在我国,横向裂缝是高速公路最主要的裂缝形式,也是国外沥青路面的主要病害之一。不 过在北欧、北美、日本,温缩裂缝只发生在严寒的北方,并不发生在南方,而我国的横向裂缝则 是从南到北都较普遍。为了搞清楚发生横成裂缝的原因,不少单位都进行了调查研究,但具体 看法上一直存在着严重的分歧。一种意见认为横向裂缝都是(或大部分是)沥青面层的温缩裂 缝;另一种看法认为主要是半刚性基层收缩裂缝所引起的反射缝。实际上这两种原因兼而有 之。还有一些其他的原因,是综合原因造成的。 

由于沥青路面所在地区的气候、路面结构、沥青层的厚度及沥青性质、基层含水量及收缩 性能、铺筑时间及施工方法等各种因素千变万化,究竟是以沥青面层的温度收缩为主要原因, 还是半刚性基层收缩开裂反射为主,或者以路堤收缩为主,实际上很难判断,必须通过实际调 查才能下结论。

 尤为困难的是,裂缝调查目前只能对表面已经开裂的地方进行开挖检查,无法验证表面未 裂处下面的基层是否已经开裂。而表面一旦开裂,由于表面温度较下面低,裂缝的发展便转化 成上面快于下面,上面宽于下面,在缝的尖端处往往成为上面已裂下面未裂的情况,再加上面 层与基层的裂缝都是弯弯曲曲的,很可能有错位,使判断究竟是面层先裂还是基层先裂发生困 难。 

可以想象,在北方寒冷地区,由于大风降温造成的突发性开裂,裂缝很快发展延伸甚至贯 通时,由于基层、路基的降温迟后较多,沥青面层的温缩裂缝将是主要原因,这样的裂缝在半刚 性基层上大量产生,在柔性基层上也将发生。譬如日本道路基本都是柔性基层,北方的温缩裂 缝亦很普遍。

 如上所述,沥青面层中的低温收缩开裂是横向开裂的主要形式,主要是由于温度降低出现 的沥青面层收缩、应力松弛特性、基层的摩阻力、降温速率以及荷载应力反射裂缝、路基冻缩等 多种因素相互影响的复杂现象。从总体情况看,从南方到北方,温缩裂缝成为主要的原因的比 例越来越大,而半刚性基层收缩裂缝的反射缝的比例则越来越少。

 对高速公路来说,半刚性基层中的集料含量较多,而且沥青面层相对较厚,收缩性能有了 很大改善。通过调查发现,由于采用了质量好的重交通道路沥青,横向裂缝显著减少,甚至可 能保持在数年内不发生裂缝。山东寿光试验路的开挖表明,胜利沥青混合料路段的横向裂缝 发生在冬季的气温骤降过程中,其下的半刚性基层有些并没有开裂,有些则开裂了(开裂位置 经常会错开一定距离,所以仅从钻孔是不易判断的),说明横向裂缝可能起源于沥青面层的温 度收缩裂缝,也可能起源于基层反射缝。不过在北方寒冷地区,主要是温度裂缝。对大多数公 路来说,半刚性基层收缩裂缝的反射缝仍然是沥青路面横向裂缝的主要原因之一。

 为了减少半刚性基层收缩裂缝的反射缝,应该从以下方面努力:(a)沥青面层必须有一定 的厚度,能对基层起到足够的保温作用;(b)半刚性基层的组成中应有较多数量的粗集料,而且 无机结合料的剂量也不能太高,即有适宜的刚度,这样半刚性基层材料的收缩性将大为减少; 必须铺上。 ()半刚性基层施工时含水量不能太大,并有良好的养生,沥青面层在当年基层尚开裂之前必须铺上。

我国高速公路建设的现状表明,实际上这些方面不可能都做好。有的高速公路沥青面层 较薄,有的半刚性基层养生不充分,铺筑后不久便开裂了。还有不少半刚性基层铺完后来不及 铺筑沥青面层便过冬,或只能铺一层联结层进行“保护”,无法保证冬天基层不裂。还有的半刚 性基层施工不好,或者习惯于用较多的含水量,或者仍有过高的细粒土比例,还有的片面追求 强度,水泥剂量较高。诸如比类,在这样的半刚性基层的沥青面层上,就难免有半刚性基层收 缩裂缝的反射缝存在。

 众多的工程实践证明,对水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定粒料的半刚性基层来说, 并不是强度越高越好的。有一个适当的强度很重要,强度过大可能导致收缩裂缝增加;使路面 横向裂缝严重。有的省的高速公路的半刚性基层强度比较适当,已经可以做到使用头几年基 本上没有横向裂缝。

 从一些试验路及高速公路的使用调查发现,在其他条件相同的情况下,半刚性基层路段的 横向裂缝仍比柔性基层的多。京石高速公路正定试验路上,铺筑了级配碎石过渡层后,横向裂 缝明显减少,甚至没有早期裂缝,这一段恰好是施工时使用了质量不好的石灰,受过批评的。 京密公路的级配砂砾基层段比半刚性基层段裂缝也明显少得多。这些都说明,横向裂缝与基 层是有密切关系的。

 沪嘉高速公路的某些段落在1990年2月初冬季寒流袭击时发生了多处开裂,裂缝只发生 在车行道上,硬路肩并未裂,而用水泥块预制的路缘石却裂得更宽。广佛高速公路在1989年 10月尚处于较高温度时便出现了横向裂缝,有不少双向车行道的裂缝横跨中央分隔带,开裂 位置对应,连中间排水沟(分隔带)的浆砌片石及路缘石都裂开了,这些裂缝很难归咎于沥青面 层本身收缩所造成。 

京津塘高速公路北京段1989年冬前施工的水泥稳定级配砂砾基层上6cm、12cm、18cm沥 青碎石及粗粒式沥青混凝土(欢喜岭沥青),过一冬都发生了横向开裂,沥青层越薄,裂缝越多, 挖开后发现,基层在相同位置开裂。有一段只铺了一个摊铺宽度的沥青碎石12cm,另一半未 铺,基层裂缝开裂甚多,其中三分之一将沥青层拉裂(同一位置)。很明显,这些裂缝均为半刚 性基层开裂后的收缩裂缝与沥青面层的温度收缩共同引起的。

 另外,不管是北方还是南方的高速公路,横向裂缝都有一个明显的特点,即经常是跨过中 央分隔带,甚至延伸到路肩、边坡、田野。可见,除了沥青面层及基层的收缩影响外,土基(路 堤)的收缩、冻胀等也有明显的影响。 

因此,在我国高速公路半刚性基层沥青面层上出现的横向开裂,是由沥青面层本身的低温 收缩开裂、半刚性基层收缩裂缝的反射性开裂及路基土壤收缩引起的开裂等许多复杂的情况 引起的,具体情况必须具体分析。在大多数情况下,则是多种原因综合作用造成的。这些裂缝 基本上都属于非荷载性裂缝。

 之所以说是多种原因综合作用的结果,是因为这些裂缝主要发生在急剧降温的过程中,首 当其冲的沥青面层内当然要产生很大的温度应力,它是造成开裂的一个直接的主要原因。另 一方面,如果建筑在柔性基层上,或者下边有级配碎石过渡层,仅仅沥青面层的温度应力还不 一定达到开裂的程度。但如果下面是半刚性基层,则其本身也将产生较大的收缩(干缩与冷缩 的叠加),它将使沥青面层的收缩应力增大,从而造成开裂。如果半刚性基层上原先已经有了 裂缝,沥青面层的温度应力将在基层的裂缝部位造成很大的应力集中,半刚性基层的收缩应力 与沥青之间的传递在裂缝自由端中断,面层与基层的附着力使基层的收缩应力集中于裂缝部 位的沥青面层内,从而使沥青面层的温度应力明显增大,在裂缝部位或其附近首先开裂。

因此,与柔性基层相比,半刚性基层沥青面层的温度应力作用有一个附加力和应力集中, 这两种因素的综合作用,再加上荷载的影响(比较小),导致沥青面层开裂。或者说,半刚性基 层沥青路面产生横向裂缝的条件为沥青在交通荷载、温度下产生的应力再加上半刚性基层及 土基的影响产生的附加应力之和,大于沥青面层的抗拉强度。无论如何,沥青面层的低温收缩 是很重要因素。 

总之,非荷载裂缝大都为横向裂缝,主要是由于迅速降温及温度循环反复作用在路面沥青 层产生温度收缩裂缝以及由于半刚性基层收缩开裂产生的反射性裂缝,而绝大部分裂缝是多 方面的原因共同作用而产生的。