RIOHTrack足尺路面試驗環道裂縫狀態淺析

肖 倩，王旭東*，周興業，單伶燕，陶亞平

(1.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088；2.北京大杜社公路材料腐蝕與工程安全國家野外科學觀測研究站，北京 100088；3.甘肅省公路交通建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730030)

0 引言

裂縫是瀝青路面典型病害之一[1-3]。實際工程中，裂縫的發展是一個持續漸進的過程，需要通過長期觀測以明晰它的產生、發展規律及影響因素。在瀝青路面長期性能觀測研究方面，美國于1987年啟動了LTPP計劃，建立了2 000多個試驗路段，該計劃持續了20多年，獲取了大量路面性能觀測數據，通過LTPP數據，國內外學者針對裂縫產生、發展的規律及影響因素、裂縫預測模型等開展了諸多研究[4-9]，取得了很多有價值的成果。此外，美國NCAT和MnRoad試驗環道設置了不同的試驗段，比較和驗證了4種瀝青混合料、7種再生瀝青混合料表面層的抗裂性能差異[10-11]，目前該研究工作仍在繼續。我國對于裂縫在實際荷載作用下的發生、發展過程的長期觀測研究由于缺乏有效手段，現有研究大多通過實體工程的短期裂縫調查或采用有限元模擬分析的方法來分析裂縫產生的原因[12-16]。2015年，我國第1條足尺路面試驗環道建成，為相關研究提供了試驗平臺。足尺路面試驗環道共鋪設了25種不同結構形式和材料品質的瀝青路面，其中19種鋪設于直線段和緩和曲線段，是主要試驗路段，另外6種鋪設于圓曲線段，作為抗車轍驗證的試驗段。該環道自2015年建成通車以來，至今已經歷了7個自然年氣候環境的交替作用，以及7 000萬累計標準軸載次數的作用，各個試驗路段產生了不同程度的裂縫狀態。本研究基于環道各試驗段裂縫發展過程的長期觀測，對環道裂縫現狀及一些新現象進行闡述，并對裂縫成因進行分析和判斷，為進一步認識和預防瀝青路面裂縫提供一些新的啟發和思路。

1 環道試驗段服役條件概況

1.1 環境條件

RIOHTrack環道的公路自然區劃為Ⅱ4區東部濕潤季凍區，環道于2015年年底建成，圖1為2016—2021年6 a間環道氣象站采集的月均最高溫度、月均最低溫度和降雨量分布圖。2016—2021年6 a間，環道年平均氣溫為15.3 ℃，最冷月平均溫度為-2.3 ℃，最熱月平均氣溫為28.6 ℃，極端最高溫度42.5 ℃，極端最低溫度-20.9 ℃。年平均總降水量403.7 mm，月平均最大降水量166.9 mm。

圖1 2016—2021年月均最高溫度、月均最低溫度和降雨量分布圖Fig.1 Distribution map of rainfall，monthly average maximum and minimum temperature from 2016 to 2021

1.2 荷載條件

RIOHTrack環道加載至今先后采用了兩種加載模式：2016年11月28日至2018年12月31日，采用模式A，為4輛10輪卡車加載，采用16 t的軸載水平，即雙后軸為32 t；2019年1月1日至今，采用模式B，多軸重載列車進行實車加載，即1個單軸牽引軸+1個雙聯軸+3個單軸載重軸，共6個軸，為了加快路面的疲勞損傷，在每年的冬季和春季加重軸載水平，主要載重軸(后面的3個單軸)的軸重標準為18 t，而夏季和秋季為16 t。

1.3 材料與結構情況[17]

為了比較不同結構類型瀝青路面裂縫發展的規律，RIOHTrack環道設置了25種瀝青路面結構，包括位于直線段和緩和曲線段的主試驗段，共布設7大類19種瀝青路面結構形式，見圖2，以及布設在圓曲線段的6種抗車轍試驗段。

圖2 RIOHTrack主要試驗路面結構(單位：cm)Fig.2 Main test pavement structure of RIOHTrack (unit：cm)

第1類為典型的強基薄面型半剛性基層結構，包括STR1，STR2和STR3這3個結構，瀝青混凝土面層分兩層鋪筑，上層為4 cm SBS改性瀝青混凝土AC13-65，下層為8 cm 30#瀝青的高模量瀝青混凝土層AC20，總厚度12 cm；這3個結構的基層均為設計強度6 MPa的40 cm水穩定碎石；同時，為了延緩反射裂縫的產生，在上面層和下面層底下均設置改性瀝青防水黏結層(又稱為應力吸收層)，瀝青灑鋪量分別為(1.8±0.2)kg/m2和(2.2±0.2)kg/m2。

第2類為剛性基層結構，包括STR4和STR5兩個結構，瀝青混凝土層總厚度為12 cm，上層為4 cmSBS改性瀝青混凝土AC13-65，下層為6 cm 30#瀝青的高模量瀝青混凝土層AC20，在下面層下面又設置2 cm的SBS改性瀝青混凝土應力吸收層AC10。STR5的基層為24 cm水泥混凝土，STR4的基層為24 cm 碾壓貧混凝土(7 d無側限抗壓強度8 MPa)。設置瀝青混凝土應力吸收層的目的是：延緩這2個結構剛性基層反射裂縫的產生。此外，在上面層下面設置同第1類結構的改性瀝青防水黏結層。

第3類為常用半剛性基層結構，包括STR6，STR7，STR8和STR9這4個結構，STR6的瀝青混凝土層厚度為16 cm，具體組合為4 cm AC13-70+10 cm AC25+2 cm AC10，其中AC10同第2類結構，為改性瀝青混凝土應力吸收層。后3個結構瀝青混凝土層厚度均為18 cm，組合為4 cm AC13+6 cm AC20+8 cm AC25，其中STR9為多空隙瀝青混凝土PAC13，STR7和STR8為AC13-70。這4個結構的基層均為水泥穩定碎石，其中：STR6和STR7的強度標準為6.0 MPa，STR8和STR9為4.5 MPa。與第1類結構一樣，在上面層下面設置同第1類結構的改性瀝青防水黏結層，同時在STR7，STR8和STR9結構下面層底下設置同第1類結構的改性瀝青防水黏結層。

第4類為倒裝結構，包括STR10和STR12兩個結構，瀝青混凝土層厚度分別為24 cm和28 cm，并在瀝青混凝土層與半剛性基層之間設置了20 cm的級配碎石聯結層(又稱過渡層)。

第5類為厚瀝青混凝土結構(一)，包括STR11，STR12，STR13和STR14這4個結構，其瀝青混凝土層厚度同第4類結構，但未設置級配碎石聯結層，而是直接座落在半剛性基層上面。

第6類為厚瀝青混凝土結構(二)，包括STR15，STR16和STR17這3個結構，瀝青混凝土層厚度36 cm，下設半剛性材料結構層。

第7類為全厚式瀝青混凝土路面結構，包括STR18和STR19兩個結構，瀝青混凝土結構層厚度分別為52 cm和48 cm。

在圓曲線段的6種瀝青路面，基層、底基層的結構、材料的技術要求與主試驗段STR1是相同的，而且瀝青混凝土層厚度均為18 cm，主要的差異在于瀝青混凝土層材料的品質不同。同樣，在上面層底下和下面層底下均設置改性瀝青防水黏結層。

環道25種瀝青路面結構均采取了一定的抗反射裂縫措施。主要的對策有：(1)在上面層底下均設置改性瀝青防水黏結層；(2)對于瀝青混凝土層厚度不大于18 cm的結構，在下面層底下也設置了一層改性瀝青防水黏結層(STR4～STR6除外)；(3)對于STR4，STR5和STR6，在下面層瀝青混凝土與剛性或半剛性基層之間設置了改性瀝青混凝土應力吸收層；(4)在24，28 cm瀝青混凝土層下面設置級配碎石層，作為對比驗證；(5)鋪設了一些厚瀝青混凝土結構層。這些措施將在之后的加載試驗過程中，驗證其使用效果。

2 環道路表裂縫的發展情況

路面裂縫是隨荷載累積作用與自然環境變化綜合影響下，逐漸產生和發展的，是一個漸變的過程。環道從2016年11月28日開始加載試驗，到2022年春季(4月底，120周期)，共承受了6 587萬累計標準軸次的作用，期間經歷了3個荷載作用狀態：(1)2016年的“零荷”檢測階段，期間未進行加載試驗，僅是自然環境的變化影響；(2)2016年底至2018年底的A模式加載階段；(3)2019年初至今的B模式加載階段。

2.1 各階段環道裂縫發展簡述

在“零荷”檢測階段的2016年1月(冬季)，在STR1和STR3路段先后產生5條橫向的貫通型裂縫，即行車道和超車道同時開裂，這是一種典型的半剛性基層薄瀝青面層結構的溫度裂縫形態，此時環道尚未進行加載試驗，裂縫的產生主要由于溫度變化引起。冬季隨著外界氣溫的降低，路面材料變硬并開始收縮，由于層狀路面結構的相互約束，當收縮產生的拉應力超過路面材料的抗拉強度時，就會產生裂縫，且通常是橫向裂縫[18]。

在A模式加載階段，荷載水平較輕，但隨著荷載作用次數的增加，在溫度和荷載的雙重作用下，環道一些試驗段的裂縫逐漸增加。裂縫的特征主要表現為首先產生于行車道的輪跡帶上，左側或右側輪跡帶，然后逐漸向兩邊拓展，形成貫穿行車道的橫向裂縫，此時，裂縫并沒有拓展到超車道上。

通過后期跨縫鉆芯發現，這種類型的橫向裂縫是自上而下發展的，為車道Top-Down裂縫。主要有兩種情況：(1)基層未開裂，裂縫產生于上面層，并逐漸向下拓展，見圖3(a)；(2)基層雖然已經開裂，但中間瀝青混凝土層并未開裂，而是在上面層產生裂縫，見圖3(b)。由此判斷這種橫向裂縫并不是常見的反射裂縫，而是與荷載作用相關的一種疲勞裂縫。

圖3 橫向裂縫芯樣狀態Fig.3 Core state of transverse cracks

進入到B模式加載后，環道加載效率大幅提升，與此同時，路表裂縫數量也迅速增加。該階段裂縫發展主要呈現出3個特點：

(1)原有行車道橫向裂縫大幅增加，尤其是開始B模式加載的第1 a，即2019年，共產生34條橫向裂縫，是迄今為止裂縫發展最快的一年。這些裂縫都產生在行車道上，沒有產生貫通型橫向裂縫。

(2)2019年5月，環道行車道上出現了一種類似裂縫的水痕(見圖4)。它的主要表現是，在中午之前、空氣濕度較大時，在行車道輪跡帶處會出現類似橫向裂縫的水痕，隨著溫度升高、水分蒸發，這些水痕會逐漸消失。經過后期持續的觀測，有些水痕已發展成為正常肉眼可見的橫向裂縫，有些尚未發展。筆者認為這是由于肉眼不可見的微裂縫在水汽作用下呈現出來的一種形態，稱之為“水印型裂縫”，這些“水印型裂縫”是否都會發展成為肉眼可見的橫向裂縫，需要持續跟蹤觀測。

圖4 “水印型”裂縫Fig.4 ‘Watermark’ cracks

(3)2020年以后，橫向裂縫的拓展性損傷逐漸加快。①橫向裂縫出現“啃邊”，逐漸由單一裂縫逐漸發展成2條平行的裂縫，盡管采用瀝青灌封，也難以阻止重載交通條件下的裂縫發展，最終于發展為橫向的局部龜裂(見圖5)。②2021年9月，在STR6的橫向裂縫位置，由于裂縫擴展和動水壓力沖刷，產生了環道第1個坑槽(見圖6)。③原有行車道橫向裂縫出現進一步拓展現象，逐漸向超車道發展。

圖5 STR19局部龜裂Fig.5 Localized cracking in STR19

圖6 STR6坑槽Fig.6 Crater in STR6

(4)在圓曲線路段上，最初也產生與主試驗段相同的橫向裂縫，直到2020年4月份，在輪跡帶上產生了第1條縱向裂縫，通過鉆芯發現，裂縫僅產生于表面層，其發展方向也是自上而下的。環道加載至今，圓曲線段已產生了4條縱向裂縫，并逐步延長，最長的已達到6 m。

2.2 各試驗路段裂縫狀態的統計分析

表1為環道各試驗段的裂縫病害統計表，目前環道裂縫類型主要包括：橫向貫通裂縫、僅行車道開裂的橫向裂縫和縱向裂縫3大類。需要注意的是，在各個試驗段交界處和傳感器埋設處等特殊位置處，由于結構內部存在一些特殊情況，更容易產生橫向貫通裂縫，所以我們將其定義為特殊裂縫，在研究由于荷載、環境、路面結構與材料等因素引起的裂縫成因時，不考慮這類裂縫。本研究只針對剔除特殊裂縫的情況進行討論。

表1 RIOHTrack瀝青混凝土路面試驗段裂縫統計(至2022年4月)Tab.1 Crack statistics in asphalt concrete pavement test sections of RIOHTrack (until April 2022)

根據表中數據，統計分析各個試驗路段車道橫向裂縫占總裂縫數量的比例，以及橫向裂縫占總裂縫數量的比例，見圖7。由圖7看出：

圖7 各試驗路段車道橫向裂縫對比Fig.7 Comparative chart of lateral cracks in driving lane of each test section

(1)除圓曲線段外，在19個主要試驗路段上，STR1和STR3的車道橫向裂縫占比為50%，其余各路段均大于50%，STR5，STR7～STR19等路段達到100%。

(2)各個路段橫向裂縫的占比均大于50%，除STR2外，19個主要試驗路段的橫向裂縫占比均為100%。

(3)由于圓曲線段線形的不同，其裂縫分布狀態不僅與19個主要試驗路段存在明顯差異，而且與相同瀝青混凝土層厚度的STR7～STR9有明顯不同。

總的來說，除圓曲線路段外，環道以橫向裂縫為主，或以橫向為主的不規則裂縫，尚未產生明顯的縱向裂縫；橫向裂縫以行車道(包括輪跡帶)的裂縫為主，貫通于整個試驗路段(雙車道)的裂縫較少；不同瀝青混凝土層厚度的試驗路段，裂縫數量有明顯的差異。

根據表1中數據，統計分析各個路段總橫向裂縫和正常產生的橫向裂縫的分布數量，并根據路段的實際長度計算相應的橫向裂縫密度。在裂縫密度計算過程中，車道橫縫加權系數為0.5，貫通橫縫為1。相關的計算分析結果見圖8。

圖8 各試驗路段橫向裂縫條數和密度統計分析Fig.8 Statistical analysis of number and density of transverse cracks in each test section

由圖8可見：

(1)大部分路段正常產生的橫向裂縫密度不大于0.05條/m，相當于實際工程中20 m間距1條橫縫。

(2)除圓曲線路段外，正常產生的橫向裂縫密度小于0.02條/m的路段有半剛性基層結構的STR3，STR6，STR7和第4～7類的倒裝結構和厚瀝青混凝土結構。由此可初步推斷，加厚瀝青混凝土層厚度有利于減少橫向裂縫的產生。

(3)在19個主要試驗路段上，裂縫密度最大的是第2類的組合式路面結構，這是否與剛性基層的板縫有關，還需要進一步分析。

(4)第1類與第3類結構的裂縫密度基本相當，其中第1類結構中，整體剛度最弱的STR3的裂縫密度最??；而第3類結構中，設置瀝青混凝土應力吸收層的STR6和半剛性基層強度較高的STR7的裂縫密度最小。

(5)對于同為18 cm瀝青混凝土層的圓曲線段，整體的橫向裂縫密度明顯大于第3類結構，這與該路段行車受力狀態有關。

3 裂縫成因分析及判斷

影響瀝青路面裂縫產生的因素多而復雜，有環境因素、荷載因素、結構因素、施工因素等，以及各類因素之間的耦合作用。當前，環道裂縫有近1/3產生在傳感器埋設位置和結構接縫位置處，這些裂縫可歸結為施工因素引起的。這說明，即使在嚴格施工管理和控制下，由于材料、結構的不均勻性，也會產生裂縫。在實際工程中，施工因素是導致路面產生裂縫不可忽視的問題。刨除施工因素，以下僅對環道正常路段的Top-Down裂縫成因，從環境、荷載以及結構等方面進行分析。

3.1 環境因素影響

圖9為2016年1月至2022年4月期間各個月份新增裂縫的統計分布圖。由圖9看出，環道裂縫主要產生于每年的11月、12月和1月份，這與環道所處的華北平原地區的氣候條件比較吻合。11月為深秋時節，晝夜氣溫波動較大，降溫速度也比較大；12月和1月為冬季嚴寒時節。另外，2月份雖也屬于乍暖還寒時節，但由于是春節期間，環道不加載，因此裂縫增加很少；3月份為初春季節，因此2019年裂縫增加較為明顯。除此之外，每年從4月份到10月份，環道新增裂縫數量都較少，大多情況下沒有裂縫產生，此時路面的病害逐漸表現為車轍損傷，車道橫向裂縫與車轍呈現此消彼長的趨勢。

圖9 不同月份新增裂縫數量統計Fig.9 Statistical chart of new cracks added by month

根據圖9的新增裂縫的月份分布圖，可明顯看出，這些裂縫的產生與低溫環境密切相關的，然而通過觀察，裂縫的形態卻又與一般的低溫裂縫不同。一般情況下，低溫裂縫與反射裂縫具有類似的形態，即橫向的、規則的、貫通于整個車道(包括行車道和超車道)的裂縫。對此，2016年1月份產生的5條裂縫可以判定為典型的低溫裂縫，除此之外，環道大量的橫向裂縫并不符合這樣的形態特征。

通過以上分析可知，環道主要裂縫有兩個典型特征：(1)首先產生于輪跡帶位置；(2)首先產生于表面層，并自上而下發展。由此可以推斷，環道這些裂縫是一類由瀝青面層荷載疲勞引起，且與低溫環境有關的裂縫。由于溫度的降低，表面層瀝青混凝土的模量大幅度增加，這一方面提高了承載能力，另一方面也降低了材料的變形適應性，在重荷載作用下容易產生開裂。此外，還有一種推論，即在4—10月份期間，在繁重荷載作用下，瀝青面層已產生除車轍之外的裂縫損傷，但是由于溫度較高，這些裂縫難以被直接觀測到，直到冬季來臨，氣溫降低，裂縫逐漸張開，從而表現出來?？傊?，這兩方面因素綜合在一起，是導致冬季裂縫顯著產生的主要原因。

3.2 荷載因素影響

除了外部環境，外部荷載也是引起瀝青路面裂縫產生的一個重要因素。圖10為按年份統計的環道各種類型裂縫的總數量的分布狀態。由圖10中可以看出，環道裂縫是與荷載水平密切相關的，加載第1 a(2017年)環道裂縫明顯產生，加載第2 a(2018年)，新增裂縫數量明顯減小。當更換B模式加載后，隨著荷載水平顯著增加，2019年新增裂縫大幅度增加(與2017年相比增加1倍)，但隨之而來的2020年，新增裂縫數量又大幅度減??；此后2021年新增裂縫數量又有所增加，2022年新增裂縫數較2021年略有減少。

圖10 各年度裂縫新增數量統計Fig.10 Statistical chart of new cracks added by year

荷載對裂縫影響的趨勢是：荷載水平的增加，會引起裂縫的快速增加，荷載水平越高，裂縫數量越多，同時，裂縫增加的數量呈現隔年增長的趨勢，路面裂縫的發展存在一個“緩沖階段”。在兩種荷載模式加載的初期，裂縫數量增加都比較迅速(如2017，2019年)，隨之而來的第2 a，路面裂縫的發展主要表現為兩個方面：(1)既有裂縫的拓展；(2)產生新增裂縫?；谧饔媚芰康刃У脑?，一部分作用荷載促使原有裂縫的進一步拓展，從而導致新增裂縫數量的減少。但是在第3 a(如2021年)，隨著路面疲勞效應的持續增加，新增裂縫數量又進一步增多。預計2022年及其以后，每年裂縫新增數量將會逐步穩定，直至路面結構產生嚴重的疲勞損傷后，新增裂縫數量將會出現明顯的增加現象。

環道19個主試驗段，荷載作用還未對其產生足夠大的剪切疲勞效應，引發縱向的自上而下的疲勞裂縫，其裂縫主要以車道橫向Top-Down裂縫為主。位于環道圓曲線的試驗段，最初也是以車道橫向Top-Down裂縫為主，隨著荷載作用次數的增加，在2020年之后，先后在外側輪跡帶上產生4條縱向Top-Down裂縫，這主要是由于環道圓曲線半徑較小，汽車行駛過程中產生的離心力作用于路面，形成徑向水平荷載導致路面開裂，是一種瀝青面層在重荷載作用下的剪切破壞形式。環道圓曲線半徑為300 m，遠遠小于一般高速公路的曲線半徑，在正常高速公路上，曲線徑向的水平荷載遠小于環道的水平荷載，由荷載剪切疲勞引起的瀝青面層自上而下的縱向裂縫產生的幾率很小。從荷載疲勞角度看，在正常的使用階段(即未產生結構性破壞前)，路面裂縫應以車道橫向裂縫為主。然而，在實際工程中常常會看到縱向裂縫的產生，這主要是由于兩種情況：(1)施工因素引起的，由于攤鋪過程中產生縱向的離析帶，導致薄弱環節，引發縱向裂縫；(2)由于下面結構層首先產生縱向裂縫，進而反射到表面層。

3.3 結構因素影響

對比環道19種不同結構形式主試驗段的裂縫狀態，可反映出結構形式對橫向裂縫的影響規律。由圖8可知，在相同氣候環境和荷載作用下，不同類型結構的裂縫差異是顯著的。

環道19個主試驗段，基層剛度最大的為第2類剛性基層路段，總體來說，這類結構橫向裂縫數量最多，密度最大。然而從相應的橫向裂縫間距看，并不是直接由原有剛性基層的板縫或預切縫引起的。分析原因主要有：首先，這類結構路段尚未產生橫向的貫通縫，主要是行車道的橫向裂縫，或者是由這些橫向裂縫拓展引起的不規則裂縫；其次，這些橫向裂縫的間距一般為2～3 m，明顯小于板縫間距和預切縫間距。因此這類結構的橫向裂縫并不是反射裂縫引起的，但與基層剛度密切相關。

第1類結構與第2類結構瀝青面層厚度相同，基層為強度6 MPa的半剛性基層，其裂縫密度明顯小于第2類結構，但高于其他類型結構，這兩類結構的共同特點都是基層剛度較大，瀝青面層較薄，為12 cm。第3類結構中的STR6，基層采用與第1類結構相同的6 MPa的半剛性基層，但其瀝青混凝土層厚度增加到16 cm后，裂縫密度較第1類結構大幅度減少，與厚瀝青混凝土層的試驗路段基本相當?；谶@兩類結構的對比，可以推知，第2類結構裂縫密度較大，主要是由于基層剛度大、瀝青面層薄，在重荷載作用下，瀝青面層表面產生較大的剪切荷載所致。

環道第3類4種瀝青路面結構，其瀝青混凝土層厚度基本相當(16～18 cm)，半剛性基層結構也基本一致(2層水泥穩定碎石和1層水泥穩定土)，但從圖8可以看出，各結構裂縫密度卻差異較大，分析其原因主要是由于不同結構的結構組合方式和材料品質不同。如采用6.0 MPa的水泥穩定碎石基層的STR6和STR7，其裂縫密度明顯小于采用4.5 MPa 的水泥穩定碎石基層STR8和STR9；設置了2 cm瀝青混凝土應力吸收層的STR6，其裂縫密度明顯小于同類其他結構；采用開級配磨耗層的STR9，其裂縫密度明顯大于同類其他結構。由此得到以下認知：(1)適當提高基層的強度有利于減少裂縫的產生，但是，由前述對第2類結構裂縫的分析可知，基層強度的提高存在一個界限；(2)設置瀝青混凝土應力吸收層，可在適當減薄瀝青混凝土層總厚度的情況下，減少裂縫的產生，其工程效果優于設置防水黏結層；(3)對于多空隙瀝青混凝土表面層，一般荷載水平下有利于減少表面層裂縫，但對于重荷載作用，由于表面顆粒容易剝落，其裂縫的產生反而容易加劇。

第1類結構總體裂縫密度比較大，各結構的裂縫密度差異也較大。這類結構均采用6.0 MPa強度的水泥穩定碎石基層，且厚度相同，主要的差異在于底基層的剛度不同。相較而言，裂縫密度最大的STR2與第3類結構STR7的基層、底基層基本一致，主要差異在于瀝青面層厚度的不同(相差6 cm)，由此說明，增加瀝青面層厚度有利于減少車道橫向裂縫。

總體來說，對于薄面層的瀝青路面結構，基層剛度、結構組合形式對于車道橫向裂縫產生的影響是顯著的，其力學機理值得進一步研究。

3.4 關于路表裂縫與車轍對偶性的探討

通過前述對環道裂縫的分析可知，在重交通荷載作用下，瀝青路面的主要裂縫是自上而下的車道Top-Down裂縫，包括正常路段上的車道橫向裂縫，以及在小半徑曲線上輪跡帶位置的縱向裂縫。對裂縫和車轍進行統計分析，發現兩類裂縫與車轍病害之間存在明顯的對偶性。即：裂縫病害嚴重的結構，車轍深度往往較??；反之，裂縫病害較輕的結構，車轍深度往往較大。

圖11為各類結構的橫向裂縫密度與車轍深度的對比圖。由圖11看出：橫向裂縫多的結構類型，相應的平均車轍深度比較小，反之，車轍深度較大。荷載型橫向Top-Down裂縫和車轍病害，作為瀝青面層兩種典型的荷載疲勞損傷，具有對偶性，根據結構類型的不同，要么以Top-Down裂縫為主，要么以車轍病害為主。此外，環道試驗表明，當瀝青面層為18 cm時，路面的Top-Down裂縫和車轍病害都較為嚴重，瀝青面層18 cm可能是半剛性基層結構對偶性病害的“拐點”厚度。

圖11 橫向裂縫密度與車轍深度分布規律Fig.11 Distribution diagram of transverse crack densities and rut depths

4 結論

本研究針對近7 000萬次加載后，RIOHTrack環道25種瀝青路面試驗段裂縫現象及其發展規律，重載交通環境下，瀝青路面裂縫的表象和形成機理進行分析、討論，得到以下結論。這將有助于全面理解瀝青路面服役規律，進一步完善長壽命瀝青路面設計理論研究。

(1)在重載交通使用環境下，瀝青混凝土層厚18 cm及其以下的路面結構，其主要裂縫是自上而下的車道Top-Down裂縫，表現為兩種形態：①正常路段上的車道橫向裂縫；②在小半徑曲線上輪跡帶位置的縱向裂縫。且裂縫的產生與瀝青混凝土層厚度、基層剛度等多種因素有關。在實際工程中，為了減少這些裂縫，合理、優化的路面結構與材料設計是必要的。

(2)瀝青混凝土層厚18 cm及其以下的路面結構，車道Top-Down裂縫首先產生于表面層，雖然是一種剪切疲勞損傷，但并不影響整體結構內部的疲勞破壞，可這將對于進一步完善長壽命瀝青路面的設計理論和方法，提供有益的參考和啟示。

(3)車道Top-Down裂縫與車轍病害之間存在一種負相關的對偶性，現行的線彈性小變形的層狀力學模型還難以解析當前車道裂縫的形成機理，研發新的路面力學理論，以適應路面技術的發展，是十分必要和迫切的。