巖土工程師考點(diǎn)：裂縫形成與應(yīng)對措施

　　1.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(shí)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(shí)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。

　　2、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(jì)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(shí)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(jià)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(xiàng)優(yōu)異的技術(shù)措施則不僅應(yīng)該是在理論上和實(shí)驗(yàn)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(xiàng)優(yōu)異的技術(shù)措施則不僅應(yīng)該是在理論上和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有效，同時(shí)也應(yīng)該考慮到施工方便、經(jīng)濟(jì)合理等因素。

　　3、水泥穩(wěn)定碎石基層收縮裂縫的控制

　　近年來，為改善瀝青路面的使用性能，對瀝青面層進(jìn)行了大量研究，采用了許多新技術(shù)，如改性瀝青、SMA路面等。然而路面結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體，單純提高面層材料的性能難于發(fā)揮其應(yīng)達(dá)到的效果，作為主要承重層，基層材料的性質(zhì)和整體質(zhì)量對瀝青路面的使用性質(zhì)和使用壽命有十分重要的影響。因此，優(yōu)質(zhì)基層不僅有利于反射裂縫的控制，而且還改善了整體性能，是合理而實(shí)用的技術(shù)途徑。

　　作為優(yōu)質(zhì)基層，水泥穩(wěn)定碎石最大的問題就是如何降低收縮裂縫。減少基層裂縫的產(chǎn)生可從4方面著手：

　　(1)降低基層材料的收縮系數(shù)，提高基層材料的抗拉強(qiáng)度;

　　(2)采用補(bǔ)償收縮措施，如摻加膨脹劑;

　　(3)采用限制收縮措施，如摻加纖維、土工織物等;

　　(4)改善約束條件，如預(yù)鋸縫、造成許多微細(xì)裂縫以及讓基層先開裂等。作為膨脹性的化學(xué)物質(zhì)，由于其實(shí)際效果受環(huán)境條件的影響，在復(fù)雜多變的路面自然條件下可能難以采用，而摻加各種加筋材料則增加施工難度、提高工程造價(jià)。降低約束則應(yīng)施工實(shí)際效果出發(fā)，例如預(yù)鋸縫。由于在荷載和環(huán)境因素作用下基層預(yù)切縫縫隙處的瀝青面層產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此必須對該縫預(yù)加處理。而處理措施如何在面層施工中以及在行車荷載下保持穩(wěn)定效果卻難以控制。因此，筆者認(rèn)為從材料組成設(shè)計(jì)、施工以及養(yǎng)護(hù)措施入手最為切實(shí)可行。

2013巖土工程師考試：專業(yè)知識考點(diǎn)匯總