淺談水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的成因及防治措施

沈健

摘 要：目前高等級公路路面基層大部分采用水泥穩(wěn)定碎石基層，由于受外界環(huán)境、溫度、氣候、荷載的影響，水泥穩(wěn)定碎石基層易產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象，嚴重影響路面的使用壽命。文章主要結(jié)合工程實踐，主要闡述了水泥穩(wěn)定碎石產(chǎn)生裂縫的主要原因，從中提出了水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的控制措施，旨在為解決路面開裂問題提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定碎石基層；裂縫；原因分析；防治措施

水泥穩(wěn)定碎石基層是將一定級配的集料與水泥和水一起拌和后，在最佳含水量狀態(tài)下碾壓成型，經(jīng)過養(yǎng)生達到一定強度的路面基層結(jié)構(gòu)。此基層是一種半剛性結(jié)構(gòu)。水泥穩(wěn)定基層容易產(chǎn)生裂縫是影響瀝青混凝土面層破壞的關(guān)鍵因素。若不及時處理，雨水從裂縫內(nèi)向下滲透，瀝青混凝土和基層裂縫縫隙處充滿自由水，在車輛荷載反復(fù)沖擊下，就會使瀝青混凝土中粘附在碎石表面的瀝青剝離， 基層的細集料形成泥漿被擠壓出路面，瀝青混凝土路面出現(xiàn)坑洞、碎裂、松散，造成瀝青混凝土路面早期破損，影響其使用壽命。因此，對基層裂縫原因分析并制定相應(yīng)的防治措施，將有助于完善基層施工工藝，提高路面施工質(zhì)量。文章以某一道路基層施工出現(xiàn)的縱橫向裂縫為背景，從地質(zhì)條件、外部環(huán)境以及施工工藝等方面進行了分析，提出了相應(yīng)的防治措施。

1 水泥穩(wěn)定碎石作用原理及裂縫產(chǎn)生機理

水泥穩(wěn)定碎石是較為常見的一種半剛性的基層結(jié)構(gòu)，是以級配碎石作骨料，采用水泥作膠凝材料，按嵌擠作用原理攤鋪充分碾壓，強度主要依靠碎石間的嵌擠和水泥的膠凝作用，形成的較高密實度，水泥硬化后形成的板狀半剛性體。特點是極大地提高了路面的承載力，具有很高的強度和剛度。它的初期強度高，并且強度隨齡期而增加結(jié)成板體，抗?jié)B和抗凍效果較好。但由于水穩(wěn)料固有的干縮性、溫縮性，表面容易產(chǎn)生裂縫，影響到基層本身、路面面層的穩(wěn)定性，影響其使用性能。水泥穩(wěn)定碎石產(chǎn)生裂縫主要有以下幾個方面。

1.1 水分蒸發(fā)產(chǎn)生干縮裂縫

水泥穩(wěn)定碎石生產(chǎn)時主要由水泥與各種級配粒料和水拌和。壓實后，由于蒸發(fā)和混合料內(nèi)部水泥與水發(fā)生水化作用，消耗大量的水分，水泥含量越高，則消耗的水分越多，水分減少使體積收縮變形，而且施工過程中含水量越大，蒸發(fā)散失的水分就越多，就越易產(chǎn)生干縮裂縫。

1.2 溫度變化產(chǎn)生收縮裂縫

水泥穩(wěn)定碎石由于混合料中含有3.5～4.5%的水泥，在混合料硬化初期，水泥水化放出較多的熱量，因為表面散熱較快，內(nèi)部散熱較慢，因此內(nèi)外溫度相差較大，使內(nèi)部體積膨脹，而外部散熱快使混合料冷卻收縮，內(nèi)脹外縮相互制約，產(chǎn)生較大應(yīng)力，當應(yīng)力超過極限抗拉強度時，產(chǎn)生裂縫。

1.3 其他因素導(dǎo)致的裂縫

此外，一是因局部土基及底基層壓實度達不到規(guī)范要求，在行車作用下產(chǎn)生土基變形而反射到表面的裂縫；二是由原道路拓寬，兩側(cè)不均勻沉降而產(chǎn)生縱向裂縫；三是由于施工控制方面不當使水泥穩(wěn)定碎石在施工早期產(chǎn)生縱縫。

2 工程概況

某道路瀝青路面設(shè)計結(jié)構(gòu)層次為：5cm細粒式瀝青混凝土上面層+7cm中粒式瀝青混凝土下面層+36cm水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm12%石灰土底基層。部分施工段落于6月份進行了水泥穩(wěn)定碎石基層施工，由于種種原因，該施工段落未及時攤鋪瀝青混凝土，導(dǎo)致10月份在該段落上發(fā)現(xiàn)了橫向裂縫，極個別段落出現(xiàn)了縱向裂縫。

3 裂縫原因分析

水泥穩(wěn)定碎石基層整體性好，具有較大的剛度和承載能力，但是其抗拉能力不足，容易在張力作用下產(chǎn)生裂縫。通過從原材料進場、拌合、運輸、攤鋪碾壓等各道工序進行分析，結(jié)合現(xiàn)場對有橫縫、縱縫、局部離析的部位開槽檢查及鉆芯取樣檢查的結(jié)果，分析認為裂縫產(chǎn)生的原因主要有：（1）溫縮性裂縫。溫度疲勞產(chǎn)生的溫縮裂縫，也就是熱脹冷縮產(chǎn)生的裂縫。由于該段落于6月份進行基層施工，10月中旬發(fā)現(xiàn)裂縫，時間長達近4個月，在此期間，經(jīng)歷了一年之中最高的溫度季節(jié)，而且雨水又相對集中，半剛性基層從高溫到低溫經(jīng)歷了反復(fù)循環(huán)，形成溫縮裂縫。（2）干縮性裂縫。干縮性裂縫的情況分為兩種，一是水泥穩(wěn)定碎石壓實成型到正常養(yǎng)護期（一般為7天）的干縮；二是養(yǎng)護期滿后到施工瀝青封層或透層、攤鋪瀝青混凝土面層這段時間的干縮。其機理基本上是一樣的，只是其損害的程度有所不同。水泥穩(wěn)定碎石壓實成型到正常養(yǎng)護期期間，由于混合料本身拌和、養(yǎng)護時用水，水分蒸發(fā)以及混合料內(nèi)部水化作用而發(fā)生的毛細管作用、分子間吸附作用力和碳化收縮作用等，引起基層混合料體積在一定程度趨于減小而收縮，出現(xiàn)拉裂的現(xiàn)象。如果這段時間天氣正常，氣溫沒有太大變化，混合料（基層）從最佳含水量到較干燥的干縮過程可稱之為“一次性的干縮”，其產(chǎn)生的裂縫是有限的。但是從基層養(yǎng)護期滿后到施工瀝青封層或透層、攤鋪瀝青混凝土面層之間，這段時間間隔長達四個多月，雨水較多，天氣溫度又高，自然天氣從睛到雨，從雨到晴，風吹日曬雨淋，基層料從“較干燥→飽水狀態(tài)→較干燥→飽水狀態(tài)”反復(fù)循環(huán)作用，水分反復(fù)的“蒸發(fā)、飽和、蒸發(fā)、飽和”，n次重復(fù)干縮過程，必然會使基層出現(xiàn)較嚴重的拉裂現(xiàn)象，積少成多，在薄弱地方就表現(xiàn)為裂縫，這就是《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》制定“養(yǎng)生期結(jié)束后，如其上為瀝青面層，應(yīng)先清掃基層，在清掃干凈的基層上，也可先做下封層，以防止基層干縮開裂”的規(guī)定原因之一。（3）荷載性裂縫。在運輸車輛長時間重荷載作用下，由于車輛荷載的反復(fù)作用，裂縫逐漸向上擴展至表面，車輪荷載作用下產(chǎn)生的裂縫反映在頂面，往往產(chǎn)生一定數(shù)量的裂縫。在施工過程中，由于施工需要以及當?shù)亟煌ǖ默F(xiàn)狀，交通封閉不嚴，致使部分段落基層承受了運輸車輛的荷載作用，從而可能產(chǎn)生了裂縫。（4）基層兩層連續(xù)攤鋪結(jié)束后，進行透層油施工，以盡最大可能的封住基層中的水分，達到在最佳含水量狀態(tài)下進行自身養(yǎng)生的目的?；鶎釉谑┕そY(jié)束后，個別路段透層油灑布不均勻，灑布量不足，導(dǎo)致水分散失，沒能達到封水養(yǎng)生的目的，這可能也是產(chǎn)生裂縫的原因之一。（5）施工現(xiàn)場施工工藝控制不嚴格，兩臺攤鋪機搭接處出現(xiàn)條狀離析，導(dǎo)致其他極個別部位細集料偏多，易出現(xiàn)收縮裂縫。（6）原材料進場及基層配合比設(shè)計控制不嚴，未能按照規(guī)范驗收每段材料數(shù)量，使實際施工配合比及灰劑量不符合設(shè)計及規(guī)范要求，也是裂縫產(chǎn)生原因之一。（7）地基土體因固結(jié)差異而引起的不均勻沉降，傳遞到基層就會形成裂縫。

4 裂縫處理和解決辦法

（1）對裂縫比較嚴重的有縱向裂縫部位基層水穩(wěn)給予銑刨。（2）對其余局部有橫向裂縫的基層采用對裂縫位置沖刷干凈，采用乳化瀝青進行灌縫處理。（3）如遇裂縫寬度超過2mm的裂縫采用灌純?yōu)r青并鋪設(shè)玻纖格柵，再進行下封層施工，特別在進行瀝青攤鋪時施工車輛不得在上面拐彎和急剎車。

5 防治措施

（1）針對水穩(wěn)基層不能長時間暴露在外，尤其是夏季這種高溫多雨溫差變化大的不利季節(jié)，一旦水穩(wěn)養(yǎng)護期滿，應(yīng)立即安排下道工序施工，防止水穩(wěn)基層長期暴露在自然環(huán)境中，受到溫度疲勞及雨水等不利自然環(huán)境影響而產(chǎn)生的溫縮及干縮裂縫。（2）加強各個施工道口的交通管制，在養(yǎng)護期內(nèi)不許任何車輛通行，并派專人負責；對全線所有的施工道口進行清查，并派有責任心的人員進行統(tǒng)一的管理，全線采用統(tǒng)一的通行證，無關(guān)車輛不得進入施工現(xiàn)場。（3）加強原材料的進廠控制，嚴把質(zhì)量關(guān)，堅決不允許不合格石料進入拌和場，對收料人員定人、定崗，那個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題那個負責。（4）增加試驗人員和加強試驗人員的專業(yè)知識培訓，加大混合料檢測頻率，對混合料出廠的各項指標定人、定崗檢測，發(fā)現(xiàn)混合料質(zhì)量問題及時解決。（5）對施工的半剛性水穩(wěn)基層加大透層油的灑布用量，試驗人員對每一段落的灑布量和總灑布用量進行比對控制，確?；鶎颖砻嫒勘蝗榛癁r青所覆蓋。（6）現(xiàn)場攤鋪人員嚴格按照施工工藝進行，清掃、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生各道工序嚴格按規(guī)范及試鋪總結(jié)的要求去做，并落實崗位責任制；著重加強現(xiàn)場攤鋪碾壓、攤鋪機搭接離析和局部離析控制。（7）強化全員質(zhì)量意識，推行全員質(zhì)量責任制，在各工序、各崗位、各環(huán)節(jié)均定人、定責，提高全員抓質(zhì)量的自覺性，同時做好全員的技術(shù)交底工作。（8）施工時控制好含水量，嚴格按照技術(shù)方案碾壓，確保壓實度符合設(shè)計及規(guī)范要求；嚴格驗收下承層標高、寬度、平整度，嚴格控制各材料攤鋪寬度、松鋪厚度，以保證材料的均勻性，充分碾壓，確保高程、寬度、平整度、強度均達到規(guī)范規(guī)定的標準。

6 結(jié)束語

由于路面工程是系統(tǒng)工程，而裂縫的產(chǎn)生對整個系統(tǒng)工程體現(xiàn)著諸多危害，主要危害有兩點：一是損傷整個路面強度；二是后期造成對瀝青混凝土路面變形導(dǎo)致裂縫或者起拱等其他現(xiàn)象。第一種情況發(fā)生，影響是多方面的；第二種情況發(fā)生影響是顯而易見的：假如沒有得到處理，外部雨水會向下不斷滲透，瀝青混凝土和基層裂縫縫隙處充滿水，在外力載荷不斷侵襲下就會使粘附在碎石表面的瀝青剝離，基層的石料被擠壓出路面，瀝青混凝土路面則有可能結(jié)構(gòu)松散、內(nèi)部碎裂、產(chǎn)生坑洞。通過對該道路部分段落水泥穩(wěn)定碎石基層出現(xiàn)裂縫的原因分析得出：氣溫的高低反復(fù)循環(huán)、基層料的“干燥→飽水→干燥→飽水”反復(fù)循環(huán)、車輛荷載作用、原材料控制不嚴、施工工藝不規(guī)范、施工作用人員的責任心不強等均會對基層施工質(zhì)量產(chǎn)生影響。為避免或減少基層裂縫，須從裂縫形成原因出發(fā)，加強各個方面的質(zhì)量控制，知己知彼，方能百戰(zhàn)不殆。

參考文獻

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