半刚性基层预锯缝技术在沥青路面裂缝
防治中的应用研究
研 究 报 告
漯河市公路局公路工程检测中心
2007年11月30日
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目 录
第一章 概 述.............................................................................................................. 1 §1—1 研究目的意义 ............................................................................................ 1 §1—2 国内外研究概况 ........................................................................................ 2 §1—3 主要研究内容 ............................................................................................ 5 第二章 半刚性基层收缩开裂及反射裂缝发展机理分析 ....................................... 6 §2—1 半刚性基层收缩开裂机理分析 ................................................................ 6 §2—2 反射裂缝产生及发展机理分析 ................................................................ 7 §2—3 本章小结 .................................................................................................. 10 第三章 半刚性基层沥青路面结构温度场分析 ..................................................... 11 §3—1 路面结构温度场基本理论 ...................................................................... 11 §3—2 未铺筑沥青面层阶段路面结构温度场分析 .......................................... 13 §3—3 已铺筑沥青面层阶段路面结构温度场分析 .......................................... 16 §3—4 本章小结 .................................................................................................. 18 第四章 半刚性基层预锯缝技术研究 ..................................................................... 19 §4—1 半刚性基层预锯缝处理的目的 .............................................................. 19 §4—2 半刚性基层预锯缝间距的确定 .............................................................. 19 §4—3 半刚性基层预锯缝时间的确定 .............................................................. 23 §4—4 半刚性基层预锯缝深度的确定 .............................................................. 24 §4—5 本章小结 .................................................................................................. 25 第五章 实体工程应用及经济性分析 ..................................................................... 26 §5—1 实体工程应用 .......................................................................................... 26 §5—2 实体工程应用效果检测 .......................................................................... 28 §5—3 经济性分析 .............................................................................................. 29 §5—4 本章小结 .................................................................................................. 31 第六章 主要结论 ..................................................................................................... 32
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第一章 概 述
§1—1 研究目的意义
最近二三十年，世界各国的高速公路和各等级公路都有了很大的发展，尤其是河南省近几年来，在认真贯彻落实党中央、国务院关于加快基础设施建设战略决策，积极顺应国家宏观调控政策，抢抓机遇，全力加快交通建设。截至2006年底，全省公路通车总里程达到23.5万公里（含村道），在全国排在第一位，公路密度141.53公里/百平方公里，在全国排在第二位。其中：高速公路通车总里程在继2005年突破2000公里之后，又突破3000公里大关，2006年底达到3439公里，跃居全国第一；2007年10月底前可望率先在全国实现通车总里程突破4000公里的目标，力争达到4500公里，实现全省95%以上的县通高速公路。1998年—2006年，河南省利用“统贷统还”政策，升级改造国、省干线1.2万多公里，新改建桥梁1319座10万余延米。2006年底，全省干线公路达到21244公里，其中国道4811公里，省道16433公里，干线公路中二级以上公路里程占86%，公路等级和服务水平显著提高。
漯河市地处河南省中南部，1986年经国务院批准设立为省辖市，目前辖舞阳县、临颍县、郾城区和汇源区。全市总面积为2630平方公里，总人口280万，市区38万。漯河市为豫中南地区的重要交通枢纽，京广铁路纵贯南北，漯宝铁路向西与焦枝线相连，漯阜铁路向东与京九、京沪线相接，沟通了漯河与全国各地的联系。京港澳高速公路、107国道、S238洛界公路、漯平高速公路、漯周高速公路、省道S330逍白线、S241时南线和省道S220七蚁线等重要交通干线在此交汇，漯河已经形成了四通八达的交通网络。
随着国民经济的不断发展和社会运输市场的日益繁荣，公路交通运输业也迅猛发展并表现出新的特点：大交通量、重轴载渠化交通。这些必然给公路设计者和建设者在经济与技术要求方面提出了更高的要求。以无机结合料稳定类材料作为基层的沥青路面也正是适应了这两种要求。
半刚性基层沥青路面是我国公路的主要路面结构形式，它具有与柔性路面完全不同的结构特征，第一,半刚性基层具有较高的刚度，其受力特性类似于
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“板体”，具有较强的荷载扩散能力，因此在整个施工和运营期间必须保持半刚性基层的整体性;第二,半刚性基层沥青路面的结构承载能力主要由基层承担，沥青面层主要起功能作用，半刚性基层的弯拉疲劳损坏是这种路面结构的主要破坏形式；第三，半刚性基层沥青路面能适应现代公路交通量大、车辆大型化运输形式的需要，是高速公路、一级公路和二、三级公路的主要路面类型。
然而半刚性基层材料尤其是水泥稳定碎石类材料由于脆性，对温度、湿度敏感性较强，在强度形成及使用过程中，因温度变化产生温度收缩裂缝和因含水量变化而产生干缩裂缝。当沥青面层较薄时这种裂缝往往扩展到面层形成反射裂缝。裂缝的存在不仅使车辆行驶质量下降，而且也破坏了路面结构整体性和连续性并在一定程度上导致结构强度的削弱(如裂缝处弯沉增大，回弹模量降低等)。而且随着雨水或雪水的浸入，使基层变软，在大量行车荷载反复作用下导致路面强度大大降低，产生冲刷和唧泥现象，使裂缝加宽，裂缝两侧的沥青路面破碎，加速沥青路面的破坏，从而影响公路使用质量和寿命。
鉴于此，根据半刚性基层材料本身的特性，以实体工程为依托，在充分考虑当地气候条件、交通状况、原材料质量和施工技术水平的前提下，提出有效防治半刚性基层沥青路面结构开裂的预锯缝技术措施以及相应的施工工艺。这对更好的应用这一路面结构形式，有效防止和延缓裂缝出现以及路面破坏具有重要的实用价值，对完善半刚性基层路面也具有重要的理论意义。此外，其成果具有较好的社会经济效益。
§1—2 国内外研究概况
关于半刚性基层预锯缝技术，国内外都进行过一些研究和应用。
法国的结构设计指南对在半刚性基层直接用于沥青层的下卧层时，通常都要求对基层采取预裂措施。一种方法是利用下尖上宽的三棱形切割机在基层上每隔3m～5m锯一条缝并达到一定深度，同时在缝中灌注沥青材料。另一种方法是在施工7天后的半刚性基层每隔4m左右对基层进行砸碎破坏，即将980kg重的落球仪从距地面高10cm,、20cm、30cm处砸向地面半径为30cm的金属盘上，故意使半刚性基层内产生细小裂纹。法国的规范要求当交通量大于等于14×106时，采用较厚半刚性基层必须预裂，以减少基层的收缩裂缝发展，对其
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它交通量时，也强烈建议预裂。
英国称半刚性基层沥青路面为“不确定使用年限的路面” ，因此很少在交通量大的高速公路上用半刚性基层沥青路面，一般仅用在中、低等交通量的高速公路中。在大交通量的高速公路上，半刚性路面转向采用贫混凝土基层，并设置间距为4m的切缝，使贫混凝土结构的横向裂缝在早期产生。
德国的规范规定，如果符合下列三个条件之一，基层必须做横向锯缝处理:①当基层抗压强度大于9.0MPa；②基层厚度超过20cm；③基层上面的沥青路面厚度小于14cm。
德国、奥地利在厚度小于15cm, 28天抗压强度小于12MPa的半刚性基层刚完成后允许施工车辆在上面通过，或者铺完后24h，在上面通过振动压路机，故意让半刚性基层遭到人为的损伤。而当基层厚度大于20cm,28天强度大于12MPa时，则在压实后马上预切间距为5m、深度为10cm的深缝。
前苏联指出：为了避免薄沥青面层下水泥稳定土基层产生不规则的紊乱的裂缝反射到沥青面层上，也为了减少裂缝的破坏作用，建议在水泥土基层上每隔8m～12m做一假缝，深6cm～8cm，缝宽10mm～12mm；锯缝后立即用沥青马蹄脂填缝。沥青面层铺筑后，在水泥土基层锯缝处上面的面层也会出现有规则且较整齐的裂缝，面层上的裂缝也该用沥青马蹄脂填缝。
国内锯缝处理最早是在沈大高速公路上采用的。预锯缝间距采取了30m～50m一道的做法，有的甚至100m一道，在预锯缝中没有浇灌沥青，也没有在基层和面层间设置隔离层。经过一段时间的使用后，路面不仅在锯缝处有裂缝，而且在离锯缝很近的地方也出现裂缝。
2001年在铺筑黑龙江哈双高速公路时，按照法国专家的意见铺筑了10km预锯缝的半刚性基层沥青路面试验路，锯缝间距10m，在预锯缝中浇灌了沥青，但没有在基层和面层间设置应力吸收层。据3年的实际应用观测，锯缝的段落基本上在锯缝位置发生了比较规则的裂缝。
此外，在我国东北地区的其它路上也做过预锯缝(只锯缝，不设置应力吸收层)的尝试，但由于沥青面层厚度不够，锯缝都反射到面层上来。可是面层加厚需要大幅增加工程造价，这是不可取的。因此国内一些地区在不加厚沥青面层的情况下尝试采用“锯缝+贴缝”措施(先锯缝，再用土工织物或土工格栅进行
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