荷載反復作用下,底部裂縫會逐漸寬展到上部,并使面層產生開裂。(2)瀝青面層溫度變化產生的溫度裂縫,包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫。(3)瀝青未達到適合本地區氣候條件和使用要求的質量標準,致使瀝青面層溫度收縮或溫度疲勞應力(應變)大于瀝青混合料的抗拉強度(應變)。(4)施工縫處理不當,接縫不緊密,結合不良。(5)橋梁、涵洞或通道等構造物兩側的填土產生固結或地基沉降。

2、縱向裂縫

1)填方材料和填方的不均勻性,以及填方密實度達不到設計要求。經過一段時間的自然沉降,特別是經過雨水浸泡后,路基強度有所下降,沿邊坡部分路基承載力也下降,就會出現縱向裂縫。(2)施工時,前后攤鋪幅相接處的冷接縫未按有關規范要求認真處理,結合不緊密而脫開;(3)縱向溝槽回填土壓實質量差而發生沉陷;(4)拓寬路段的新老路面交界處土層處理不徹底,沉降不均勻引起縱向開裂;(5)邊坡值小于設計值,邊坡壓實不夠和邊溝過深使實際填土高度加大而滑坡等引起的縱向開裂。

3、網狀裂縫

1)路基局部壓實度不足或基層材料局部松散不成板體,使路面的承載能力下降形成的裂縫;(2)瀝青與瀝青混合料質量差。瀝青延度低,抗裂性差。瀝青混合料拌和時間過長,拌和溫度過高或在儲料倉倉儲時間過長,使瀝青變硬,對拉應變敏感而產生的裂縫;(3)瀝青層厚度不足,層間粘結差,水分滲入,形成的裂縫;(4)行車荷載重復作用下引起的疲勞裂縫。(5)外界原因如污染、腐蝕等造成的局部網裂 。

4、反射裂縫

1)由半剛性基層溫縮開裂引起的反射裂縫

半剛性基層有著高強度、高承載力的優點, 但同時也有著本身難以克服的缺陷和不足。由于較高強度的半剛性基層可能會導致較大的干縮、溫度裂縫的產生, 從而導致路面產生反射裂縫, 同時雨水會從裂縫中下滲, 并積聚在面層與基層中間, 出現基層唧泥現象, 降低了瀝青層與半剛性基層間的連接狀態, 從而加速了路面結構的破壞。通常假設導致反射裂縫的機理是處于瀝青面層下的半剛性基層已經開裂,并且允許有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行車荷載引起的下臥路面結構在裂縫處的差動位移,水平位移是由溫度變化或水分變化引起的膨脹和收縮。

冬季或在寒冷地區,在結合得好的瀝青面層下,開裂的半剛性基層的水平位移使得直接在裂縫上的面層內產生大的拉應力或拉應變,由于在較低溫度下瀝青面層通常較硬,它只能承受小的拉應力或拉應變,因此容易被拉裂,并且裂縫的擴展途徑是由下至上的。瀝青面層的厚度愈薄,反射裂縫形成的愈早和愈多。

2)由半剛性基層干縮開裂引起的反射裂縫或對應裂縫

對于新鋪的半剛性基層,隨著混合料中水分的減少,要產生干縮和干縮應力;水分減少得愈多愈快,產生的干縮應力和干縮應變就愈大。在已經產生干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層,在較薄瀝青面層的情況下,半剛性基層的裂縫會由于溫度應力而使面層底部先開裂,并較快形成反射裂縫。一旦行車產生的拉應力與溫度應力相結合,反射裂縫會形成得更快。在較厚瀝青面層的情況下,由于溫度應力在表面最大,基層的裂縫將促使面層先從表面開裂,然后逐漸向下傳播形成對應裂縫。以上結論已被長沙交通學院光彈模型試驗所證實,表面降溫30℃時,不同厚度瀝青面層內下層裂縫上方的溫度應力分布規律。

不同的應力分布規律不難推斷,通過進一步的試驗或計算,將會得到一個臨界面層厚度。面層厚于此臨界厚度時,裂縫將主要從表面開始;薄于此臨界厚度時,裂縫可能主要從底部開始。此臨界厚度與氣候條件、面層混合料的勁度模量、溫縮性以及基層混合料的溫縮性有關。

5、溫縮裂縫

瀝青路面的低溫開裂有兩種形式一種是由于氣溫驟降造成面層溫度收縮在有約束的瀝青層內產生的溫度應力超過瀝青混凝土的抗拉強度時造成的開裂。一般情況下由于瀝青混合料具有良好的應力松弛性能溫度升降產生的變形不至于產生過高的溫度應力當氣溫驟降時由于瀝青混合料的應力松弛趕不上溫度應力的增長超過混合料的極限拉伸應變便產生開裂。此類裂縫多從路面表面產生向下發展。溫度裂縫的另一種形式是溫度疲勞裂縫。由于氣溫的反復升降導致瀝青混合料的溫度應力疲勞以及混合料的極限拉伸應變減小應力松弛性能降低最后導致在并不太大的溫度應力下即可開裂因而溫縮縫是隨著使用年限不斷增加的。溫度裂縫大體垂直于路線方向裂縫間距變化在數米至100多米之間。當路面寬度大于裂縫間距時還將產生縱向裂縫從而形成塊狀裂縫。溫度裂縫破壞了瀝青路面的整體性及連續性水分通過裂縫滲入基層浸蝕路基,導致路面承載力降低同時為凍融提供了條件。普遍認為除了溫度這個客觀條件外產生溫縮裂縫的最主要的因素是瀝青材料的性質改善瀝青性能對減小溫縮裂縫能起到90% 的作用。除了瀝青材料和環境溫度條件外,瀝青路面結構也是影響低溫開裂的重要因素一般認為窄的路面比寬的路面裂縫間距更密厚的比薄的裂縫少基層的收縮性能、細粉含量也能影響面層的收縮裂縫砂性基層低溫裂縫比粘性土基層的多施工時鋼輪在低勁度下壓實成型的細微裂縫易成為開裂的誘因輪胎壓路機則可減少這種裂縫的產生。

6、自上而下的表面裂縫

產生表面裂縫的原因現在還沒有達成共識有的認為是車輛荷載直接作用在輪子部位產生大的應力導致路面產生開裂也有的認為是因為路表面瀝青容易老化極限拉應變不斷減小而首先開裂甚至也有認為在輪跡位置產生的剪應力導致開裂等等。其中很重要的是表面裂縫一般發生在施工離析的部位和兩幅攤鋪的交界處。

7、沉降裂縫

由路基不均勻沉降在路面上引起的開裂,特別在那些半填半挖段、高填方路段、碾壓比較困難,而且不容易做到均勻碾壓,路基各部分在通車以后由于汽車荷載與雨水的作用造成沉降不均勻路面就可能產生大的沉降差由此產生裂縫。

8、構造物端部接頭裂縫

橋涵構造物端部開裂也是高速公路瀝青路面的一種常見病。其產生的原因主要是臺背填土由于地方狹窄壓路機不容易到達不能很好的碾壓致使產生后期沉降。構造物接縫處發生裂縫帶來的直接后果是橋頭跳車它嚴重影響行車的舒適性。這種情況在軟土路基段尤為顯著。

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