在我國,橫向裂縫是高速公路最主要的裂縫形式,也是國外瀝青路面的主要病害之一。不 過在北歐、北美、日本,溫縮裂縫只發生在嚴寒的北方,并不發生在南方,而我國的橫向裂縫則 是從南到北都較普遍。為了搞清楚發生橫成裂縫的原因,不少單位都進行了調查研究,但具體 看法上一直存在著嚴重的分歧。一種意見認為橫向裂縫都是(或大部分是)瀝青面層的溫縮裂 縫;另一種看法認為主要是半剛性基層收縮裂縫所引起的反射縫。實際上這兩種原因兼而有 之。還有一些其他的原因,是綜合原因造成的。 

由于瀝青路面所在地區的氣候、路面結構、瀝青層的厚度及瀝青性質、基層含水量及收縮 性能、鋪筑時間及施工方法等各種因素千變萬化,究竟是以瀝青面層的溫度收縮為主要原因, 還是半剛性基層收縮開裂反射為主,或者以路堤收縮為主,實際上很難判斷,必須通過實際調 查才能下結論。

 尤為困難的是,裂縫調查目前只能對表面已經開裂的地方進行開挖檢查,無法驗證表面未 裂處下面的基層是否已經開裂。而表面一旦開裂,由于表面溫度較下面低,裂縫的發展便轉化 成上面快于下面,上面寬于下面,在縫的尖端處往往成為上面已裂下面未裂的情況,再加上面 層與基層的裂縫都是彎彎曲曲的,很可能有錯位,使判斷究竟是面層先裂還是基層先裂發生困 難。 

可以想象,在北方寒冷地區,由于大風降溫造成的突發性開裂,裂縫很快發展延伸甚至貫 通時,由于基層、路基的降溫遲后較多,瀝青面層的溫縮裂縫將是主要原因,這樣的裂縫在半剛 性基層上大量產生,在柔性基層上也將發生。譬如日本道路基本都是柔性基層,北方的溫縮裂 縫亦很普遍。

 如上所述,瀝青面層中的低溫收縮開裂是橫向開裂的主要形式,主要是由于溫度降低出現 的瀝青面層收縮、應力松弛特性、基層的摩阻力、降溫速率以及荷載應力反射裂縫、路基凍縮等 多種因素相互影響的復雜現象。從總體情況看,從南方到北方,溫縮裂縫成為主要的原因的比 例越來越大,而半剛性基層收縮裂縫的反射縫的比例則越來越少。

 對高速公路來說,半剛性基層中的集料含量較多,而且瀝青面層相對較厚,收縮性能有了 很大改善。通過調查發現,由于采用了質量好的重交通道路瀝青,橫向裂縫顯著減少,甚至可 能保持在數年內不發生裂縫。山東壽光試驗路的開挖表明,勝利瀝青混合料路段的橫向裂縫 發生在冬季的氣溫驟降過程中,其下的半剛性基層有些并沒有開裂,有些則開裂了(開裂位置 經常會錯開一定距離,所以僅從鉆孔是不易判斷的),說明橫向裂縫可能起源于瀝青面層的溫 度收縮裂縫,也可能起源于基層反射縫。不過在北方寒冷地區,主要是溫度裂縫。對大多數公 路來說,半剛性基層收縮裂縫的反射縫仍然是瀝青路面橫向裂縫的主要原因之一。

 為了減少半剛性基層收縮裂縫的反射縫,應該從以下方面努力:(a)瀝青面層必須有一定 的厚度,能對基層起到足夠的保溫作用;(b)半剛性基層的組成中應有較多數量的粗集料,而且 無機結合料的劑量也不能太高,即有適宜的剛度,這樣半剛性基層材料的收縮性將大為減少; 必須鋪上。 ()半剛性基層施工時含水量不能太大,并有良好的養生,瀝青面層在當年基層尚開裂之前必須鋪上。

我國高速公路建設的現狀表明,實際上這些方面不可能都做好。有的高速公路瀝青面層 較薄,有的半剛性基層養生不充分,鋪筑后不久便開裂了。還有不少半剛性基層鋪完后來不及 鋪筑瀝青面層便過冬,或只能鋪一層聯結層進行“保護”,無法保證冬天基層不裂。還有的半剛 性基層施工不好,或者習慣于用較多的含水量,或者仍有過高的細粒土比例,還有的片面追求 強度,水泥劑量較高。諸如比類,在這樣的半剛性基層的瀝青面層上,就難免有半剛性基層收 縮裂縫的反射縫存在。

 眾多的工程實踐證明,對水泥、石灰、粉煤灰等無機結合料穩定粒料的半剛性基層來說, 并不是強度越高越好的。有一個適當的強度很重要,強度過大可能導致收縮裂縫增加;使路面 橫向裂縫嚴重。有的省的高速公路的半剛性基層強度比較適當,已經可以做到使用頭幾年基 本上沒有橫向裂縫。

 從一些試驗路及高速公路的使用調查發現,在其他條件相同的情況下,半剛性基層路段的 橫向裂縫仍比柔性基層的多。京石高速公路正定試驗路上,鋪筑了級配碎石過渡層后,橫向裂 縫明顯減少,甚至沒有早期裂縫,這一段恰好是施工時使用了質量不好的石灰,受過批評的。 京密公路的級配砂礫基層段比半剛性基層段裂縫也明顯少得多。這些都說明,橫向裂縫與基 層是有密切關系的。

 滬嘉高速公路的某些段落在1990年2月初冬季寒流襲擊時發生了多處開裂,裂縫只發生 在車行道上,硬路肩并未裂,而用水泥塊預制的路緣石卻裂得更寬。廣佛高速公路在1989年 10月尚處于較高溫度時便出現了橫向裂縫,有不少雙向車行道的裂縫橫跨中央分隔帶,開裂 位置對應,連中間排水溝(分隔帶)的漿砌片石及路緣石都裂開了,這些裂縫很難歸咎于瀝青面 層本身收縮所造成。 

京津塘高速公路北京段1989年冬前施工的水泥穩定級配砂礫基層上6cm、12cm、18cm瀝 青碎石及粗粒式瀝青混凝土(歡喜嶺瀝青),過一冬都發生了橫向開裂,瀝青層越薄,裂縫越多, 挖開后發現,基層在相同位置開裂。有一段只鋪了一個攤鋪寬度的瀝青碎石12cm,另一半未 鋪,基層裂縫開裂甚多,其中三分之一將瀝青層拉裂(同一位置)。很明顯,這些裂縫均為半剛 性基層開裂后的收縮裂縫與瀝青面層的溫度收縮共同引起的。

 另外,不管是北方還是南方的高速公路,橫向裂縫都有一個明顯的特點,即經常是跨過中 央分隔帶,甚至延伸到路肩、邊坡、田野。可見,除了瀝青面層及基層的收縮影響外,土基(路 堤)的收縮、凍脹等也有明顯的影響。 

因此,在我國高速公路半剛性基層瀝青面層上出現的橫向開裂,是由瀝青面層本身的低溫 收縮開裂、半剛性基層收縮裂縫的反射性開裂及路基土壤收縮引起的開裂等許多復雜的情況 引起的,具體情況必須具體分析。在大多數情況下,則是多種原因綜合作用造成的。這些裂縫 基本上都屬于非荷載性裂縫。

 之所以說是多種原因綜合作用的結果,是因為這些裂縫主要發生在急劇降溫的過程中,首 當其沖的瀝青面層內當然要產生很大的溫度應力,它是造成開裂的一個直接的主要原因。另 一方面,如果建筑在柔性基層上,或者下邊有級配碎石過渡層,僅僅瀝青面層的溫度應力還不 一定達到開裂的程度。但如果下面是半剛性基層,則其本身也將產生較大的收縮(干縮與冷縮 的疊加),它將使瀝青面層的收縮應力增大,從而造成開裂。如果半剛性基層上原先已經有了 裂縫,瀝青面層的溫度應力將在基層的裂縫部位造成很大的應力集中,半剛性基層的收縮應力 與瀝青之間的傳遞在裂縫自由端中斷,面層與基層的附著力使基層的收縮應力集中于裂縫部 位的瀝青面層內,從而使瀝青面層的溫度應力明顯增大,在裂縫部位或其附近首先開裂。

因此,與柔性基層相比,半剛性基層瀝青面層的溫度應力作用有一個附加力和應力集中, 這兩種因素的綜合作用,再加上荷載的影響(比較小),導致瀝青面層開裂。或者說,半剛性基 層瀝青路面產生橫向裂縫的條件為瀝青在交通荷載、溫度下產生的應力再加上半剛性基層及 土基的影響產生的附加應力之和,大于瀝青面層的抗拉強度。無論如何,瀝青面層的低溫收縮 是很重要因素。 

總之,非荷載裂縫大都為橫向裂縫,主要是由于迅速降溫及溫度循環反復作用在路面瀝青 層產生溫度收縮裂縫以及由于半剛性基層收縮開裂產生的反射性裂縫,而絕大部分裂縫是多 方面的原因共同作用而產生的。