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高速公路路面裂縫產(chǎn)生的原因
高速公路路面裂縫的產(chǎn)生主要受以下幾個因素的影響:路面材料的性能和路基的填料,施工工藝,氣候條件,車輛載荷等。
?。?)路面材料及路基填料。高速公路路面基層通常采用“水泥穩(wěn)定碎石層+二灰碎石+石灰土底基層”結(jié)構(gòu),這種無機結(jié)合料是由固相、液相和氣相組成,固液氣三相在降溫過程中相互作用,使無機結(jié)合料穩(wěn)定材料產(chǎn)生體積收縮。這其中水是此類材料溫度收縮的主要影響因素,水對無機結(jié)合料的影響主要通過毛細管張力、擴張作用和冰凍作用實現(xiàn)。當(dāng)毛細水蒸發(fā)完后,半剛性基層材料的吸附水也會開始蒸發(fā),顆粒表面水膜就會變薄,使得顆粒間距變小,分子力增大,導(dǎo)致整個路面層體積進一步收縮,吸附水引起的收縮量要比毛細管作用的影響大得多,當(dāng)吸附水膜減薄到一定程度后,就會停止收縮。由于壓實后水泥的密度不足,土質(zhì)不均勻,其中的水分蒸發(fā)使水泥穩(wěn)定基層水分不斷減少,基層發(fā)生體積收縮,形成基層收縮裂縫,并導(dǎo)致裂縫頂端產(chǎn)生應(yīng)力集中,裂縫向面層擴展,最終到達路表,形成反射裂縫。
(2)氣候溫度條件。高速公路上瀝青面層上的非荷載裂縫主要是溫度裂縫,而裂縫的數(shù)量及分布密度與溫度下降幅度關(guān)系密切,隨著低溫持續(xù)時間增長,裂縫也會不斷增多和加密,同一條裂縫寬度也會逐漸加寬。當(dāng)溫度較高的條件下,瀝青材料的良好的應(yīng)力松弛性能使得溫度升降產(chǎn)生的變形不致產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力,但當(dāng)氣溫下降時,瀝青材料就會逐漸發(fā)硬并開始收縮,瀝青面層中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力如果超過了瀝青混合料的抗拉強度,瀝青面層就會開裂。尤其在日夜溫差大的地區(qū),在瀝青面層中會產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力,長期的溫度反復(fù)升降會導(dǎo)致瀝青面層溫度應(yīng)力疲勞,減小瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變,加上瀝青的老化使瀝青應(yīng)力松弛性能降低,最終達到極限抗拉強度,使路面產(chǎn)生裂縫。
?。?)車輛載荷作用。在高速公路路面裂縫的各分車道的分布規(guī)律調(diào)查中,唧漿、裂縫的分布主要以行車道為主,路面橫縱裂縫交錯,甚至產(chǎn)生網(wǎng)裂,這充分說明重載車輛對路面裂縫的影響非常大,甚至使道路發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。調(diào)查表明,瀝青路面破壞往往集中在春秋多雨季節(jié),當(dāng)瀝青路面透水嚴(yán)重或排水不暢時,雨水通過瀝青面層空隙或縫隙,浸濕各結(jié)構(gòu)層材料甚至路基土,使其變形增加,強度下降,承載力降低,使用壽命縮短。尤其是在行車荷載的作用下,進入路面結(jié)構(gòu)層之間的空隙中的水分,會成為高孔隙水壓力和高流速的水流,沖刷層面材料,促使瀝青面層出現(xiàn)剝落、松散等病害,進而破壞整個路面結(jié)構(gòu)的使用性能。