水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫預(yù)防及處理技術(shù)

路　向

(浙江公路水運(yùn)工程監(jiān)理有限公司,浙江 杭州　311200)

1　概述

水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫產(chǎn)生的原因主要有路基不均勻沉降而產(chǎn)生的拉裂縫，或者因原材料級(jí)配不當(dāng)，或配合比設(shè)計(jì)不合理，以及施工工藝和養(yǎng)生控制不嚴(yán)格，而產(chǎn)生干縮或溫縮裂縫。處理裂縫技術(shù)有灌漿法(灌縫)、貼縫法(玻纖格柵、玻纖布、應(yīng)力貼等)，而玻纖格柵鋪設(shè)被JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則推薦為基層裂縫比較嚴(yán)重的最有效地處治技術(shù)。這些處理技術(shù)與手段，都是被動(dòng)的“堵”的處理手段，即補(bǔ)強(qiáng)裂縫基層抗拉應(yīng)力，阻斷基層裂縫反射到面層，因施工工藝不當(dāng)，處理效果難以長久保持。

因水文地質(zhì)、大氣溫度的變化等等主客觀原因，水泥穩(wěn)定碎石裂縫可以說難以避免，但預(yù)防措施還要加強(qiáng)，只能說盡最大努力減少裂縫的產(chǎn)生，完全杜絕裂縫的出現(xiàn)是不可能的事情。出現(xiàn)了裂縫，必須處理，否則必然擴(kuò)展到路面面層，出現(xiàn)路面早期破壞，大大縮短路面的使用壽命。裂縫處理宜疏不宜堵，特別是涉及路基不均勻沉降而造成的裂縫，采取被動(dòng)的補(bǔ)強(qiáng)手段，更是難以長久保持處理效果，近幾年出現(xiàn)的應(yīng)力吸收貼就是從消解或疏散裂縫集中應(yīng)力思路出發(fā)而采取的新技術(shù)，但是應(yīng)力吸收貼對(duì)施工工藝要求比較苛刻，在實(shí)際應(yīng)用中，往往因?yàn)槭┕すに嚥划?dāng)，處理效果不佳。

2　裂縫預(yù)防

目前裂縫預(yù)防主要從設(shè)計(jì)理念的提升、原材料質(zhì)量及配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工工藝質(zhì)量控制、養(yǎng)生措施的保證來預(yù)防的。

2.1　設(shè)計(jì)理念的提升

半剛性路面基層，因其具有一定的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，以及抗沖刷能力而被我國廣泛采用。長期以來，強(qiáng)基薄面設(shè)計(jì)理念一直占據(jù)路面研究領(lǐng)域主導(dǎo)地位，也是我國長期以來一直采用的設(shè)計(jì)形式，這就要求基層強(qiáng)度、剛度必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)范指標(biāo)。但是經(jīng)過多年的應(yīng)用體會(huì)，或?qū)嵺`證明，半剛性基層在強(qiáng)度與剛度，以及穩(wěn)定性得到了有效提高和保證，但基層的抗裂性能往往會(huì)被忽視，致使路面早期破壞嚴(yán)重，使用壽命大打折扣。因此近幾年研究人員對(duì)強(qiáng)基薄面設(shè)計(jì)理念進(jìn)行了反思，從過分強(qiáng)調(diào)基層的強(qiáng)度與剛度到強(qiáng)調(diào)基層滿足一定的強(qiáng)度與剛度，基層的抗裂性能一并改善，在高等級(jí)路面設(shè)計(jì)方面從廣泛采用水泥穩(wěn)定土，石灰煤灰穩(wěn)定碎石，石灰水泥穩(wěn)定碎石等抗裂性能較差的結(jié)構(gòu)形式改變?yōu)榫哂幸欢ǖ膭偠扰c強(qiáng)度的水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石，從懸浮式水泥穩(wěn)定碎石設(shè)計(jì)到具有足夠穩(wěn)定性、較小的干縮和溫縮、較強(qiáng)的抗沖刷能力的骨架密實(shí)型嵌擠類水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石，近些年又出現(xiàn)柔性路面基層設(shè)計(jì)模型探討與試驗(yàn)，所有這些設(shè)計(jì)理念在預(yù)防路面基層裂縫方面都收到了很好的效果。

2.2　原材料質(zhì)量及配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化

JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的碎石、水泥等質(zhì)量作出了限制，強(qiáng)調(diào)了細(xì)集料、水泥含量偏高對(duì)基層抗裂性能的不利影響，對(duì)混合料中小于0.075 mm的含量不得大于15%，并對(duì)水泥最小劑量進(jìn)行了限制，同時(shí)推薦了水泥在水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石中劑量5%～9%。浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 33/T—836—2011水泥穩(wěn)定碎石基層振動(dòng)成型法施工技術(shù)規(guī)范中，為了有效避免或減少水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫，改變了傳統(tǒng)的靜壓式工藝，使用振動(dòng)成型法，同時(shí)對(duì)碎石的級(jí)配、細(xì)集料的含量、水泥劑量作出了嚴(yán)格的限制，比如混合料中小于0.075 mm的含量不得大于5%，同時(shí)對(duì)2.36 mm，4.75 mm，9.5 mm篩孔通過率進(jìn)行接近級(jí)配范圍中值的限制，同時(shí)嚴(yán)格控制水泥劑量不得大于4.5%(基層)。

浙江地方規(guī)范雖然在碎石級(jí)配上作出了較交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的要求，但是在實(shí)際施工中由于碎石生產(chǎn)工藝的不同或上好的集料短缺等原因，混合料中小于0.075 mm含量控制在5%范圍，以及水泥劑量特別是底基層水泥含量不得大于3.5%要求比較嚴(yán)格，原因是在水泥劑量一定的情況下，細(xì)集料含量與基層強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而施工單位害怕強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求，或擔(dān)心取芯芯樣不成型，底基層提高水泥劑量到4.0%，甚至提高到4.5%，但是水泥劑量、細(xì)集料含量與水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，這就是目前采用振動(dòng)成型法施工的基層裂縫仍然超預(yù)期存在的原因。事實(shí)證明，以及浙江省交通廳科研成果揭示，采用振動(dòng)成型法施工，只要原材料質(zhì)量控制嚴(yán)格，施工配合比得到嚴(yán)格遵守，規(guī)范要求的施工工藝得到落實(shí)，水泥穩(wěn)定碎石基層各種裂縫會(huì)減少很多，基層的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性也會(huì)得到保證和提高，否則將會(huì)出現(xiàn)水穩(wěn)基層的強(qiáng)度不足，取芯芯樣不成型等質(zhì)量問題。

為了消除或減少裂縫，又能保證一定強(qiáng)度與剛度、穩(wěn)定性，可以增加大粒徑碎石的使用量，減少細(xì)集料含量，將混合料篩孔通過率按規(guī)范規(guī)定范圍的下限控制，同時(shí)適當(dāng)提高水泥劑量，但要限制水泥劑量，一般不得超過6%，可以收到很好的效果。另外，提高碎石的強(qiáng)度，在碎石的加工工藝上，采用反擊破碎方式，JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則研究表明，采用反擊式與一般破碎方式碎石，混合料強(qiáng)度將相差20%～30%。

2.3　施工工藝控制

混合料拌和時(shí)，嚴(yán)格控制用水量，進(jìn)入夏季施工，施工單位運(yùn)輸車輛覆蓋措施不到位，經(jīng)常采用增加用水量來保證水穩(wěn)的施工性能，但是往往造成混合料含水量較大，或含水量不均勻，這些都是造成干縮裂縫的主要原因。提高拌和與攤鋪工藝水平，減少或杜絕混合料離析現(xiàn)象發(fā)生，也是減少裂縫，保證混合料強(qiáng)度、剛度的有效措施。

在水泥穩(wěn)定混合料攤鋪前，要對(duì)下承層(路基或下基層)進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收與裂縫詳細(xì)檢查，同時(shí)路基必須已處于沉降穩(wěn)定狀態(tài)，一般來說，連續(xù)三個(gè)月每月沉降量不得大于5 mm視為沉降穩(wěn)定，杜絕路基不均勻沉降造成水泥穩(wěn)定碎石的開裂現(xiàn)象發(fā)生。

另外，為了減少溫縮裂縫(主動(dòng)消解溫縮應(yīng)力)，可采用人工切縫方式，每20 m切一道深6 cm～7 cm的切縫，縫內(nèi)灌入改性乳化瀝青，上鋪1 m寬的應(yīng)力吸收貼或自黏式鋼纖格柵方法。

2.4　養(yǎng)生

要及時(shí)全覆蓋灑水保濕養(yǎng)生，養(yǎng)生時(shí)間至少7 d，且在7 d養(yǎng)生的期限內(nèi)，嚴(yán)禁一切車輛通行。在養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后瀝青混合料攤鋪前，也要限制重載車輛，嚴(yán)禁通行。施工現(xiàn)場往往出現(xiàn)覆蓋不及時(shí)、不到位，保濕程度不夠，養(yǎng)生時(shí)間不足，重載車輛未限行等問題，這些都會(huì)造成水泥穩(wěn)定碎石的早期受力裂縫和干縮裂縫的出現(xiàn)。

3　裂縫處理

裂縫處理的步驟首先要分析裂縫產(chǎn)生的原因，針對(duì)裂縫不同的產(chǎn)生機(jī)理，采取針對(duì)性的措施。一般來說水泥穩(wěn)定碎石裂縫分為干縮裂縫、溫縮裂縫、路基不均沉降受力裂縫、養(yǎng)護(hù)未封閉交通出現(xiàn)的承載受力裂縫等四種。針對(duì)不同性質(zhì)的裂縫，采取的處理措施與方法如下。

3.1　干縮裂縫

因水泥穩(wěn)定碎石在強(qiáng)度形成過程中體積變化而產(chǎn)生的裂縫，一般來說分布沒有規(guī)律，裂縫細(xì)小、不深?？梢圆扇】刂扑鄤┝?、控制細(xì)集料含量、控制混合料拌和用水量來預(yù)防。干縮裂縫不可避免，只能采取措施預(yù)防并減少，水泥穩(wěn)定碎石基層鋪筑完成并養(yǎng)生結(jié)束后，不能立即攤鋪瀝青面層，要等水穩(wěn)混合料干縮內(nèi)應(yīng)力全部釋放完成后，并對(duì)裂縫進(jìn)行處理，方可進(jìn)行瀝青面層攤鋪。處理的方法，吹干裂縫內(nèi)外浮灰，再灌入改性乳化瀝青，上鋪玻纖布。對(duì)于太過細(xì)小且比較集中的干縮裂縫，可用空壓機(jī)吹掉表面浮灰，直接使用自黏式玻纖布或應(yīng)力吸收貼覆蓋鋪筑。

3.2　溫縮裂縫

因溫度變化而產(chǎn)生的裂縫，一般來說接縫呈橫向有規(guī)律分布，深度較深或貫通。采用人工切縫，阻斷溫縮應(yīng)力集聚而拉裂水穩(wěn)基層。人工切縫可以每隔20 m切一道橫向貫穿整個(gè)路幅的縫，縫深6 cm～7 cm，縫寬3 mm～5 mm，并對(duì)縫進(jìn)行處理，吹掉縫內(nèi)外浮灰，然后灌入改性乳化瀝青，再鋪筑1 m寬的玻纖布或應(yīng)力吸收貼。另外，在水穩(wěn)混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)增加較大粒徑碎石使用量，減少細(xì)集料摻配比例，使混合料在充分碾壓密實(shí)后，形成嵌擠密實(shí)型結(jié)構(gòu)層，加大碎石之間的內(nèi)摩擦力，也可以有效減少溫縮裂縫。對(duì)于溫縮裂縫處理，基本垂直路線走向且順直的裂縫，直接人工切縫，然后按人工切縫處理；對(duì)于走向不規(guī)則的溫縮裂縫，可以采用吹洗、灌乳化改性瀝青、上貼應(yīng)力貼或玻纖布進(jìn)行處理。

溫縮裂縫是大氣溫度變化引起的伸縮裂縫，如果水穩(wěn)基層未經(jīng)過高低溫季節(jié)交替，溫縮應(yīng)力沒有完全釋放，建議對(duì)溫縮裂縫進(jìn)行開槽處理，將裂縫覆蓋范圍內(nèi)水穩(wěn)基層全部全深度鑿除，然后填入級(jí)配碎石，充分加水碾壓形成嵌擠密實(shí)型柔性基層，上鋪超過切縫至少50 cm應(yīng)力吸收貼或玻纖布(見圖1)。

3.3　路基不均勻沉降裂縫

這種裂縫處理比較麻煩，重在預(yù)防，即控制好路基填筑質(zhì)量，特別是新老搭接路基填筑，一定要按施工規(guī)范挖好臺(tái)階后分層填筑，遇到軟基處理地段，一定要等路基預(yù)壓穩(wěn)定后方可進(jìn)行水泥穩(wěn)定基層施工。一般來說，嚴(yán)重的路基不均勻沉降裂縫比較規(guī)則，裂縫較寬且有錯(cuò)臺(tái)，主要集中在新老路基搭接處、橋涵臺(tái)背回填處、不同軟基處理交界處等。處理方法，要先行觀察一段時(shí)間，看是否繼續(xù)發(fā)展，是否趨于穩(wěn)定，如果是趨于穩(wěn)定的不均勻沉降裂縫，可參照不規(guī)則溫縮裂縫處理方法；如果始終處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，那要求對(duì)裂縫兩側(cè)范圍10 m或更大范圍布置1 m×1 m方陣沉降觀測點(diǎn)，并對(duì)沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行每周觀測測量，查明沉降范圍，然后對(duì)沉降范圍內(nèi)采用壓注水泥漿加固處理，壓漿點(diǎn)可以按0.5 m×0.5 m方陣布置，壓降深度按設(shè)計(jì)車輪荷載的工作區(qū)深度進(jìn)行，同時(shí)要考慮路面結(jié)構(gòu)層換算成路基層當(dāng)量深度,使不均勻沉降的路基開裂的兩個(gè)板塊形成整體受力板塊，消解路基不均勻沉降對(duì)路面基層底的拉應(yīng)力，同時(shí)對(duì)路面行車荷載進(jìn)行均勻分散作用于路基底軟臥層。具體計(jì)算如下：

注漿處理深度H=Zα+Zβ。

車輪荷載所引起的應(yīng)力分布深度計(jì)算：

Zα=((K·n·P)/r)1/3。

其中，Zα為路基工作區(qū)深度，m;P為車輪荷載，kN;K為系數(shù)，取0.5；r為土的容重；n為系數(shù)，取1/5。

柔性面層換算成路基作用應(yīng)力的當(dāng)量深度計(jì)算：

Zβ=h1·(E1/E0)1/m。

其中，Zβ為換算為路基土層的當(dāng)量厚度，m;h1為路面厚度,m;E1為路面的彈性模量，kPa;E0為路基的彈性模量，kPa;m為系數(shù)，取2.5。

3.4　承載裂縫(受力裂縫)

對(duì)于水泥穩(wěn)定碎石基層封閉交通養(yǎng)生不到位，造成水泥穩(wěn)定碎石受力破壞，產(chǎn)生裂縫或大面積破損的，要將破損的或裂縫范圍內(nèi)水泥穩(wěn)定碎石鑿除，返工處理。

4　結(jié)語

路面基層是重要的承載受力結(jié)構(gòu)層，對(duì)于基層上的各種裂縫必須認(rèn)真對(duì)待與處理，處理不當(dāng)，將造成路面的早期破壞，縮短路面的使用壽命。水泥穩(wěn)定碎石裂縫難以避免，但是可以從優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制好施工工藝質(zhì)量等方面進(jìn)行預(yù)防與減少。近些年在路面基層裂縫預(yù)防方面，研究者們展開了廣泛而深入的研究，提出了采用級(jí)配碎石或?yàn)r青碎石等柔性基層，增加路面面層厚度等設(shè)計(jì)理念，既保證了路面基層強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，同時(shí)在路面抗裂性能方面也得到了很大改善，比如西柏坡高速公路、成渝高速公路等設(shè)計(jì)中采用級(jí)配碎石等柔性基層，有效避免了半剛性基層的開裂，較好地吸收、分散基層應(yīng)力集中，減少路面面層的反射裂縫。