半剛性基層常見病害及處置措施分析

孫海寶

（北京交科公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

根據(jù)《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 169-2011）[1]，半剛性基層通常分為水泥穩(wěn)定類基層、石灰穩(wěn)定類基層、水泥粉煤灰穩(wěn)定類基層、石灰粉煤灰穩(wěn)定類基層等四種類型。福州市道路設(shè)計(jì)主要采用水泥穩(wěn)定碎石作為半剛性基層材料。在交通荷載和不利天氣影響下，城市道路半剛性基層易出現(xiàn)各種病害，如斷裂、破碎、裂縫、水毀等損壞形式，進(jìn)而導(dǎo)致路面交通功能下降，影響車輛正常通行。

針對(duì)半剛性基層病害問題，國內(nèi)外相關(guān)研究多集中于病害特征、成因和處置特殊工藝。Xiuli Du等[2]分析了半剛性基層的疲勞破壞、溫差影響和干縮等病害特征。Xuntao Wang等[3]采用層間接觸粘接模型，用于仿真研究半剛性基層的層間連接關(guān)系，進(jìn)而探討半剛性基層在超載和高溫影響下病害發(fā)生規(guī)律。張銳[4]探討了半剛性基層道路在大溫差地區(qū)獨(dú)特的氣候賦存條件下誘發(fā)橫向帶狀隆起病害，進(jìn)而研究了半剛性基層材料的導(dǎo)熱系數(shù)影響因素。曹春生[5]對(duì)高聚物注漿施工工藝進(jìn)行研究,通過試驗(yàn)路段注漿前后彎沉值對(duì)比分析,結(jié)果顯示高聚物注漿施工可有效提高半剛性基層穩(wěn)定性。國內(nèi)外相關(guān)研究的系統(tǒng)性尚有不足，且在沿海省份的適用性有待驗(yàn)證，因此本文在分析半剛性基層材料的強(qiáng)度、收縮和聯(lián)結(jié)等特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，探討半剛性基層主要的病害，然后以新城中路為例，提出半剛性基層的病害處置措施。

1 半剛性基層材料的特點(diǎn)

1.1 強(qiáng)度特點(diǎn)

半剛性基層強(qiáng)度的主要影響因素為無機(jī)結(jié)合料與集料之間的粘結(jié)力、集料之間自身的嵌擠力。因此在初期，其強(qiáng)度較低，而隨著養(yǎng)護(hù)的進(jìn)行，其強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增長(zhǎng)。此外，半剛性基層的強(qiáng)度還與水泥用量、集料級(jí)配密切相關(guān)。水泥用量越大，集料級(jí)配越好，該基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越高。

1.2 收縮特點(diǎn)

半剛性基層材料存在固、液、氣三相物質(zhì)。而其所處的環(huán)境相對(duì)濕度和溫度又在不斷變化。因此，在建成初期，其內(nèi)部含水量大，隨著溫度和相對(duì)濕度的不斷變化，其內(nèi)部水分不斷蒸發(fā)，體積不斷減小，形成干燥收縮特性。而經(jīng)過一定時(shí)間的養(yǎng)護(hù)后，半剛性基層的含水量趨于平衡，干燥收縮作用減弱，但隨著溫度的降低，材料產(chǎn)生熱脹冷縮效應(yīng)，形成溫度收縮。

1.3 聯(lián)結(jié)特點(diǎn)

受無機(jī)結(jié)合料劑量所限，半剛性基層中的細(xì)集料并未完全由結(jié)合料聯(lián)結(jié)。因而一旦基層頂面遇水，細(xì)集料顆粒之間的聯(lián)結(jié)力減弱，甚至喪失。在此情況下，由于重載車輛的反復(fù)碾壓，基層內(nèi)部形成的動(dòng)水壓力將細(xì)集料帶走，形成坑槽。

2 半剛性基層常見病害分析

2.1 路基承載力不足引起的半剛性基層斷裂

半剛性基層的強(qiáng)度特性介于柔性基層和剛性基層之間，其抗壓強(qiáng)度較大，而抗折強(qiáng)度較低。因此其下臥層的路基承載力越高，越能發(fā)揮出其抗壓特性，路面質(zhì)量越有所保障。而一旦路基存在軟弱地基或地基壓實(shí)度不足，造成路基承載力不足，進(jìn)而在重型車輛反復(fù)碾壓下，路基產(chǎn)生不均勻沉降，半剛性基層極易形成斷裂，甚至形成粉碎性破壞，進(jìn)而影響路面質(zhì)量。

2.2 強(qiáng)度不足引起的半剛性基層破碎

半剛性基層的原材料質(zhì)量不過關(guān)，易導(dǎo)致其強(qiáng)度不足，常見水泥強(qiáng)度不足、粗集料抗壓強(qiáng)度不足等造成的基層強(qiáng)度不足，材料級(jí)配不合理造成的基層強(qiáng)度不足，以及在重載車輛的碾壓下，基層所受荷載超過了其抗壓強(qiáng)度造成的基層破壞。

2.3 施工或養(yǎng)護(hù)不當(dāng)引起的半剛性基層裂縫

福州作為四大“火爐城市”之一，夏季白天溫度較高。在此環(huán)境下，福州城市道路半剛性基層表面噴灑透層瀝青后形成黑色吸熱層，導(dǎo)致其溫度相對(duì)更高。而到了夜間，氣溫降低，促使道路半剛性基層溫度下降。在熱脹冷縮效應(yīng)下，若施工方法存在缺陷，城市道路半剛性基層易產(chǎn)生收縮，進(jìn)而形成收縮裂縫。這種裂縫通常全幅貫通、上下貫穿，裂縫寬度相對(duì)較大。

若施工單位未根據(jù)天氣、原材料供應(yīng)狀況等因素精心組織施工，特別是半剛性基層施工完成后，后續(xù)工序一直無法施工，易造成基層暴露在空氣中的時(shí)間過長(zhǎng)。此時(shí)在溫度變化的影響下，半剛性基層不斷產(chǎn)生熱脹冷縮效應(yīng)，反復(fù)伸縮，進(jìn)而產(chǎn)生溫度疲勞裂縫，影響路面質(zhì)量。這種裂縫一般縫寬較小，間距較密。

施工單位完成半剛性基層施工后，若未按設(shè)計(jì)要求采用薄膜覆蓋養(yǎng)生，或薄膜覆蓋不及時(shí)，或氣溫較高，基層水分蒸發(fā)過快時(shí)，未能及時(shí)補(bǔ)水，此時(shí)半剛性基層長(zhǎng)時(shí)間處于干燥環(huán)境中，易導(dǎo)致基層水分不斷揮發(fā)，形成干縮裂縫。

2.4 雨水沖刷引起的半剛性基層水毀

福州常見雨水天氣，但半剛性基層一旦遇水，細(xì)集料聯(lián)結(jié)作用減弱，進(jìn)而雨水沖刷細(xì)集料，形成坑槽。因此，常見施工單位的不當(dāng)施工組織方法，包括半剛性基層在雨天沒有停止施工；半剛性基層在養(yǎng)護(hù)期遭遇暴雨沖刷，而未采取薄膜覆蓋等防雨措施；瀝青路面產(chǎn)生裂縫后未及時(shí)處理，造成雨水沿著裂縫下滲至基層。這些施工問題，必然存在雨水沖刷引起半剛性基層的水毀。

3 半剛性基層病害處置措施

上文在分析半剛性基層材料的強(qiáng)度、收縮和聯(lián)結(jié)等特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，探討了半剛性基層主要的病害，現(xiàn)以新城中路為例，提出半剛性基層的病害處置措施。

新城中路為城市次干路，路線長(zhǎng)1.12km，設(shè)計(jì)速度為30km/h，道路紅線寬度為24m，設(shè)計(jì)為雙向四車道。該道路路面結(jié)構(gòu)形式采用瀝青混凝土路面，設(shè)計(jì)使用年限為15年。項(xiàng)目所在地區(qū)為浙閩沿海山地中濕區(qū)IV-4，且根據(jù)交通量預(yù)測(cè)及車型構(gòu)成，結(jié)合設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量年增長(zhǎng)率，計(jì)算出車道累計(jì)當(dāng)量軸次為1147.689×104次，可見交通量等級(jí)為中等交通。在此基礎(chǔ)上，通過計(jì)算確定本項(xiàng)目路面結(jié)構(gòu)層如下：

4cm 細(xì)粒式改性瀝青混凝土AC-13C，LS=22.2(0.01mm)；

0.5kg/m2PC-3乳化瀝青粘層油；

5cm中粒式瀝青混凝土AC-16C，LS=24.4(0.01mm)；

0.5kg/m2PC-3乳化瀝青粘層油；

8cm粗粒式瀝青混凝土AC-25C，LS=27.5(0.01mm)；

1cm 3.0kg/m2PC-1乳化瀝青下封層，在施工熱瀝青表面處下封層之前，應(yīng)先灑布高滲透乳化瀝青透層油；

20cm 5%水泥穩(wěn)定碎石，LS=33.2(0.01mm)；

15cm 3%水泥穩(wěn)定碎石，LS=75.5(0.01mm)；

20cm級(jí)配碎石，LS=178.9(0.01mm)；

土基Eo≥35MPa，LS=212.9(0.01mm)。

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1所示：

圖1 新城中路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

針對(duì)半剛性基層的主要特點(diǎn)和主要病害，在新城中路的基層設(shè)計(jì)過程中，采取了一系列的處置措施，以防基層產(chǎn)生病害。

3.1 加強(qiáng)路基處理與壓實(shí)

為避免地基承載力不足引起的半剛性基層斷裂，在新城中路路面設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)地勘資料，對(duì)軟土厚度較淺的路段進(jìn)行換填處理，對(duì)軟土厚度較深的路段采用砂樁處理，而對(duì)一般路基段，路基壓實(shí)度按照次干路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓實(shí)（具體要求見表1），以提高路基承載力，防止因路基承載力不足而引起半剛性基層斷裂甚至破碎。

表1 路床土最小承載比和壓實(shí)度要求

3.2 嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量及級(jí)配

為避免強(qiáng)度不足引起的半剛性基層破碎，在新城中路的路面設(shè)計(jì)中，嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量，從根源上保證基礎(chǔ)具有足夠的強(qiáng)度。要求半剛性基層采用的水泥為強(qiáng)度等級(jí)42.5的普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥或火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，且粗集料的壓碎值應(yīng)不大于30%，細(xì)集料的有機(jī)質(zhì)含量不宜超過2%，應(yīng)堅(jiān)硬、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)。

同時(shí)嚴(yán)格控制新城中路半剛性基層的級(jí)配范圍（見表2）。在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下，盡量減少水泥用量（控制水泥用量不超過5%），以保證基層級(jí)配良好，進(jìn)而形成較高的強(qiáng)度。

表2 水泥穩(wěn)定碎石層混合料的參考級(jí)配范圍

3.3 優(yōu)化施工與嚴(yán)格養(yǎng)護(hù)

為避免施工或養(yǎng)護(hù)不當(dāng)引起的半剛性基層裂縫，在新城中路設(shè)計(jì)中，對(duì)施工組織和養(yǎng)護(hù)提出了相應(yīng)的要求，以減少基層裂縫的產(chǎn)生，具體有以下幾點(diǎn)：

（1）優(yōu)化施工組織。在半剛性基層完成后，及時(shí)進(jìn)入養(yǎng)護(hù)施工，保證養(yǎng)護(hù)期滿后及時(shí)施工下一道工序，以避免基層長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中產(chǎn)生的溫度疲勞裂縫；

（2）嚴(yán)格施工養(yǎng)護(hù)。半剛性基層完成后，應(yīng)及時(shí)覆蓋薄膜養(yǎng)護(hù)（見圖2），并且當(dāng)氣溫較高時(shí)，針對(duì)基層水分蒸發(fā)較快的情況，及時(shí)補(bǔ)水，用于減少基層干縮裂縫；

圖2 新城中路半剛性基層薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)

（3）半剛性基層施工的日最低氣溫應(yīng)在5℃以上；

（4）應(yīng)在混合料處于或者略大于最佳含水量時(shí)，進(jìn)行半剛性基層碾壓，直至其達(dá)到按照重型擊實(shí)方法確定的壓實(shí)度；

（5）半剛性基層施工完成后，應(yīng)進(jìn)行車輛通行管制，禁止重車行駛。對(duì)施工車輛進(jìn)行限速，要求車速不超過30km/h。

3.4 強(qiáng)化防水施工與養(yǎng)護(hù)

為避免雨水沖刷引起的半剛性基層水毀，在施工期間和通車后，采取相應(yīng)措施，減少雨水侵入，防止基層沖刷損壞，具體有以下幾點(diǎn)：

（1）盡量避免在雨季施工，防止基層材料受潮；

（2）下雨前應(yīng)及時(shí)停止施工，并對(duì)已完成施工的基層盡快完成碾壓，并覆蓋薄膜進(jìn)行防水養(yǎng)護(hù)；

（3）基層施工完成后，應(yīng)及時(shí)施工下封層，并控制下封層施工質(zhì)量，做好基層的防排水工作；

（4）后期道路運(yùn)營時(shí)，應(yīng)對(duì)路面出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行及時(shí)養(yǎng)護(hù)處理，以防雨水下滲，造成基層損壞。

4 結(jié)束語

（1）半剛性基層材料具有強(qiáng)度、收縮和聯(lián)結(jié)等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)受材料、溫度、濕度和荷載等因素影響。

（2）由于地基承載力不足、強(qiáng)度不足、施工或養(yǎng)護(hù)不當(dāng)、雨水沖刷等工程問題，半剛性基層易出現(xiàn)斷裂、破碎、裂縫、水毀等病害。

（3）針對(duì)半剛性基層病害，可采取加強(qiáng)路基處理與壓實(shí)、嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量及級(jí)配、優(yōu)化施工組織與嚴(yán)格施工養(yǎng)護(hù)、強(qiáng)化防水施工與養(yǎng)護(hù)等處置措施。

（4）本文以新城中路為例，探討半剛性基層常見病害和處置措施，通過對(duì)不同等級(jí)的道路半剛性基層進(jìn)行深入研究，提出了定量化的病害發(fā)展規(guī)律和處置方法。