俞桂彪
(揚(yáng)州天達(dá)建設(shè)集團(tuán)有限公司,江蘇揚(yáng)州 211400)
隨著公路事業(yè)不斷發(fā)展,水泥穩(wěn)定碎石基層建設(shè)工作質(zhì)量受到了更多的關(guān)注,要基于其力學(xué)性能和板體性能構(gòu)建更加可控化的質(zhì)量監(jiān)督管理機(jī)制,減少基層裂縫問題造成的影響。
水泥穩(wěn)定碎石混凝土層在實(shí)際施工過程中,是相應(yīng)級(jí)配集料和水泥、水混合拌制而成,為維持其應(yīng)用質(zhì)量,要選取最佳含水量狀態(tài)碾壓成型,并經(jīng)過固定養(yǎng)生時(shí)間段后達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度。也正是因?yàn)榛鶎咏Y(jié)構(gòu)本身是半剛性結(jié)構(gòu),所以常常會(huì)伴有裂縫問題,較為常見的裂縫是在水泥穩(wěn)定碎石基層的頂部沿著橫向產(chǎn)生開裂現(xiàn)象,呈直線形且裂縫長度不等,一般裂縫的寬度為0.5~3.5mm。
一方面,水泥穩(wěn)定碎石混凝土路面的裂縫問題會(huì)對整體基層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度產(chǎn)生影響,大大降低其應(yīng)用效能和安全性,使得強(qiáng)度參數(shù)不能滿足安全運(yùn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),制約整個(gè)公路項(xiàng)目的運(yùn)行效果。
另一方面,水泥穩(wěn)定碎石混凝土路面裂縫問題長期發(fā)展會(huì)形成不同程度的反射裂縫,這種裂縫會(huì)造成瀝青混凝土路面出現(xiàn)起拱等現(xiàn)象,若不能及時(shí)處理,在下雨天氣雨水就會(huì)進(jìn)入裂縫并向下滲透,長此以往,會(huì)造成自由水大量集聚,車輛荷載反復(fù)沖擊作用下,使瀝青混凝土黏附在碎石表面的瀝青出現(xiàn)嚴(yán)重剝離,隨之引發(fā)的碎裂現(xiàn)象、松散現(xiàn)象、坑洞現(xiàn)象等,不僅會(huì)嚴(yán)重影響公路的使用壽命,而且會(huì)增加安全隱患。
綜上所述,水泥穩(wěn)定碎石混凝土路面裂縫問題嚴(yán)重制約公路的應(yīng)用效能,相關(guān)部門要結(jié)合其實(shí)際情況落實(shí)更加科學(xué)的治理機(jī)制,減少裂縫問題的蔓延,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和安全效益的和諧統(tǒng)一。
較為常見的干縮性裂縫主要分為以下兩種:
第一種,水泥穩(wěn)定碎石壓實(shí)成型到正常養(yǎng)護(hù)期之間出現(xiàn)的干縮裂縫,一般是7d 以內(nèi),主要是因?yàn)槭┕な褂玫幕旌狭献陨硭忠约梆B(yǎng)護(hù)灑水的水分出現(xiàn)了較為明顯的蒸發(fā),并且混合料內(nèi)部水化作用較為明顯,其毛細(xì)管作用也會(huì)造成水分流失較大,加之分子間吸附作用力和碳化收縮作用,就使基層混合料的基礎(chǔ)體積出現(xiàn)較為明顯的縮小,隨之產(chǎn)生裂縫問題。值得一提的是,若是施工環(huán)境中氣溫變化不大,混合料的最佳含水量到較燥干的過程就被稱為一次性干縮,此時(shí)產(chǎn)生的裂縫數(shù)量和程度有限。
第二種,從水泥穩(wěn)定碎石基層養(yǎng)護(hù)期滿到瀝青封層施工之間,若是間隔時(shí)間較長,則基層會(huì)隨著天氣的變化形成相應(yīng)的循環(huán)變化(見圖1)。隨之產(chǎn)生的水分也會(huì)不斷蒸發(fā)、飽和,在多次反復(fù)后就會(huì)造成基層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的拉裂問題,對于一些較為薄弱的區(qū)域就會(huì)形成明顯裂縫,這種破壞問題在雨季或降雨較多的地區(qū)較為常見。在養(yǎng)生作業(yè)結(jié)束后,施工作業(yè)人員若是沒有集中進(jìn)行瀝青面層的清理工作,就會(huì)造成基層干縮開裂現(xiàn)象的加劇,嚴(yán)重影響其運(yùn)行安全性。
圖1 循環(huán)狀態(tài)
溫縮性裂縫指的是熱脹冷縮造成的裂縫現(xiàn)象,水泥穩(wěn)定碎石層本身是半剛性體,也具備熱脹冷縮的特性。目前,水泥路面作業(yè)無論是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)還是施工環(huán)節(jié),都需要結(jié)合規(guī)范要求設(shè)置對應(yīng)的伸縮縫,但是在水泥穩(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)中,對應(yīng)的工作還有待優(yōu)化,并且水泥無機(jī)結(jié)合料是由不同礦物顆粒組成,溫差作用會(huì)造成熱脹冷縮引起的體積變化。
首先,固相礦物脹縮特性(見表1)。相應(yīng)材料組成的復(fù)合穩(wěn)定材料礦物結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生對應(yīng)的熱脹冷縮問題,溫度變化后就會(huì)形成不同程度的體積差異,造成水泥穩(wěn)定碎石層出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。
表1 固相礦物熱脹冷縮特性
其次,液相礦物脹縮特性主要是混合料內(nèi)部孔隙中的自由水、毛細(xì)水、結(jié)晶水等,溫度升高后產(chǎn)生擴(kuò)張力,就會(huì)造成間距增大形成膨脹現(xiàn)象。
最后,氣相礦物脹縮特性,在混合料的毛細(xì)孔內(nèi)會(huì)充斥氣體,夏天處于水穩(wěn)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)受熱狀態(tài),就會(huì)形成擴(kuò)張張力,使得結(jié)構(gòu)脹裂造成水泥穩(wěn)定碎石混凝土出現(xiàn)不同程度的裂縫。
在水泥穩(wěn)定碎石混凝土路面結(jié)構(gòu)中,一般在基層底部出現(xiàn)荷載性裂縫問題,主要是由于路面車輛荷載的反復(fù)作用,使得裂縫逐漸形成向上的擴(kuò)展,直到擴(kuò)展到表面結(jié)構(gòu)。需要注意的是,車輪荷載作用往往不是單一且稀疏的,而是呈現(xiàn)出相互聯(lián)系且稠密的裂縫現(xiàn)象。
在全面分析水泥穩(wěn)定碎石混凝土路面裂縫問題后,要積極整合具體的管理機(jī)制和控制措施,發(fā)揮相關(guān)技術(shù)內(nèi)容的優(yōu)勢作用,從而為路面安全提供保障。
針對水泥穩(wěn)定碎石混凝土路面裂縫問題,要整合具體的技術(shù)內(nèi)容和要求,確保相關(guān)基礎(chǔ)處理工作都能順利展開。若是水穩(wěn)層出現(xiàn)了裂縫,就要依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行及時(shí)的封填處理,避免水分大量滲入對其安全性造成影響,也能有效減少病害擴(kuò)展和蔓延。
首先,密封膠封縫技術(shù)的應(yīng)用能有效進(jìn)行實(shí)時(shí)性裂縫控制,在密封膠加熱到180C 后,其實(shí)際的黏度會(huì)隨之降低,直接灌入裂縫結(jié)構(gòu),此時(shí)密封膠會(huì)滲透到裂縫的兩側(cè),直接與混合料混合在一起。
其次,隨著溫度逐漸降低,密封膠也進(jìn)入冷卻狀態(tài),常溫和低溫環(huán)境中彈性較大,隨著裂縫漲縮發(fā)生彈性形變,密封膠卻能始終維持較好的密封效果。
最后,利用規(guī)范化處理和操作就能保證水穩(wěn)層裂縫得以有效控制。需要注意的是,為全面提升整個(gè)過程的質(zhì)量效果,灌縫處理工作開始前,要利用切縫機(jī)完成裂縫的切縫處理,裂縫的寬度一旦超出3mm 立即切縫,以保證后續(xù)工作都能順利展開,提升裂縫處理的整體效果。
針對荷載性裂縫問題要從實(shí)際情況出發(fā),踐行規(guī)范化處理技術(shù),最大程度地提高荷載性裂縫控制的基本水平。
第一,要對混合料中0.075mm 以下的顆粒予以集中控制,若是含量增加則會(huì)造成水泥用量增大,增加基層結(jié)構(gòu)表面起皮的概率,使得水穩(wěn)層應(yīng)用質(zhì)量失衡。因此,要將0.075mm 以下顆??刂圃?%左右,若是細(xì)粒土無塑性指數(shù)則含量要控制在7%以下。
第二,要對水泥用量以及碾壓狀態(tài)下的最佳含水量予以集中控制。一般而言,水泥穩(wěn)定碎石基層結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)強(qiáng)度為3~5MPa,隨著設(shè)計(jì)強(qiáng)度的增加,需要的水泥用量也會(huì)隨之增多,基層對應(yīng)的剛性越大,會(huì)增加干縮性裂縫的發(fā)生概率。此時(shí),要結(jié)合天氣情況增加或適當(dāng)減少拌和用水量。比如,夏天室外溫度較高狀態(tài)下,就算是同一天施工,也會(huì)出現(xiàn)早、中、晚的變化差異,這就需要施工部門結(jié)合運(yùn)輸距離、車輛配置模式等對實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)控,一定程度上維持含水量的科學(xué)性。
第三,要選取更適宜的季節(jié)開展水穩(wěn)基層施工作業(yè),選擇年平均氣溫環(huán)境落實(shí)施工作業(yè),由于氣溫變化適中能有效降低結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力,因此水穩(wěn)層也不會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮的問題。
對于水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫問題,要結(jié)合實(shí)際情況選取最適宜的處理機(jī)制,以保證后續(xù)不會(huì)出現(xiàn)問題的蔓延,提升工程項(xiàng)目的質(zhì)量效果。當(dāng)基層頂面出現(xiàn)不同程度裂縫后,要對較大的裂縫區(qū)域進(jìn)行切縫處理,并且及時(shí)完成瀝青膠的填灌操作,而對于一些尺寸和面積較小的裂縫區(qū)域,則直接設(shè)置土工布。需要注意的是,土工布的選取要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行匹配,多為深色或者灰色,具備抗老化、耐高溫以及單面燒毛的特性,施工作業(yè)中橫向搭接寬度設(shè)定為10cm、縱向搭接設(shè)置為5cm 即可。
施工作業(yè)開始前,要在基層頂部涂抹黏層油,將用量控制在0.7~1.1kg/m,然后設(shè)置土工布予以碾壓作業(yè)。值得一提的是,要避免車輛在土工布表面轉(zhuǎn)彎對其位置的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響,并將最后一次黏層油用量控制在0.5~0.6kg/m。最后,攤鋪瀝青混凝土面層,全面處理基層反射裂縫現(xiàn)象。
以A 市快線工程第五合同段施工項(xiàng)目裂縫處理工程為例,工程項(xiàng)目總體呈由西向東趨勢,路線施工段為K42+402.244—K50+022.500 范圍路面,合同工期為10 個(gè)月。工程項(xiàng)目采取一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)完成設(shè)計(jì)和施工,設(shè)計(jì)速度為80km/h,橋梁設(shè)計(jì)汽車荷載為公路I 級(jí),單側(cè)單向雙車道,此次裂縫修補(bǔ)作業(yè)項(xiàng)目主要分為底基層、下基層、上基層三層結(jié)構(gòu)。
之所以開展相應(yīng)水泥穩(wěn)定碎石基層處理工作,就是因?yàn)樵陔A段性調(diào)研分析后發(fā)現(xiàn)工程項(xiàng)目存在較多的水穩(wěn)裂縫問題,造成地表水向下滲透較為嚴(yán)重,且基層局部潮濕影響整體基層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和應(yīng)用強(qiáng)度。另外,裂縫瀝青路面破壞嚴(yán)重,行車隱患較大,若是不能開展針對性的修補(bǔ)作業(yè)會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,且社會(huì)負(fù)面影響較大。
在開展調(diào)查取樣工作中,基層壓實(shí)度和強(qiáng)度測量點(diǎn)各取100 個(gè),具體情況如下:其一,24 個(gè)點(diǎn)壓實(shí)系數(shù)低于98%,合格率為76%,不合格點(diǎn)平均壓實(shí)度為96.97%;其二,11 個(gè)點(diǎn)強(qiáng)度不足3.5MPa,合格率為89%,不合格點(diǎn)平均強(qiáng)度為3.3MPa。
經(jīng)過全面分析實(shí)際情況后決定將此次裂縫修補(bǔ)工作的目標(biāo)設(shè)定為強(qiáng)度合格率超96%,裂縫數(shù)量由3.67 條/單幅公里降低到單幅公里平均裂縫數(shù)量在0.8 條以下。
主要從人員、物料、方法、機(jī)械、環(huán)境等5 個(gè)方面進(jìn)行分析。第一,人員:施工項(xiàng)目管理人員的質(zhì)量意識(shí)較差,且試驗(yàn)機(jī)械操作存在嚴(yán)重不規(guī)范的現(xiàn)象。第二,物料:混凝土結(jié)構(gòu)級(jí)配不合理、含水量不穩(wěn)定、水泥劑量較大的等情況較為突出,因此形成了較多的溫縮性裂縫和干縮性裂縫。第三,方法:施工作業(yè)中碾壓工藝不合理且交通管理工作沒有落實(shí)到位,載荷的初步控制沒有得到落實(shí)。第四,機(jī)械:存在攤鋪離析等問題。第五,環(huán)境:施工作業(yè)選取的時(shí)間段是溫度較高的夏季,并且沒有事先進(jìn)行降水量的預(yù)估,使得含水量嚴(yán)重增多。
在確定要因和非要因后,決定針對工人、物料、養(yǎng)生方法、碾壓工藝工序等開展規(guī)范化管理,在強(qiáng)化規(guī)范施工要求的基礎(chǔ)上,嚴(yán)格控制進(jìn)場材料的質(zhì)量,并對水泥劑量等進(jìn)行嚴(yán)格試驗(yàn)。依據(jù)工程項(xiàng)目實(shí)際情況采取密封膠封縫技術(shù)進(jìn)行集中修補(bǔ),并配合薄膜搭接部位封壓嚴(yán)實(shí)的養(yǎng)生機(jī)制對其進(jìn)行養(yǎng)生維護(hù),整體修復(fù)效果較好。
在階段性處理工作結(jié)束后,選取100 個(gè)點(diǎn)作為復(fù)測對象,主要是對其壓實(shí)度、強(qiáng)度和每公里裂縫數(shù)予以評(píng)估,整體水平得以提升,如圖2 所示。
圖2 處理結(jié)果示意圖(圖例中從左向右依次表示壓實(shí)度合格率、強(qiáng)度合格率、每公里平均裂縫數(shù))
在提升水泥穩(wěn)定碎石基層質(zhì)量的基礎(chǔ)上,也保證了基層壓實(shí)度水平,最大程度地減少裂縫問題的產(chǎn)生,為工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益和安全效益的優(yōu)化提供保障。
總而言之,在水泥穩(wěn)定碎石基層混凝土施工項(xiàng)目中,要充分關(guān)注裂縫問題,在全面了解裂縫問題造成的危害后,從干縮性裂縫、溫縮性裂縫、荷載性裂縫等方面分析產(chǎn)生的原因,并結(jié)合裂縫產(chǎn)生的情況選取適配的技術(shù)處理方案,促進(jìn)公路工程項(xiàng)目可持續(xù)健康發(fā)展。