高速公路水泥穩(wěn)定基層裂縫成因及處治方案

柳海龍，孟叢叢

(1.江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司贛州管理中心;2.江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司天馳高速科技發(fā)展有限公司)

水泥穩(wěn)定碎石基層適用于新建和改建各級(jí)公路的半剛性路面結(jié)構(gòu)，一般位于瀝青混凝土面層和水泥混凝土面板下，是路面結(jié)構(gòu)層承重結(jié)構(gòu)，它具有強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。隨著半剛性柔性路面在高等級(jí)路面應(yīng)用越來越多，水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)作為半剛性柔性路面基層，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，且取得了較好的效果。雖然水穩(wěn)施工工藝比較簡(jiǎn)單、成熟，但在實(shí)際施工操作過程中卻極易產(chǎn)生早期裂縫，而裂縫是影響高速公路瀝青路面壽命的最主要的因素之一。

某在建高速公路設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)形式為:4 cm SMA－13 SBS 改性瀝青表面層+8 cm AC－20 SBS 改性瀝青中面層+10 cm AC－25 下面層+18 cm 水泥穩(wěn)定碎石上基層+17 cm水泥穩(wěn)定碎石下基層+20 cm 級(jí)配碎石底基層。在基層施工前期，少數(shù)路段出現(xiàn)了早期裂縫，項(xiàng)目管理方立即組織人員調(diào)查水穩(wěn)基層裂縫產(chǎn)生原因，并及時(shí)安排處理，取得了較好的效果，保證了高速公路的質(zhì)量。

1 裂縫成因分析

根據(jù)水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生裂縫的原因，裂縫可以分為以下幾種:干縮裂縫、溫縮裂縫、網(wǎng)狀裂縫、縱縫、路基不均勻沉降產(chǎn)生裂縫。通過對(duì)出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在裂縫的路段裂縫間距比較均勻，在對(duì)配合比組成情況、原材料、施工過程控制、養(yǎng)生等各方面進(jìn)行分析后，確定出現(xiàn)的裂縫主要是干縮裂縫。

裂縫產(chǎn)生的因素有以下幾個(gè)方面。

(1)裂縫產(chǎn)生的主要因素是水泥穩(wěn)定碎石混合料的級(jí)配偏細(xì)，小于0.075 mm 顆粒含量偏高，黃砂用量偏大;水泥穩(wěn)定碎石產(chǎn)生干縮裂縫的原因與其水泥、水、碎石集料都有很大的關(guān)系。礦石集料表面也要吸附水，集料中的細(xì)料成分越多，表面吸附的水分就越多。再者，基層施工過程中，含水量越大，蒸發(fā)散失的水分就越多。因此就越易產(chǎn)生干縮裂縫。在抽檢的基層粗集料中，石屑1#料(0 ～4.75 mm)小于0.075 mm 顆粒含量是1.12，大于指導(dǎo)0.12，石屑砂當(dāng)量指標(biāo)是58.7，比規(guī)定小1.3。

(2)水泥劑量控制略偏高現(xiàn)象;混合料在混凝土硬化過程中，水泥與水起水化反應(yīng)，消耗大量的水分，水泥含量越高，則消耗的水分越多，水泥含量偏高也是導(dǎo)致干縮裂縫的主要原因。有的單位為了加快工期進(jìn)度和規(guī)范要求的取出完整芯樣要求，加大了水泥劑量。

(3)攤鋪碾壓控制不到位;水泥穩(wěn)定碎石混合料壓實(shí)度是保證強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的重要手段之一，壓實(shí)度達(dá)不到要求，很容易造成強(qiáng)度達(dá)不到要求，在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂縫。

(4)養(yǎng)生期較短、開放交通過早等現(xiàn)象。由于水分參與了水泥的水化反應(yīng)，水分的散失將影響其正常的反應(yīng)，從而影響凝結(jié)硬化后形成的強(qiáng)度，基層表面的水分蒸發(fā)，極易產(chǎn)生均勻的裂紋。水泥穩(wěn)定基層是半剛性路面結(jié)構(gòu)，只有2.5～3 MPa 的強(qiáng)度，過早的通過超重車輛會(huì)使水穩(wěn)基層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受到破壞，產(chǎn)生不規(guī)則的小裂縫。

(5)拌和運(yùn)輸混合料的離析;導(dǎo)致混合料粒徑不均勻，骨料時(shí)而偏粗，時(shí)而偏細(xì)，導(dǎo)致混合料的干密度呈變化狀態(tài)，很容易出現(xiàn)壓實(shí)度不合格或超過100%的現(xiàn)象。本次共抽檢底基層壓實(shí)度6 處，只有2 處滿足要求，有4 處超百。粒料過于粗糙，則粒料間粘結(jié)力不足，一旦車輛上路，表面層極容易跑散，使得基層的平整度難以達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，如果粒料偏細(xì)，基層強(qiáng)度難以合格。

2 裂縫處治方案

根據(jù)對(duì)裂縫產(chǎn)生原因的分析，明確了裂縫的處治原則，確定水泥穩(wěn)定基層裂縫處治方案。

2.1 裂縫處治的距離基數(shù)

裂縫以100 m 為基數(shù)，存在15 條及以上橫向裂縫的或連續(xù)5 條及以上間距小于5 m 裂縫的，該區(qū)域一律返工處理;若存在網(wǎng)裂或分叉的裂縫，左右各延伸5 m 的區(qū)域一并進(jìn)行返工處理;若存在縱向裂縫或不規(guī)則的裂縫區(qū)域，應(yīng)對(duì)路基一并進(jìn)行處理。

2.2 裂縫處治方法

水泥穩(wěn)定碎石下基層選用玻纖格柵進(jìn)行裂縫處治，水泥穩(wěn)定碎石上基層選用聚酯玻纖布進(jìn)行裂縫處治。裂縫處治應(yīng)根據(jù)裂縫的間距、縫寬的不同分別采取以下處理方式。

(1)滿鋪處理。

裂縫間距在12 m 以下的，下基層采用玻纖格柵、上基層采用聚酯玻纖布進(jìn)行滿鋪處理。聚酯玻纖布幅寬應(yīng)大于3 m，在AC－25 鋪筑之前處理，可不鋪設(shè)下封層。

(2)條鋪處理。

裂縫間距在12 m 以上的，縫寬大于等于5 mm 的，或裂縫發(fā)育完全的(裂縫貫通或滿幅存在)的，先采用高滲透乳化瀝青原液灌縫后以聚酯玻纖布條鋪處理，在裂縫出現(xiàn)的位置必須橫向滿幅鋪設(shè)，聚酯玻纖布幅寬1.5 ～2 m;縫寬小于5 mm 的，可采用聚酯玻纖布或玻纖格柵條鋪處理。聚酯玻纖布幅寬1.5 ～2 m，玻纖格柵幅寬不小于1.5 m。

2.3 裂縫處治材料技術(shù)要求

(1)用于下基層裂縫防治的玻纖格柵材料技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足表1 規(guī)定，見表1。

表1 玻纖格柵材料技術(shù)要求

采用幅寬為1.5 m 的玻纖格柵，玻纖格柵應(yīng)能耐170 ℃以上的高溫。

(2)用于上基層裂縫處治的聚酯玻纖布(宜為進(jìn)口)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足表2 規(guī)定，用于上基層裂縫處治的聚酯玻纖布浸潤(rùn)瀝青后技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足表3 規(guī)定。見表2、表3。

表2 聚酯玻纖布技術(shù)指標(biāo)

表3 浸潤(rùn)瀝青后聚酯玻纖布技術(shù)指標(biāo)

(3)沉降裂縫處治方法。

在高填方、填挖交界、橋頭臺(tái)背回填等位置出現(xiàn)的裂縫，多表現(xiàn)為在相同或不同施工時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)左右幅對(duì)稱性橫向裂縫或縱向不規(guī)則裂縫，且整個(gè)結(jié)構(gòu)層全部斷裂，則應(yīng)按照沉降裂縫進(jìn)行處理。具體處理方式如下。

①對(duì)于上基層未施工段落，下基層出現(xiàn)裂縫的情況，打碎石樁或注漿處理后，在下基層表面鋪設(shè)聚酯玻纖布+上基層表面鋪設(shè)聚酯玻纖布的方式進(jìn)行處理。為保證上基層與下基層鋪設(shè)位置的對(duì)應(yīng)性，在下基層鋪設(shè)時(shí)應(yīng)做好標(biāo)記。

②對(duì)于上基層已施工段落出現(xiàn)裂縫的情況，則宜采取上基層表面鋪設(shè)聚酯玻纖布+下面層AC－25 表面鋪設(shè)聚酯玻纖布的方式進(jìn)行處理。為保證上下基層鋪設(shè)位置的對(duì)應(yīng)性，在下基層鋪設(shè)時(shí)應(yīng)做好標(biāo)記。

③根據(jù)裂縫間距的不同，處治方式與干縮裂縫處治相同。

3 裂縫處治施工工藝

3.1 干縮裂縫處治

(1)清掃基層。

條鋪路段應(yīng)對(duì)裂縫兩側(cè)各2 m 范圍進(jìn)行清掃、吹塵和清洗，路面應(yīng)保持干燥沒有雜物、塵土和碎石;滿鋪路段應(yīng)對(duì)整個(gè)滿鋪段落進(jìn)行徹底清掃，確保待鋪路段潔凈。

(2)灌縫。

①在基層表面裂縫處開鑿深度不小于2 cm 的“V”槽。

②用森林滅火器吹除裂縫內(nèi)灰塵。

③所有裂縫的灌縫統(tǒng)一采用高滲透乳化瀝青原液進(jìn)行灌縫。灌縫應(yīng)采用多次灌注法，至少應(yīng)分2 次進(jìn)行，在第一次灌注后，待其完全破乳下滲后方可進(jìn)行第二次灌注。灌縫效果應(yīng)以原液填充飽滿、純?yōu)r青能夠填平裂縫表面為標(biāo)準(zhǔn)。

④在確保裂縫內(nèi)填充飽滿高滲透乳化瀝青原液后，再將3 ～5 mm 的碎石與瀝青乳液混合填入“V”槽內(nèi)，保證在鋪筑上層時(shí)，裂縫處不出現(xiàn)過多自由瀝青上移現(xiàn)象。

⑤裂縫處理完后，必須待乳液充分破乳、煤油完全蒸發(fā)后進(jìn)行下道工序的施工，一般時(shí)間宜在72 h 以上。

(3)噴灑透層油(熱瀝青)。

①對(duì)于下基層玻纖格柵處治的路段，在裂縫兩側(cè)各0.75 m 范圍內(nèi)或滿鋪路段，按0.5 kg/m2純?yōu)r青用量噴灑改性乳化瀝青。

②對(duì)于上基層如采用條鋪聚酯玻纖布處治的路段，在裂縫兩側(cè)各1 m 范圍內(nèi)，噴灑熱改性瀝青，噴灑量宜為0.6 ～0.8 kg/m2，噴灑溫度宜控制在170 ～180 ℃，聚酯玻纖布幅寬1.5 ～2 m，熱瀝青的噴灑寬度應(yīng)比聚酯玻纖布寬5 ～10 cm 左右。

③對(duì)于上下基層采用聚酯玻纖布滿鋪的段落，應(yīng)滿熱噴改性瀝青，噴灑量宜為0.8 ～1.0 kg/m2，聚酯玻纖布幅寬大于3 m，聚酯玻纖布縱向搭接寬度為5 ～10 cm。

(4)布設(shè)聚酯玻纖布(玻纖格柵)。

①玻纖格柵的布設(shè)(條鋪、滿鋪)

條鋪玻纖格柵時(shí)將其平鋪在裂縫兩側(cè)各不小于0.75 m范圍內(nèi);滿鋪玻纖格柵時(shí)按照條鋪的工藝進(jìn)行平鋪。

鋪設(shè)玻纖格柵必須與基層粘牢，并用固定器固定。固定器包括固定釘和固定鐵皮。固定釘可用水泥釘、射釘或膨脹螺釘，釘長(zhǎng)8 ～10 cm，膨脹螺釘直徑為6 mm;固定鐵皮可用厚1 mm、寬3 cm 的鐵皮條。

②聚酯玻纖布的布設(shè)(條鋪、滿鋪)

熱瀝青灑布完成后，立即采用人工鋪設(shè)聚酯玻纖布，鋪設(shè)玻纖布后，利用膠輪壓路機(jī)快速碾壓1 ～2 遍，以保證與水穩(wěn)基層貼合緊密;鋪設(shè)完成后對(duì)道路進(jìn)行交通管制。

(5)返工處理。

對(duì)于需返工處理段落，應(yīng)積極對(duì)已鋪筑的基層進(jìn)行銑刨，清理干凈重新進(jìn)行鋪筑。

3.2 沉降裂縫處治

沉降裂縫的處治統(tǒng)一采用聚酯玻纖布處理，處治工藝與干縮裂縫處治相同。

上基層施工:下基層表面裂縫處治完畢后應(yīng)立即進(jìn)行上基層施工。上基層施工時(shí)應(yīng)首先將玻纖格柵(聚酯玻纖布)上的雜物進(jìn)行清掃，然后按《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)進(jìn)行基層施工。

下封層施工:

(1)上基層表面裂縫處治完畢后應(yīng)立即進(jìn)行下封層施工。

(2)上基層采用聚酯玻纖布滿鋪的路段可不設(shè)下封層。

(3)下封層施工時(shí)應(yīng)首先將聚酯玻纖布上的雜物進(jìn)行清掃，然后按《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)進(jìn)行下封層施工。

4 結(jié) 語

(1)為減少基層裂縫，應(yīng)做到三個(gè)控制。在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上限制水泥用量;在減少含泥量的同時(shí)，限制細(xì)集料、粉料用量;根據(jù)施工時(shí)氣候條件限制含水率。施工中要求合成集料級(jí)配中0.075 mm 以下顆粒含量不宜大于4%，含水率不宜超過最佳含水率的1%。

(2)水泥穩(wěn)定碎石7 d 浸水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙要求，并在確保7 ～14 d 取芯基本完整的情況下盡量采用底限。

［1］李建鑫.淺析水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫產(chǎn)生原因及防治方法［J］.科技信息，2007.

［2］江西省高速公路項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化管理指南(規(guī)范化施工標(biāo)準(zhǔn))，2011.

［3］江西省高速公路施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，2011.

［4］公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG F40－2004)［S］.