水泥穩(wěn)定碎石基層的裂縫成因分析與防治對策

邵鵬，何艾雨

（中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，成都610081）

1 引言

水泥穩(wěn)定碎石基層由于其一系列優(yōu)秀的特性，如強(qiáng)度大、承載力高、水穩(wěn)定性好、抗凍性好等，在道路施工中得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是，作為一種半剛性結(jié)構(gòu)，水泥穩(wěn)定碎石基層在使用中因?yàn)楦鞣N因素的影響容易導(dǎo)致其產(chǎn)生裂縫，使整體性、強(qiáng)度、剛度、水穩(wěn)定性等均受到影響[1]，甚至導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生裂縫，出現(xiàn)嚴(yán)重的路面病害，影響道路的使用壽命。

2 水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的分類及危害

根據(jù)水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫產(chǎn)生原因的不同可將裂縫分為：干縮裂縫、溫度裂縫以及網(wǎng)狀裂縫。

2.1 干縮裂縫

由于水泥自身的特點(diǎn)，在其硬化過程中，會(huì)產(chǎn)生干縮體積變小現(xiàn)象。當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石基層碾壓施工完成后，在外界溫度的影響下，基層中的水分逐漸蒸發(fā)出來，基層中的水泥發(fā)生干縮，體積逐漸變小?；鶎铀嘀懈缓乃譃槊?xì)水與結(jié)合水，首先蒸發(fā)掉的是毛細(xì)水，隨著毛細(xì)水的不斷蒸發(fā)，水泥逐漸干縮，結(jié)合水也開始蒸發(fā)，結(jié)合水的蒸發(fā)進(jìn)一步加劇了水泥的干縮。隨著水泥干縮現(xiàn)象的加劇，水泥穩(wěn)定碎石基層中會(huì)產(chǎn)生裂縫，影響其成活質(zhì)量，導(dǎo)致路面質(zhì)量的下降。

2.2 溫度裂縫

水泥穩(wěn)定碎石基層中的水泥摻和量一般在4.5%～5.5%[2]。根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果以及現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，水泥混凝土內(nèi)外部溫差大于25℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。水穩(wěn)混合料在凝固過程中由于水泥產(chǎn)生大量的水化熱，導(dǎo)致基層內(nèi)部溫度比外部溫度高，當(dāng)溫差達(dá)到一定程度時(shí)基層中就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

2.3 網(wǎng)狀裂縫

當(dāng)?shù)缆肪植繌澇林颠^大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致道路局部應(yīng)力過于集中，超過了水泥穩(wěn)定碎石基層的抗壓強(qiáng)度極限值，導(dǎo)致它發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫，這種裂縫對路面結(jié)構(gòu)的破壞作用特別大，對其使用帶來一系列的隱患。當(dāng)遇到降雨時(shí)，雨水自這些裂縫中滲入路基中，導(dǎo)致路基的承載力下降，當(dāng)受到上部車輛荷載時(shí)，會(huì)進(jìn)一步加劇網(wǎng)狀裂縫的發(fā)育。

2.4 水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的危害

水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的危害主要有2 方面：（1）降低結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度；（2）導(dǎo)致路面產(chǎn)生反射裂縫[3]?；鶎又挟a(chǎn)生的裂縫會(huì)破壞基層的結(jié)構(gòu)完整性，使其整體強(qiáng)度下降，剛度、水穩(wěn)定性等均會(huì)不同程度地受到影響。當(dāng)基層中產(chǎn)生的裂縫導(dǎo)致路面發(fā)生反射裂縫時(shí)，若裂縫沒有及時(shí)修補(bǔ)好，就會(huì)導(dǎo)致路面上的水沿著裂縫不斷滲入到路面的結(jié)構(gòu)層中，直至路基中，加之車輛的荷載作用，路面結(jié)構(gòu)層以及路基都會(huì)遭受破壞，路面會(huì)出現(xiàn)一系列病害，嚴(yán)重影響道路的使用壽命。如圖1 所示，基層破壞導(dǎo)致路面開裂。

圖1 基層裂縫導(dǎo)致路面開裂

3 水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫成因分析

水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的成因有許多種，根據(jù)因素的不同，大致可分為4 種，即水泥摻和量過大、含水量高、細(xì)集料多及養(yǎng)護(hù)不到位。

3.1 水泥摻和量過大

在水泥穩(wěn)定碎石基層施工完成后要進(jìn)行鉆芯取樣，如圖2所示。水泥的摻和量普遍采用上限值，這種做法主要是基于能滿足取芯的要求。再者，水穩(wěn)拌和設(shè)備在拌和過程中由于機(jī)器自身的原因?qū)е铝Ａ习韬筒皇呛芫鶆?，基層碾壓成活之后的?qiáng)度會(huì)偏大，導(dǎo)致后期產(chǎn)生干縮裂縫及溫度裂縫的概率顯著增大。

3.2 含水量過大

圖2 鉆芯取樣

在水泥穩(wěn)定碎石基層的施工中，考慮到運(yùn)輸、攤鋪及碾壓過程中混合料中水分的流失，通常情況下出料時(shí)的含水率比最優(yōu)含水率會(huì)大一些，以確保達(dá)到最佳壓實(shí)效果。在實(shí)際施工中，粒料很難控制其含水率剛好等于最優(yōu)含水率，如果含水率過大，碾壓效果不好，后期就會(huì)產(chǎn)生裂縫，尤其是溫縮裂縫的產(chǎn)生。

3.3 細(xì)集料含量過大

當(dāng)粒料中粒徑小于0.075mm 細(xì)集料成分過多，含量超過一定比例時(shí)，會(huì)導(dǎo)致基層的施工質(zhì)量不佳，容易產(chǎn)生干縮裂縫。

3.4 養(yǎng)護(hù)不到位

水泥穩(wěn)定碎石基層在施工完成后要在表面鋪一層養(yǎng)護(hù)膜，同時(shí)應(yīng)該進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，一方面是減緩基層表面過快干燥，另一方面是對基層整體進(jìn)行降溫。如果養(yǎng)護(hù)工作不到位，基層表面干燥過快，內(nèi)部溫度過高，就會(huì)導(dǎo)致溫縮裂縫與干縮裂縫的出現(xiàn)。

4 水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫防治對策

水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生裂縫與材料自身的性質(zhì)有關(guān)，同時(shí)也受到施工的影響，因此，要從水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的防治對策入手。

4.1 做好原材料控制

4.1.1 水泥

拌和料中摻加的水泥必須要確?；旌狭嫌凶銐虻臅r(shí)間從拌和場出料、運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場直至攤鋪碾壓，這對水泥的初凝時(shí)間及終凝時(shí)間均有嚴(yán)格的要求，必須要滿足規(guī)范與設(shè)計(jì)的要求。正常情況下，水泥的初凝時(shí)間不小于4h，終凝時(shí)間不小于6h，在高溫天氣施工時(shí)由于混合料中水分蒸發(fā)速度很快，為防止在碾壓完成之前混合料就硬化，夏季施工時(shí)混合料中水泥的終凝時(shí)間要延緩，盡可能大于10h?；旌狭现兴嗟挠昧考皹?biāo)號(hào)要經(jīng)過配合比試驗(yàn)確定，同時(shí)，在正式攤鋪之前要修筑試驗(yàn)段，以確定最優(yōu)的水泥摻加量。

4.1.2 集料

水泥穩(wěn)定碎石所采用的集料根據(jù)粒徑的不同可分為粗集料與細(xì)集料，其中粗集料采用石子，細(xì)集料采用石屑或者砂。粗集料控制著水泥穩(wěn)定碎石基層的強(qiáng)度及平整度，集料粒徑越大，基層的強(qiáng)度越高、穩(wěn)定性越好，抵抗產(chǎn)生裂縫的能力就越強(qiáng)。但是，粗集料之間的黏結(jié)力不足，會(huì)導(dǎo)致基層頂面容易受到外界荷載的影響而變得松散。如果細(xì)集料含量過高，基層的承載力又會(huì)受到影響，也會(huì)導(dǎo)致基層的收縮性增大，加大產(chǎn)生裂縫的概率。在施工中要嚴(yán)格控制集料的級(jí)配，尤其是控制好粒徑小于0.075mm 粒料的含量。

4.1.3 配合比設(shè)計(jì)

在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用骨架密實(shí)型級(jí)配。骨架密實(shí)型集料中粗集料的含量大，大量的實(shí)踐證明，骨架密實(shí)型集料的強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、水泥水化充分，攤鋪后出現(xiàn)收縮裂縫及非結(jié)構(gòu)裂縫的概率明顯小于懸浮密實(shí)型級(jí)配混合料。

4.2 合理選擇施工工藝

4.2.1 控制含水量

水泥穩(wěn)定碎石基層的工作原理就是由水泥與集料經(jīng)過水化凝結(jié)之后形成具有高強(qiáng)度與承載力的硬化結(jié)構(gòu)。含水量對其壓實(shí)度具有重要的控制作用，對裂縫的產(chǎn)生也有很重要的影響。由于在水泥穩(wěn)定碎石的運(yùn)輸、攤鋪以及碾壓的過程中，混合料中的水分會(huì)不斷地流失，因此，在出料的時(shí)候含水量都要比最佳含水量高一些，以確保可以達(dá)到最佳壓實(shí)效果，尤其是在高溫季節(jié)施工時(shí)，出場含水量要更高一些。

4.2.2 分層攤鋪、一次成型

由于水泥穩(wěn)定碎石基層的厚度一般比較厚，因此，在攤鋪時(shí)常采用的工藝是分為2 層進(jìn)行施工，第一層施工完成之后養(yǎng)護(hù)7d 時(shí)間，再進(jìn)行第二層的施工。這種工藝施工周期長，而且2 層之間的結(jié)合不是很緊密，整體性比較差，易產(chǎn)生裂縫。針對這種問題，目前已經(jīng)開始使用一種新型的工藝，即分層攤鋪、一次成型。在攤鋪過程中第一層碾壓成型后立即開始攤鋪第二層，第二層的碾壓在第一層初凝之后進(jìn)行，在其終凝之前完成。這種新工藝能使上下2 層結(jié)合更加緊密，有效地防止出現(xiàn)裂縫，但這種工藝對施工組織要求嚴(yán)格，尤其是在時(shí)間上要求非常嚴(yán)格，施工質(zhì)量要求很高。

4.2.3 碾壓成型

壓實(shí)度是基層施工質(zhì)量的主控項(xiàng)目，是基層的強(qiáng)度、承載力與水穩(wěn)定性的前提，較高的壓實(shí)度能有效避免基層產(chǎn)生裂縫。攤鋪之后要進(jìn)行初壓、復(fù)壓及終壓3 道工序，在碾壓過程中要嚴(yán)格遵守經(jīng)試驗(yàn)確定的施工參數(shù)，控制碾壓質(zhì)量。對于邊角以及各種管線檢查井周邊等大型機(jī)械碾壓不到的地方要采用小型機(jī)械碾壓或者人工夯實(shí)，確保壓實(shí)度。

4.2.4 養(yǎng)護(hù)到位

碾壓成型之后要及時(shí)進(jìn)行覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)。基層中水泥的水化反應(yīng)要有水的參與，如果基層中的水分蒸發(fā)過快，水化反應(yīng)就會(huì)受到影響，進(jìn)而對基層的凝結(jié)硬化產(chǎn)生影響，從而產(chǎn)生裂縫導(dǎo)致基層的強(qiáng)度不足。尤其是在高溫天氣，這種現(xiàn)象更加明顯。常用的養(yǎng)護(hù)方法就是利用土工布覆蓋碾壓好的基層并灑水養(yǎng)護(hù)，在冬季施工時(shí)還要注意采取防凍措施，防止基層中的水分結(jié)冰，導(dǎo)致基層內(nèi)部產(chǎn)生空洞，強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

4.2.5 維護(hù)管理與協(xié)調(diào)施工

在養(yǎng)護(hù)完成之前不能開放交通，達(dá)到養(yǎng)護(hù)期限之后可允許施工車輛通行，但重載車輛嚴(yán)禁通行。在進(jìn)行管線施工的時(shí)候，應(yīng)與道路施工相互協(xié)調(diào)配合，開挖管線溝槽時(shí)，不得將基層底部的路基掏空?；鶎羽B(yǎng)護(hù)完成之后應(yīng)盡快進(jìn)行面層的施工，防止基層長期暴露。

5 結(jié)語

水泥穩(wěn)定碎石是目前道路基層施工中普遍采用的一種材料，它具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如承載力大、強(qiáng)度高、整體性好、水穩(wěn)定性好等，但其容易產(chǎn)生裂縫的缺點(diǎn)也不容忽視。本文通過對水泥穩(wěn)定碎石基層在施工中產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行分類，分析裂縫的成因，并提出一些防治措施，具有一定的工程指導(dǎo)意義。