高速公路水穩(wěn)基層裂縫原因分析及防治措施

朱芳芳

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國高速公路的建設(shè)歷程不斷刷新歷史新高。高速公路承擔(dān)著經(jīng)濟(jì)運輸大動脈的重要作用，其質(zhì)量的高低直接影響到經(jīng)濟(jì)的正常運行。因此，加強(qiáng)對高速公路建設(shè)的管理極其重要。高速公路使用過程中，在長時間風(fēng)吹雨淋的影響下，會出現(xiàn)各種類型的病害情況，而裂縫是高速公路的一種常見病害，對高速公路的質(zhì)量和行車安全都會產(chǎn)生直接影響。為保障高速公路運輸效率及其安全性，提升道路建設(shè)與服務(wù)質(zhì)量，很有必要對裂縫原因進(jìn)行深入分析，并形成有效的防治策略。

關(guān)鍵詞：高速公路;水穩(wěn)基層;裂縫原因;防治措施

中圖分類號：U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）10-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.018

隨著科技的進(jìn)步，各種新型施工技術(shù)被不斷應(yīng)用于公路建設(shè)中，為我國公路運輸網(wǎng)絡(luò)水平的提升作出了巨大貢獻(xiàn)。水穩(wěn)基層由于具有硬度高、平整性好、施工簡單等特點，成為我國高速公路的主要基層形式，因此，其質(zhì)量的高低也直接影響到交通運輸?shù)陌踩暗缆吠〞场８咚俟烽L期運營過程中，裂縫病害成為主要類型，加強(qiáng)對裂縫原因的分析，實施有效的防治極其重要。

1 高速公路水穩(wěn)基層裂縫原因

高速公路的鋪設(shè)遍布祖國大地，跨越不同地域，承受復(fù)雜多變氣候的考驗。在高速公路長期運營過程中，難免在氣候、溫度、極端天氣等影響下，出現(xiàn)不同程度的裂縫病害。而不同原因造成的裂縫類型不同，產(chǎn)生的影響也不同，以下結(jié)合筆者多年的高速公路施工實踐，梳理常見高速公路水穩(wěn)基層裂縫原因。

1.1 縱縫

縱縫是高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層常見的裂縫類型，主要出現(xiàn)在施工初期。通常由于施工過程中質(zhì)量管控不嚴(yán)格、細(xì)節(jié)管控不到位造成。比如在水泥穩(wěn)定碎石基層夯實施工過程中，由于夯實操作的要求不嚴(yán)格，造成部分夯實結(jié)實，而部分基層夯實不達(dá)標(biāo)。同時，邊緣部位成為夯實環(huán)節(jié)容易忽視的部分，水穩(wěn)基層任何部位夯實不達(dá)標(biāo)，都會導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)的可能性增大。水泥穩(wěn)定碎石基層通常具有一定的厚度，必須分層碾壓，且應(yīng)控制首層成型厚度在15 cm左右。如果達(dá)不到這一基本標(biāo)準(zhǔn)，就會弱化承載能力，裂縫也會因此出現(xiàn)。高速公路后期養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)中，措施不合理或不及時，同樣會導(dǎo)致水穩(wěn)基層產(chǎn)生縱向裂縫。

1.2 干縮裂縫

干縮裂縫的出現(xiàn)，主要原因在于高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層中的水分含量。按照施工標(biāo)準(zhǔn)，水泥混合料中的水分占比較大，而在施工過程中，會隨著時間的推移，出現(xiàn)水分蒸發(fā)等現(xiàn)象。如果在配制混合料的過程中，未預(yù)留蒸發(fā)水分的比例，則極易造成混合料中水分不充足，直接導(dǎo)致干縮裂縫出現(xiàn)的可能性增大。干縮裂紋產(chǎn)生的另一個主要原因是，水泥穩(wěn)定碎石基層水分缺失。水泥穩(wěn)定碎石基層施工進(jìn)入尾聲后，結(jié)構(gòu)已經(jīng)成型，但是其中的水分會受到環(huán)境溫度的巨大影響。結(jié)構(gòu)中的水分開始比較充足，當(dāng)溫度升高時，會加快水分蒸發(fā)，大量水分流失，造成水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)體積迅速縮小，此時在薄弱部位就會出現(xiàn)干縮裂縫。而在溫度的持續(xù)影響下，體積縮小后的水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)水分減少就會減慢，呈現(xiàn)階梯狀發(fā)展，但是基層結(jié)構(gòu)中的水分在不斷減少，如果不能及時養(yǎng)護(hù)，就會增加干縮裂縫形成的可能性。

1.3 網(wǎng)狀裂縫

網(wǎng)狀裂縫也叫龜裂，基層局部彎沉過度是這種病害形成的主要原因。施加相應(yīng)的外力會明顯損壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，就此造成裂縫。如果此類裂縫在低溫雨雪天氣中形成，其危害性更高，滲水、應(yīng)力牽扯翻漿等重度病害均有可能依次出現(xiàn)，對高速公路質(zhì)量及運輸安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。裂紋形成伊始僅是細(xì)紋（網(wǎng)狀），如果無法迅速發(fā)現(xiàn)并盡早采用干預(yù)措施，水分蒸發(fā)量（水穩(wěn)基層中）會不斷增加，裂縫也會因此持續(xù)擴(kuò)散至附近區(qū)域，使塌陷狀逐步顯現(xiàn)出來。

1.4 溫縮裂縫

溫縮裂縫通常以橫向為主。水泥穩(wěn)定碎石原料內(nèi)的水泥占比通常約5%，因此其熱脹冷縮特征就此形成。施工實踐中，水泥水化放熱反應(yīng)會進(jìn)一步提高內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度，溫度上升導(dǎo)致膨脹。隨著施工不斷進(jìn)行，成形、建成后內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度下降，尤其在低溫季節(jié)或地區(qū)，收縮現(xiàn)象更加明顯，水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)應(yīng)力在這種冷熱交替作用下會加大。水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)抗彎拉強(qiáng)度提高到最大值或應(yīng)力大于既定標(biāo)準(zhǔn)，溫縮裂縫就會出現(xiàn)[1]。

1.5 荷載裂縫

高速公路承載著公路運輸?shù)闹卮筘?zé)任，經(jīng)常通行重型車輛，因此在長期受到重型碾壓的作用下，極易出現(xiàn)荷載裂縫。荷載裂縫的寬度<1 mm，向路肩方向延伸。雖然荷載裂縫的寬度較小，但是一般出現(xiàn)后都為多根并行，呈交叉狀。荷載裂縫大部分出現(xiàn)在高速公路的長期運行過程中，主要是由于表面結(jié)構(gòu)不平整造成受力不均，進(jìn)而影響基層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或損壞，從而表現(xiàn)為裂縫產(chǎn)生。通過受力分析，基層結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力多為拉力，所以當(dāng)荷載裂縫出現(xiàn)后，會呈現(xiàn)向上發(fā)展的趨勢。高速公路長期運行過程中，基層會在應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞性裂縫，如果在疲勞性裂縫出現(xiàn)后未能及時修護(hù)，就會導(dǎo)致基層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坑槽現(xiàn)象，從而形成出現(xiàn)荷載裂縫的條件。

2 高速公路水穩(wěn)基層裂縫防治策略

水穩(wěn)基層作為高速公路的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，對整個高速公路起到支撐作用，為了保障高速公路的穩(wěn)定安全運行，必須加強(qiáng)對水穩(wěn)基層的施工控制，尤其是減少裂縫等病害情況的發(fā)生。筆者通過分析水穩(wěn)基層裂縫產(chǎn)生的原因，結(jié)合水穩(wěn)基層的施工流程，從以下幾方面討論高速公路水穩(wěn)基層裂縫防治的措施。

2.1 施工前的準(zhǔn)備

為了能夠保證水穩(wěn)基層的順利施工，減少客觀因素對水穩(wěn)基層裂縫產(chǎn)生的影響，就要充分做好施工前的準(zhǔn)備工作。首先要對基層進(jìn)行清理、找平，之后噴涂一層水，以有效減小水泥混凝土攤鋪環(huán)節(jié)的摩擦力，從而降低拉應(yīng)力的影響，從根本上減少裂縫產(chǎn)生。其次，對水穩(wěn)基層進(jìn)行灑水降溫養(yǎng)護(hù)，能夠最大程度減少水分蒸發(fā)，促進(jìn)水泥混凝土的水化反應(yīng)，進(jìn)一步提升水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，從而保證水穩(wěn)基層建成后的強(qiáng)度和硬度。

2.2 有效控制原材料

原材料控制是水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫處理的第一要務(wù)，緩凝水泥可以將水泥初、終凝偏差有效彌合，因此也是水泥穩(wěn)固碎石基層用水泥的首選。最理想的方案是，初、終凝時間分別不得低于4.5 h和6 h，并保持5%劑量。硅酸鹽水泥（標(biāo)號32.5）同樣可以用作水泥穩(wěn)固碎石基層材料，這種水泥的最大特征就是強(qiáng)化水泥穩(wěn)定碎石基層強(qiáng)度。水泥穩(wěn)定碎石基層強(qiáng)度等級、試配劑量、檢驗標(biāo)準(zhǔn)和粗細(xì)集料質(zhì)量（混合材料）同樣應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制。生產(chǎn)實踐中，宜利用添加碎石機(jī)制促進(jìn)碎石與水泥黏連度提升，鞏固收縮開裂現(xiàn)象防范機(jī)制。石屑比例與水泥比例一樣，也是控制重點之一[2]。

2.3 分層碾壓

分層碾壓方法在高速公路水穩(wěn)基層施工實踐中的應(yīng)用極為普遍。分層碾壓的基本程序是一次碾壓、復(fù)壓、再次碾壓，嚴(yán)格執(zhí)行這一基本程序是水穩(wěn)基層均勻穩(wěn)定的基礎(chǔ)。下基層初凝結(jié)束，上基層即應(yīng)迅速攤鋪，并碾壓成型（終凝前）。而且時間必須要控制好，否則脫節(jié)情況很有可能在施工環(huán)節(jié)即出現(xiàn)。前后銜接部位也是嚴(yán)格控制的對象，只有如此才不至于導(dǎo)致施工流程中斷。合理的碾壓速度一般是每小時2.5 km～4.5 km，碾壓不得中途中斷，這也是水穩(wěn)基層裂縫防范的有效措施之一[3]。

2.4 有效控制壓實度

控制道路水穩(wěn)基層壓實度，明顯有助于裂縫控制，從而確保高速公路承重能力不受影響，將水泥穩(wěn)定碎石基層內(nèi)部承受的外部壓力影響最小化，對裂縫病害的可能性發(fā)揮出最理想的防范效果。這是因為運輸貨物差異會造成差異化的道路碾壓力度，道路塌陷也會因此體現(xiàn)出一定的差異，裂縫同樣會因此形成，所以必須要強(qiáng)化壓實度控制。井圈附近的基層厚度通常應(yīng)超過其他部位基層，且應(yīng)盡量采用粗細(xì)均勻的石料、粒料，對混合材料密度波動形成有效控制，確保水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)不會改變。

2.5 外力干擾

道路工程未完全竣工前，任何超重車輛一律不得通行，否則必將導(dǎo)致基層內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損，這種原因?qū)е碌牟『ν瑯右粤芽p形式對外呈現(xiàn)。從設(shè)計施工的角度來看，首先，要提前測量獲得所需的數(shù)據(jù)，加強(qiáng)實地調(diào)研;其次，應(yīng)整體考慮各種要素，對行駛車輛的重量實施嚴(yán)格管控;最后，應(yīng)注重施工方案設(shè)計的合理性，將外力誘發(fā)的裂縫可能性降到最低。

2.6 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

后期養(yǎng)護(hù)可以有效防范水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫?；鶎羽B(yǎng)護(hù)實踐中，通常需要采用深色塑料薄膜、厚草袋來覆蓋路面，以防高溫季度過度蒸發(fā)路基水分而導(dǎo)致水穩(wěn)基層內(nèi)部水分不足，就此引發(fā)干縮裂縫。其原理實質(zhì)上就是，預(yù)防并弱化水穩(wěn)基層受水泥水分消耗反應(yīng)造成的影響，盡可能控制裂縫、變形等病害少發(fā)生或不發(fā)生。低溫季節(jié)，防凍措施必須及時介入使用，以防結(jié)冰情況出現(xiàn)。

3 結(jié)語

綜上所述，高速公路是國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的命脈，必須強(qiáng)化其建設(shè)與維護(hù)的質(zhì)量，確保水穩(wěn)基層裂縫不發(fā)生或少發(fā)生，且在有效防范的基礎(chǔ)上對已經(jīng)出現(xiàn)的水穩(wěn)基層裂縫采取合理的處置方案，以保障運輸安全及道路使用壽命。希望施工單位能及時發(fā)現(xiàn)裂縫，準(zhǔn)確分析裂縫產(chǎn)生的原因，采取科學(xué)合理的防治措施，從而減少高速公路的運營成本，為推動我國公路運輸事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)更大的力量。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖旭.分析公路施工中水穩(wěn)基層裂縫的防治措施[J].黑龍江交通科技，2021，44（3）：46-47.

[2] 陳世昌.公路施工中水穩(wěn)基層裂縫防治技術(shù)研究[J].黑龍江交通科技，2021，44（3）：61-62.

[3] 祝爭艷，周文，劉海婷，等.半剛性基層裂縫注漿材料性能及其機(jī)理研究[J].公路工程，2020，45（6）：185-189，237.