水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫預(yù)防與處治

王志宏

（中鐵上海工程局市政環(huán)保工程有限公司，上海 201900）

1 水穩(wěn)裂縫概述

在我國(guó)高等級(jí)公路路面中，基層在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必不可少，常見的基層材料類型有：水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石、水泥粉煤灰穩(wěn)定級(jí)配碎石。其中水泥穩(wěn)定碎石基層因其具有良好的力學(xué)性能、水穩(wěn)定性以及抗疲勞和收縮性能得到大力推廣和應(yīng)用。其主要組成材料包括水泥、水、粗細(xì)集料等，因此在建設(shè)初期具有整體性好、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但隨著周圍環(huán)境溫度和濕度的變化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)水和外部荷載反復(fù)交替作用，會(huì)造成基層強(qiáng)度下降，路面會(huì)逐漸出現(xiàn)裂縫，裂縫出現(xiàn)的時(shí)間受到施工質(zhì)量和原材料性能的影響，通常在水穩(wěn)基層施工完畢一個(gè)月到路面通車兩年內(nèi)不等，裂縫一般以5～10m為間隔，寬度一般在0.5～4mm。

綜上所述，在水穩(wěn)基層中，裂縫的存在必然會(huì)影響層間的結(jié)合狀態(tài)，不僅會(huì)對(duì)基層強(qiáng)度造成損失，還會(huì)影響整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)。鑒于此現(xiàn)象，本文以成資渝高速公路項(xiàng)目為工程背景，總結(jié)并歸納水穩(wěn)基層中裂縫預(yù)防和處理的相關(guān)原因和措施。

2 水穩(wěn)裂縫的預(yù)防

2.1 級(jí)配和壓實(shí)度控制

現(xiàn)行規(guī)范對(duì)水穩(wěn)所用集料提出了相關(guān)技術(shù)要求，其中粗集料檢測(cè)指標(biāo)包括壓碎值、針片狀顆粒含量、軟石含量及0.075mm以下粉塵含量，細(xì)集料檢測(cè)指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)含量和硫酸鹽含量。因此就水穩(wěn)碎石材料而言，能夠滿足集料技術(shù)指標(biāo)的料源種類較多，以成資渝高速公路為例，由于工程跨區(qū)域較多，碎石用量較大，單個(gè)廠商碎石產(chǎn)可能無法跟上生產(chǎn)需求，加之碎石儲(chǔ)存場(chǎng)地有限，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)多家材料混合在一個(gè)堆料倉現(xiàn)象，因此在實(shí)際施工時(shí)經(jīng)?；煊枚鄠€(gè)廠家的碎石材料，這就導(dǎo)致了兩個(gè)問題：①由于料源和篩網(wǎng)的不同使同檔料粒料數(shù)量具有差異性，不同檔料的粒料混合后，生產(chǎn)配合比較目標(biāo)配合比會(huì)發(fā)生變化，常見的表現(xiàn)形式為某幾檔粒料通過率遠(yuǎn)超級(jí)配上限或者下限；②碎石的表觀密度因廠家不同而存在差異，骨料最大干密度的測(cè)定往往波動(dòng)較大，從而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度檢測(cè)不具代表性，一般表現(xiàn)為壓實(shí)度大于100或小于極限值。

考慮到規(guī)范規(guī)定的級(jí)配范圍主要適用于全國(guó)各地，各工程項(xiàng)目因其集料的性質(zhì)和來源類型的不同，可形成不同的骨架結(jié)構(gòu)類型，對(duì)水穩(wěn)基層的強(qiáng)度影響較大，因此根據(jù)材料性質(zhì)進(jìn)行合理的級(jí)配優(yōu)化，可提高水穩(wěn)基層的強(qiáng)度，從而減少裂縫的發(fā)生。

骨架結(jié)構(gòu)類型對(duì)水穩(wěn)層的干縮性能同樣具有影響，例如骨架密實(shí)型和懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石，其干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)存在較大差異，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示[1]。

表1 骨架密實(shí)型和懸浮密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石試件干縮試驗(yàn)結(jié)果

表2 裂縫統(tǒng)計(jì)

根據(jù)對(duì)兩種骨架結(jié)構(gòu)通車前后的裂縫數(shù)目觀察，發(fā)現(xiàn)骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水穩(wěn)層的開裂程度小于懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)的開裂程度，如表2所示。

壓實(shí)度方面，對(duì)不同批次的取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行壓實(shí)度計(jì)算，發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)含水量的控制和壓實(shí)度的差異仍不可避免，具體如表3所示[2]。

表3 混合料的含水量、最大干密度和壓實(shí)度試驗(yàn)

綜上所述，在水穩(wěn)基層中，僅用一種巖礦或不同粒徑的不同巖礦進(jìn)行摻配，通過設(shè)計(jì)，可符合級(jí)配要求，即：保證生產(chǎn)配合比與理論一致，既可保證最大干密度相對(duì)穩(wěn)定，又能利于現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)控制。結(jié)合成資渝高速公路項(xiàng)目表明，水穩(wěn)層級(jí)配和壓實(shí)度的優(yōu)劣不僅影響水穩(wěn)層的干縮性能，而且影響其抗凍性能。因此，控制好級(jí)配及壓實(shí)度可有效防止產(chǎn)生裂縫。

2.2 0.075mm以下的顆粒含量控制

當(dāng)0.075mm粒徑以下顆粒含量增加時(shí)，由于細(xì)集料具有較大的比表面積，水泥用量將會(huì)增加，一方面在攤鋪過程中，大量的細(xì)集料會(huì)成團(tuán)黏附在攤鋪機(jī)的葉片上，影響施工質(zhì)量；另一方面，后期使用中會(huì)導(dǎo)致裂縫的形成，嚴(yán)重時(shí)基層表面出現(xiàn)起砂現(xiàn)象，影響水穩(wěn)基層的強(qiáng)度。隨著細(xì)集料含量的增加，水穩(wěn)混合料的溫縮系數(shù)和溫度之間呈現(xiàn)反比例關(guān)系，尤其是溫度較低時(shí)，細(xì)料對(duì)材料的抗溫縮性能影響較大。為避免由細(xì)集料顆粒帶來的不利影響，現(xiàn)行規(guī)范中對(duì)水泥穩(wěn)定土粒度和塑性指數(shù)的范圍進(jìn)行了限制。

為了減少0.07mm以下的顆粒含量，可在破碎現(xiàn)場(chǎng)增加清水沖洗設(shè)備，或在破碎機(jī)的皮帶輸送機(jī)的最后一道工序增加一個(gè)360°旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)篩。通過這套工藝的優(yōu)化，粒徑小于0.075mm的顆粒含量將得到有效控制。工程中若能將塑性指數(shù)控制在4%以下，不但可以減少水穩(wěn)層收縮，而且可以提高壓力水對(duì)水穩(wěn)層的抗沖蝕能力。

2.3 水泥劑量和最佳含水率控制

在底基層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，高速公路的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為3.0～5.0MPa。通常情況下，水泥劑量和抗壓強(qiáng)度呈明顯的線性關(guān)系，有些施工單位調(diào)高水泥劑量為保證無側(cè)限抗壓強(qiáng)度滿足要求，這就使水穩(wěn)基層剛性增大，不僅增加了成本，路面還易產(chǎn)生干縮性裂縫，裂縫寬度也會(huì)增大，因此我國(guó)規(guī)范對(duì)水泥劑量對(duì)上限進(jìn)行約束。在工程實(shí)際應(yīng)用中，水泥劑量的檢測(cè)主要以EDTA滴定為主，但是該法反算出的結(jié)果存在一些誤差。例如在項(xiàng)目水穩(wěn)基層中，設(shè)計(jì)水泥用量為4.5%。對(duì)40組樣品進(jìn)行EDTA滴定法，計(jì)算結(jié)果可見水泥用量不穩(wěn)定，試驗(yàn)結(jié)果見表4，因此要加強(qiáng)施工前后場(chǎng)的溝通聯(lián)系，確保水泥劑量處于合理值。

表4 水泥用量檢測(cè)結(jié)果

最佳含水率對(duì)水穩(wěn)層的最大干密度和抗壓強(qiáng)度具有明顯影響，水穩(wěn)層混合料含水率越高，干縮應(yīng)變?cè)酱?，同時(shí)結(jié)構(gòu)層越容易發(fā)生收縮裂縫。在干旱的季節(jié)或冬天，即使用瀝青鋪面，也會(huì)出現(xiàn)收縮裂縫。實(shí)際施工時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)日溫度、濕度，對(duì)用水量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。例如在夏季施工時(shí)，考慮搭到碎石水分、混合料運(yùn)輸距離及攤鋪途中的水分蒸發(fā)，拌合站應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)脑谧罴押康幕A(chǔ)上增加若干個(gè)百分點(diǎn)，確保水穩(wěn)混合料的含水率在最佳范圍內(nèi)。通常在混合料含水量中，水穩(wěn)基層混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與灰水比呈現(xiàn)正比例關(guān)系，因此在施工時(shí)需要對(duì)混合料含水量進(jìn)行控制，盡可能達(dá)到最佳含水量。

2.4 養(yǎng)護(hù)及施工條件

水穩(wěn)混合料攤鋪完畢后，為減少水穩(wěn)混合料內(nèi)部的水化作用和面層水分的蒸發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)盡快用保濕養(yǎng)生膜覆蓋，及時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，避免造成基層表面開裂。若冬季施工溫度較低，無須灑水養(yǎng)護(hù)。

水穩(wěn)基層施工總體上應(yīng)在年平均溫度環(huán)境下施工，此時(shí)水穩(wěn)混合料材料內(nèi)部處于溫度應(yīng)力較小的狀態(tài)，能夠形成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；盡量避免夏季和冬季施工，減少由溫度和濕度帶來的溫縮破壞。如果要在夏季或冬季施工，應(yīng)盡量選擇溫差較小的時(shí)間段，夏季施工時(shí)加強(qiáng)灑水養(yǎng)生，確保水穩(wěn)混合料處于最佳含水率狀態(tài)，冬季低于5℃時(shí)一般不建議施工。

3 水穩(wěn)裂縫的處理

3.1 水穩(wěn)底基層裂縫處治

（1）查清裂縫的位置、長(zhǎng)度、縫寬等情況，作上標(biāo)記。

（2）對(duì)裂縫處進(jìn)行清潔，先人工清掃，再用大功率森林滅火器進(jìn)行吹掃，再對(duì)頂面裂縫用水泥漿進(jìn)行灌縫處理。

（3）在裂縫處采用1m寬，16mm×16mm玻纖格柵對(duì)裂縫進(jìn)行對(duì)中覆蓋，格柵應(yīng)有一定的張力，再用直徑6mm、長(zhǎng)8cm的鉚釘固定，鉚釘間距30cm。

3.2 水穩(wěn)基層裂縫處治

（1）查清裂縫的位置、長(zhǎng)度、縫寬等情況，作上標(biāo)記。

（2）對(duì)裂縫處進(jìn)行清潔，先人工清掃，再用大功率森林滅火器進(jìn)行吹掃，再對(duì)頂面裂縫填灌瀝青膠。

（3）在裂縫處采用1m寬，自粘式防裂卷材跨縫對(duì)中覆蓋，鋪設(shè)后采用人工方式進(jìn)行碾壓，注意施工車輛不得在此處轉(zhuǎn)彎。

4 結(jié)語

道路裂縫不僅影響路面的美觀，降低整體穩(wěn)定性和平整度，而且由于水分的滲入，使路面承載力下降，加劇路面的破壞，縮短使用壽命。由原料加工到現(xiàn)場(chǎng)施工，按照上述措施嚴(yán)格控制，水穩(wěn)性裂縫可得到預(yù)防，希望能為相關(guān)項(xiàng)目提供參考。