公路施工中水穩(wěn)基層裂縫防治技術(shù)研究

李軍華

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

0 前 言

采用水硬性結(jié)合料攤鋪而成的穩(wěn)定層不僅強(qiáng)度與剛度較高，可增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)整體承載力，而且能減少工程造價(jià)，這也是該類基層材料在當(dāng)前道路工程建設(shè)中得以廣泛應(yīng)用的主要原因。就目前來看，在采用瀝青路面的公路工程中，水穩(wěn)基層是最常用的基層類型。然而，該基層結(jié)構(gòu)有存在一些不足與缺陷，如因強(qiáng)度較大容易產(chǎn)生明顯的干縮與溫縮，進(jìn)而導(dǎo)致開裂，并且基層裂縫還會向面層不斷反射，導(dǎo)致面層出現(xiàn)反射裂縫；另外，雨水從裂縫不斷下滲，滯留于面層與基層結(jié)構(gòu)之間，產(chǎn)生基層唧泥，使基層和面層之間連接狀態(tài)被打破，導(dǎo)致路面產(chǎn)生一系列早期病害。對此，以下就某路段基層施工實(shí)際情況，對其裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，然后提出相應(yīng)的裂縫防治方法。

1 基層混合料配合比

基層強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值為4.0 MPa，其混合料石料以花崗巖為主，水泥為通用水泥，強(qiáng)度等級為P·O32.5，具體的級配范圍如表1所示，水泥劑量按5.0%控制。

表1 基層混合料級配范圍

2 基層裂縫及其產(chǎn)生原因

2.1 裂縫類型

該路段基層結(jié)構(gòu)完工后產(chǎn)生了不同類型且嚴(yán)重程度不一的裂縫。經(jīng)全線調(diào)查，縫寬在1 mm以下裂縫主要為不規(guī)則裂縫；縫寬在1～3 mm的裂縫主要為橫向裂縫，并且部分橫向裂縫已經(jīng)達(dá)到貫通；縫寬超過3 mm的裂縫相對較少。

2.2 裂縫成因

1)因水分散失出現(xiàn)干縮裂縫。對于上基層，主要通過煤油瀝青透層鋪設(shè)進(jìn)行養(yǎng)生，在上基層碾壓結(jié)束且表面稍微達(dá)到干燥后，但沒有硬化時(shí)進(jìn)行噴灑，這樣雖然有良好的滲透效果，但因?yàn)槿藶榛驒C(jī)械設(shè)備方面的因素可能在噴灑時(shí)產(chǎn)生漏灑的情況，導(dǎo)致養(yǎng)生效果較差。此外，長時(shí)間高溫作用下會使部分段落因干燥而產(chǎn)生裂縫[1]。

2)因溫度變化出現(xiàn)溫縮裂縫。對于上基層，完成施工后始終處于自然環(huán)境當(dāng)中，直接受到日照與風(fēng)雨作用，特別是在噴灑透層瀝青以后，會形成一個(gè)黑色的面層，使吸熱能力大幅增加，導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，進(jìn)而出現(xiàn)溫縮裂縫。

3)因原材料質(zhì)量發(fā)生波動，如粗細(xì)集料之間的比例發(fā)生變化等，會使基層表面產(chǎn)生若干不規(guī)則裂縫[2]。

4)由于施工操作不當(dāng)，使完工后的基層產(chǎn)生細(xì)微裂紋。為保證基層有良好的觀感，往往在攤鋪施工中采用人工過量撒布細(xì)料，這樣雖然利用基層表面觀感，但容易出現(xiàn)細(xì)微裂紋；另外，在混合料拌和過程中對含水量未能予以嚴(yán)格控制，導(dǎo)致碾壓過程中混合料的含水量較大出現(xiàn)細(xì)微裂縫；在碾壓過程中如果壓路機(jī)行駛速度過快，也有可能出現(xiàn)細(xì)微裂紋。

2.3 開裂影響因素

2.3.1 水 泥

1)不同水泥的收縮性也完全不同，比如礦渣水泥收縮性就大于硅酸鹽水泥。

2)沒有重視水泥的抗折強(qiáng)度。當(dāng)抗折強(qiáng)度較大時(shí)，拌合物抗折強(qiáng)度較高，抵抗溫度應(yīng)力作用的能力較強(qiáng)，可防止溫縮裂縫的產(chǎn)生。但在實(shí)際施工中很多都能重視抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)，但對抗折強(qiáng)度卻未能引起重視。

3)水泥未經(jīng)存放直接使用，拌和時(shí)與水發(fā)生水化反應(yīng)而釋放大量的熱，導(dǎo)致內(nèi)外部溫差升高，致使溫度裂縫產(chǎn)生[3]。

4)一味重視提高強(qiáng)度，增加水泥用量，導(dǎo)致混合料硬化時(shí)產(chǎn)生明顯收縮，產(chǎn)生裂縫。一般在達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的情況下，應(yīng)盡可能減少水泥用量。

2.3.2 水 分

混合料中水分散失數(shù)量和速度都影響到成型過程中的收縮應(yīng)力，兩者成正比關(guān)系，基于此，當(dāng)混合料的實(shí)際含水量較大時(shí)，其影響程度越大[4]。

2.3.3 集 料

1)粒徑。不同粒徑集料有不同干縮性，一般情況細(xì)粒土的干縮性相對較大。

2)性質(zhì)。一般而言，塑性指數(shù)相對較大的顆粒往往有較大干縮性。

3)級配。級配的好壞對混合料性能有很大影響，包括耐久性、均勻性與穩(wěn)定性，良好的級配能起到保證拌和質(zhì)量的作用，并減少水泥用量，避免在施工中產(chǎn)生離析[5]。

2.3.4 養(yǎng) 生

對水穩(wěn)基層而言，養(yǎng)生至關(guān)重要，養(yǎng)生過程中應(yīng)確?；鶎颖砻姹３譂駶?，及時(shí)且均勻的灑水，否則在氣溫較高的季節(jié)僅需2 d左右即可產(chǎn)生干縮裂縫。在養(yǎng)生期滿后，應(yīng)盡快進(jìn)行透層油灑布，以免基層結(jié)構(gòu)長時(shí)間暴露，因受到外界條件的影響而產(chǎn)生裂縫或性能下降。

2.3.5 施 工

1)混合料的拌和質(zhì)量差，對集料進(jìn)行的計(jì)量結(jié)果不準(zhǔn)確，導(dǎo)致集料級配差，對水泥與拌和水?dāng)?shù)量的控制不嚴(yán)格；混合料攪拌時(shí)間過短，使粗細(xì)料集中或離析。將混合料攤鋪完成后，因不同結(jié)構(gòu)層有不同的干縮性能及溫縮性能，所以導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生[6]。

2)混合料碾壓不到位，未能達(dá)到密實(shí)，有很大空隙，結(jié)構(gòu)抵抗裂縫產(chǎn)生的能力不足。碾壓過程中混合料實(shí)際含水量過大，完成碾壓后殘留很多的水，或含水量有差異，導(dǎo)致不同段落或結(jié)構(gòu)層之間有完全不同的干縮性能及溫縮性能，在這種條件下一旦受到外界因素的影響，很容易產(chǎn)生開裂。

3 基層裂縫處理方法

3.1 處理原則

1)當(dāng)基層上存在橫向長度超過5 m，同時(shí)間隔距離在10 m以內(nèi)的裂縫時(shí)，應(yīng)對基層予以返工處理。

2)當(dāng)基層上存在橫向長度超過5 m，但間隔距離達(dá)到10 m以上的裂縫時(shí)，可采用土工布或者是玻纖格柵進(jìn)行處理。

3.2 材料要求

3.2.1 土工布

當(dāng)使用土工布對基層裂縫進(jìn)行處理時(shí)，材料應(yīng)滿足以下各項(xiàng)技術(shù)要求：①抗拉強(qiáng)度不低于8 kN/m；②單位面積質(zhì)量不低于200 g/m2；③幅寬達(dá)到2 m以上，且可承受170℃及以上高溫?？估瓘?qiáng)度與單位面積質(zhì)量的測量需在常溫條件下進(jìn)行，即(20±2)℃。

3.2.2 玻纖格柵

當(dāng)使用玻纖格柵對基層裂縫進(jìn)行處理時(shí)，材料應(yīng)滿足以下各項(xiàng)技術(shù)要求：①抗拉強(qiáng)度不低于50 kN/m；②最大負(fù)荷條件下的延伸率不能超過3%；③網(wǎng)孔尺寸為20 mm×20 mm；④網(wǎng)孔形狀為矩形；⑤幅寬達(dá)到150 cm以上，且可承受170℃及以上高溫。以上各項(xiàng)指標(biāo)的測試均需在常溫條件下進(jìn)行，即(20±2)℃[7]。

3.3 施工工藝

3.3.1 裂縫檢查

開工前先認(rèn)真檢查基層實(shí)際情況，并在路邊將裂縫的具體位置標(biāo)注清楚，同時(shí)對裂縫的數(shù)量及長度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄。

3.3.2 基層清掃

對基層兩側(cè)分別至少1 m的范圍內(nèi)實(shí)施清掃，清除所有可能影響到裂縫處理的雜物。

3.3.3 灌 縫

將基層及其周圍清理干凈后，沿裂縫長度方向鑿出寬度為1 cm、深度為2 cm的縫槽，然后用高壓氣體將縫槽中存在的灰塵清除干凈，最后用熱瀝青進(jìn)行灌縫。

3.3.4 噴灑乳化瀝青

在裂縫兩側(cè)不少于1 m的區(qū)域內(nèi)均勻噴灑一層乳化瀝青，噴灑數(shù)量控制在0.3～0.5 kg/m2。

3.3.5 土工布(玻纖格柵)鋪設(shè)

將預(yù)先準(zhǔn)備好的土工布(玻纖格柵)均勻鋪設(shè)于裂縫及其兩側(cè)分別1 m的區(qū)域內(nèi)，然后用鐵釘進(jìn)行固定。若施工中采用的是土工布，則可借助小型壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。

4 裂縫防治

4.1 對水泥用量和質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制

1)在確保強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的情況下，盡可能減少水泥的用量，一般基層混合料水泥用量不超過4.0%，最高不得超過5.5%。

2)施工中優(yōu)先考慮使用硅酸鹽水泥，同時(shí)水化熱與干縮性影響對較小，抗折和抗壓強(qiáng)度都達(dá)到相關(guān)規(guī)范的要求。

3)通過在混合料中適量摻加諸如緩凝劑與減水劑等各類外加劑，這樣能起到延長初凝時(shí)間等作用，或減少水泥參與水化反應(yīng)時(shí)對水的需用量，實(shí)現(xiàn)對水泥性能的有效改善。

4.2 加強(qiáng)含水量控制

1)在混合料壓實(shí)過程中，需按照試驗(yàn)得出的最佳含水量對混合料的實(shí)際含水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保實(shí)際含水量保持在最佳含水量±0.5%以內(nèi)，具體數(shù)值要結(jié)合施工條件來確定。比如在氣溫較高的條件下，混合料中的水分容易散失，或由于混合料運(yùn)距較長，途中水分大量散失，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)上調(diào)混合料的含水量。在確定具體含水量的過程中應(yīng)遵循以下原則：在確保壓實(shí)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡可能減少混合料的含水量。

2)如果混合料碾壓時(shí)產(chǎn)生表層干燥的情況，注意不可使用灑水車進(jìn)行灑水，因?yàn)檫@樣很容易導(dǎo)致灑水過量，正確的做法是借助壓路機(jī)自帶噴水裝置進(jìn)行適量補(bǔ)水。除此之外，還需在鋪筑開始前的準(zhǔn)備工作過程中避免灑水車等車輛或機(jī)械直接停留在底基層的表面，這樣會由于滴漏等原因?qū)е麓颂幓旌狭纤诌^量。

4.3 做好集料選擇

對基層混合料礦料級配進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如增加粗集料實(shí)際用量，并減少相應(yīng)的細(xì)料數(shù)量，以確?；旌狭闲纬闪己玫那稊D結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)進(jìn)行。

4.4 混合料拌和

水穩(wěn)基層混合料的拌和需達(dá)到充分和均勻，且質(zhì)量穩(wěn)定。拌和樓建議使用當(dāng)前最主流的WDB600型，其額定生產(chǎn)數(shù)量為600 t/h，在正常條件下的生產(chǎn)能力可以達(dá)到500～600 t/h，采用四倉配料方式，通過對皮帶轉(zhuǎn)速與料門開度的控制調(diào)整生產(chǎn)比例。上料采用兩臺裝載機(jī)進(jìn)行，具體的上料速度應(yīng)與拌和產(chǎn)量要求相適應(yīng)。在試驗(yàn)性攤鋪開始前，應(yīng)做好設(shè)備調(diào)試工作，同時(shí)采用取樣試驗(yàn)的方法確定各料倉的投料數(shù)量是否準(zhǔn)確。在拌和料場需設(shè)立專門的搶修小組，用于應(yīng)急搶修拌和機(jī)械。拌和開始后，需在出料的同時(shí)進(jìn)行取樣，以檢驗(yàn)是否和要求的配合比相匹配。在正式攤鋪開始后，應(yīng)每隔1～2 h對拌和情況進(jìn)行1次檢查，以確定混合料的配比與含水量能否達(dá)到要求。當(dāng)在高溫條件下進(jìn)行施工時(shí)，因中午混合料水量散失數(shù)量較大，所以需適量增加此時(shí)段施工所用混合料的含水量。拌和機(jī)需配備有活動門的料倉，出料直接采用運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸，在裝車的過程中注意適當(dāng)移動車輛，并分成三次進(jìn)行，以免集中裝料造成混合料離析。混合料拌和時(shí)，如果石屑的含水量相對較高，則在材料下泄的過程中可能導(dǎo)致料門堵塞，對此需在料倉的頂部設(shè)置一個(gè)人行天橋，并安排專人看守，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行搗料，以確保卸料保持順暢?；旌狭习韬屯瓿珊?，應(yīng)對其進(jìn)行外觀檢測，確認(rèn)是否均勻和一致，有無結(jié)團(tuán)與離析等問題。

4.5 混合料攤鋪

攤鋪開始前在底基層表面適當(dāng)灑水，并測試攤鋪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況是否正常。在攤鋪機(jī)就位之前需對熨平板寬度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，結(jié)合基準(zhǔn)鋼絲繩具體位置與橫坡進(jìn)行。在混合料攤鋪過程中，需在其外側(cè)行走鋼絲之內(nèi)設(shè)置可移動式鋁合金梁，而內(nèi)側(cè)通過走滑靴的方式找平。安排專人指揮運(yùn)輸車的司機(jī)向攤鋪車中卸料。在攤鋪機(jī)之前要有3輛以上運(yùn)料車隨時(shí)等待卸料，確保攤鋪施工保持連續(xù)。對于攤鋪速度，一般按照1.5 m/min控制，同時(shí)要做到勻速和連續(xù)。在整個(gè)攤鋪過程中都要安排專人進(jìn)行松鋪厚度進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決異常問題。除此之外，在攤鋪機(jī)的后方也應(yīng)安排工作人員將粗集料窩和產(chǎn)生離析的部位清除，并及時(shí)用新拌制的合格混合料進(jìn)行填補(bǔ)，以免在基層表面產(chǎn)生孔洞，影響平整度，給之后的面層施工造成影響。

4.6 混合料碾壓

對水穩(wěn)基層混合料的碾壓應(yīng)及時(shí)進(jìn)行，以保證壓實(shí)度，提高基層結(jié)構(gòu)整體抗壓強(qiáng)度，增強(qiáng)抵抗裂縫產(chǎn)生的能力。

4.7 基層養(yǎng)生

在水穩(wěn)基層施工結(jié)束后，應(yīng)立即進(jìn)行灑水養(yǎng)生，且養(yǎng)生的持續(xù)時(shí)間需達(dá)到7 d以上，在整個(gè)養(yǎng)生過程中都應(yīng)確保基層表面處于濕潤的狀態(tài)。在基層養(yǎng)生期滿之后，盡快開始透層油灑布，以此為成型的基層提供良好保護(hù)。另外，在攤鋪面層前需做好交通封閉，以此盡可能減少社會車輛的進(jìn)入給基層造成不利影響，同時(shí)盡量加快面層的施工速度。面層攤鋪前，將基層表面清理干凈，清除所有可能妨礙面層施工的雜物，否則雜物將影響基層和面層間的正常結(jié)合，產(chǎn)生薄弱部位。

5 結(jié) 語

水泥穩(wěn)定碎石基層是當(dāng)前公路工程經(jīng)常采用的半剛性基層類型，但由于各方面因素的影響，該基層結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生裂縫，而且基層裂縫還會反射到面層，使路面產(chǎn)生不同程度的早期損壞，對路面的正常使用造成很大影響。以上提出了基層裂縫的類型、產(chǎn)生原因、處理方法及防治措施，旨在為更多公路工程基層施工提供參考借鑒。

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