水穩(wěn)基層瀝青路面開(kāi)裂病害與預(yù)防措施研究

周尚來(lái)

（甘肅順達(dá)路橋建設(shè)有限公司，蘭州 730000）

1 引言

水穩(wěn)基層是一種無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類(lèi)基層，以水泥為膠結(jié)材料，將石子、土料等原材料混合，成為相對(duì)穩(wěn)定的基層結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)合料的不同，水穩(wěn)基層又可以分為不同類(lèi)型，其中，水泥穩(wěn)定碎石具有優(yōu)越的性能，能夠適應(yīng)各種等級(jí)的道路，然而，這種半剛性基層雖然運(yùn)用范圍廣泛，但是不可避免地會(huì)產(chǎn)生裂縫問(wèn)題，如不提前采取預(yù)防措施，會(huì)影響道路工程的運(yùn)行質(zhì)量和使用壽命。

2 水穩(wěn)基層瀝青路面開(kāi)裂病害類(lèi)型及作用機(jī)理

2.1 病害類(lèi)型

根據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，水穩(wěn)基層瀝青路面開(kāi)裂病害的主要類(lèi)型包括反射裂縫、溫度裂縫、水損害裂縫等。水穩(wěn)基層屬于半剛性基層，施工完成后，隨著水分的不斷蒸發(fā)，會(huì)產(chǎn)生干縮現(xiàn)象，出現(xiàn)基層開(kāi)裂問(wèn)題，裂縫會(huì)向上延伸，導(dǎo)致路面反射裂縫病害的發(fā)生。基層收縮的程度與環(huán)境條件、材料級(jí)配、施工工藝等方面密切相關(guān)。在晝夜溫差較大以及長(zhǎng)時(shí)間暴露的條件下，溫度應(yīng)力的反復(fù)作用會(huì)使基層發(fā)生溫度收縮裂縫和溫度疲勞裂縫；水泥含量變化、集料比例波動(dòng)會(huì)影響混合料的均勻性，基層施工后會(huì)產(chǎn)生局部橫向裂縫。這些都是由于基層裂縫引發(fā)的路面開(kāi)裂。瀝青路面具有典型的低溫開(kāi)裂性，在較大溫差作用下，同樣會(huì)產(chǎn)生溫度收縮裂縫和溫度疲勞裂縫，直接造成路面破壞。

影響瀝青路面低溫裂變性的因素有很多：（1）瀝青材料的性能，包括瀝青的感溫性、針入度、延性、含蠟量、抗老化性能等；（2）與混合料的組成也密切相關(guān)，礦料組成、骨料品種、瀝青用量都是重要影響因素；（3）路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)也至關(guān)重要，如何科學(xué)傳遞應(yīng)力應(yīng)變成為關(guān)鍵。相對(duì)于柔性基層，半剛性基層與瀝青面層的附著黏結(jié)性較差，路面面層具有一定的自由收縮性，如果溫度應(yīng)力不能傳遞到基層，會(huì)在面層內(nèi)部累積，從而產(chǎn)生干裂。在空隙率較大的瀝青路面，或者路面施工壓實(shí)度不夠?qū)е戮植靠障堵蚀蟮那闆r下，使外部水更為順暢地進(jìn)入表面層，在車(chē)輛荷載的作用下，會(huì)降低瀝青混凝土的黏結(jié)性，出現(xiàn)瀝青剝落和水破壞現(xiàn)象，使面層產(chǎn)生形變網(wǎng)裂、唧漿、坑洞等水損害裂縫[1]。

2.2 作用機(jī)理

反射裂縫的形成與受拉疲勞、剪切屈服、受拉屈服的綜合作用密切相關(guān)。溫度變化會(huì)引起受拉疲勞，產(chǎn)生裂縫，并不斷擴(kuò)散，擴(kuò)散速率受面層抗疲勞能力、基層溫度變化幅度、下臥層特性等方面影響。在下臥層板塊較長(zhǎng)、面層較薄的情況下，很容易出現(xiàn)反射裂縫。瀝青混合料的導(dǎo)熱性比較差，不同面層的溫度變化幅度不同，在拉力作用下，產(chǎn)生的裂縫會(huì)由表層逐漸向下擴(kuò)展，呈現(xiàn)上寬下窄的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如果面層材料的屈服應(yīng)變值超過(guò)一定范圍，會(huì)有效阻止這種裂縫產(chǎn)生。由于開(kāi)裂病害的產(chǎn)生，下臥層會(huì)分割成板塊，在車(chē)輛荷載的作用下，相鄰板塊端部的豎向位移差會(huì)使面層遭受剪切疲勞，形成裂縫。瀝青混合料的材料配比、 性能以及施工工藝都會(huì)影響受拉疲勞壽命，而降低下臥層板長(zhǎng)、 增加裂縫率也會(huì)削弱面層屈服破壞。瀝青材料具有顯著的低溫縮裂性，如果在溫度下降時(shí)，收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)路面材料的抗拉強(qiáng)度，會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂病害。水損害裂縫的主要作用機(jī)理是黏聚性破壞和黏附性破壞，水分在進(jìn)入瀝青混凝土后，會(huì)降低瀝青和集料的黏結(jié)效果，導(dǎo)致瀝青薄膜剝落、集料裸露、強(qiáng)度損失等問(wèn)題，進(jìn)而產(chǎn)生路面開(kāi)裂病害。

3 水穩(wěn)基層瀝青路面開(kāi)裂病害預(yù)防措施研究

3.1 嚴(yán)格控制基層施工質(zhì)量

在原材料質(zhì)量控制過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照水穩(wěn)基層施工技術(shù)相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，防止集料粒徑過(guò)大影響基層的平整度和表面的均勻性，同時(shí)對(duì)拌和機(jī)械和攤鋪機(jī)械的使用性能也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。

集料級(jí)配直接關(guān)系到水泥混合料的強(qiáng)度。通常情況下，如果集料級(jí)配不好，缺乏細(xì)集料，要適當(dāng)提高水泥的比例，使混合料達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)確定最佳級(jí)配，加強(qiáng)粗集料用量和質(zhì)量控制，在保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下，盡可能減少水泥用量，使級(jí)配曲線能夠接近級(jí)配區(qū)域下限。

拌合料質(zhì)量控制中，應(yīng)完善原材料質(zhì)量管理制度，材料進(jìn)場(chǎng)后要安排專(zhuān)人進(jìn)行堆放、存儲(chǔ)管理，按照配比設(shè)計(jì)控制水泥用量、含水量誤差，含水量太少會(huì)影響基層強(qiáng)度、施工進(jìn)度；含水量過(guò)大難以碾壓密實(shí)和整平處理。可適當(dāng)增加拌和時(shí)間，保證混合料拌和均勻。

對(duì)于不同公路等級(jí)采取相應(yīng)的施工方式。在施工過(guò)程中，加強(qiáng)技術(shù)細(xì)節(jié)控制，避免出現(xiàn)隨意澆水、提漿等問(wèn)題，減少干縮，有效掌控碾壓過(guò)程含水量變化。如果出現(xiàn)蒸發(fā)過(guò)快的情況，可適當(dāng)灑水，保證在最佳含水量的情況下碾壓密實(shí)成型。

采用一次性攤鋪碾壓技術(shù)能夠提高水穩(wěn)基層的施工質(zhì)量。做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，保證底基層的平整度和壓實(shí)度。

車(chē)輛的運(yùn)輸能力必須能夠滿足鋪筑要求。使用中大型多功能攤鋪機(jī)，均勻緩慢地進(jìn)行不間斷攤鋪。對(duì)于無(wú)法使用機(jī)械攤鋪的情況，可通過(guò)人工作業(yè)完成。合理使用鋼筒壓路機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)、輪胎壓路機(jī)進(jìn)行碾壓施工。

如果發(fā)現(xiàn)有集料離析的狀況，要及時(shí)鏟除，重新填補(bǔ)碾壓；如果存在翻漿現(xiàn)象，則要翻松曬干后繼續(xù)施工；如果出現(xiàn)擁包，應(yīng)人工刮平后再碾壓施工。

明確壓路機(jī)械施工路線，不得出現(xiàn)急剎車(chē)、 急調(diào)頭的情況，保證水穩(wěn)基層密實(shí)度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。加強(qiáng)水穩(wěn)基層的養(yǎng)護(hù)管理。

采用薄膜養(yǎng)護(hù)時(shí)，需要及時(shí)覆蓋且覆蓋嚴(yán)實(shí)，保證養(yǎng)護(hù)的溫濕度條件能夠符合要求，避免出現(xiàn)水分蒸發(fā)過(guò)快的問(wèn)題。基層養(yǎng)護(hù)完成后，及時(shí)開(kāi)展下一步施工作業(yè)，做好車(chē)輛通行管制[2]。

3.2 采取層間防裂處理措施

在保證水穩(wěn)基層施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，采取有效的層間防裂處置措施，能夠適應(yīng)瀝青路面應(yīng)力變化規(guī)律，達(dá)到開(kāi)裂病害防治的目的。

層間防裂處理技術(shù)的應(yīng)用主要依賴不同防裂材料的作用，應(yīng)根據(jù)不同道路特點(diǎn)采取合適的層間防裂方式。土工織物具有隔離、防滲、加筋補(bǔ)強(qiáng)、過(guò)濾排水、防護(hù)等功能，在工程實(shí)踐中展現(xiàn)出優(yōu)異的抗拉力學(xué)特性，加上高分子間的復(fù)合作用，土工織物與瀝青的結(jié)合具有較強(qiáng)的可行性。

通過(guò)構(gòu)建加筋瀝青面層，能夠改善路面物理力學(xué)性能，減少開(kāi)裂病害。施工前，要進(jìn)行路面基層清理，撒布粘層油，最好采用改性瀝青，保證層間抗剪能力。分2 次灑布，確保用油量和均勻度；鋪設(shè)土工織物，對(duì)于較厚的土工布，應(yīng)使用刷子進(jìn)行刷平處理，避免產(chǎn)生褶皺，保證鋪筑的平整性，能夠適當(dāng)浸油；攤鋪瀝青混凝土?xí)r，應(yīng)避免出現(xiàn)土工織物位置移動(dòng)、破損等情況。

設(shè)置應(yīng)力吸收層也能起到吸收應(yīng)力的作用。在水穩(wěn)基層和瀝青面層之間設(shè)置SBS 應(yīng)力吸收層，能夠有效降低瀝青面層底部應(yīng)力，緩解反射裂縫的產(chǎn)生。

在層間設(shè)置橡膠瀝青碎石層也能夠起到相似效果。橡膠瀝青碎石層所含瀝青較少，具有較大的空隙率，能夠有效吸收、消散水穩(wěn)基層處的應(yīng)力集中，達(dá)到防裂的目的。

無(wú)論采用哪種層間處置措施，都會(huì)對(duì)瀝青路面開(kāi)裂病害防治產(chǎn)生積極影響，但具體實(shí)施效果略有差異，需要加強(qiáng)試驗(yàn)分析，掌握防裂作用機(jī)理，實(shí)現(xiàn)最佳的應(yīng)用效果[3]。

3.3 做好防排水處置技術(shù)措施

在瀝青混合料面層配比設(shè)計(jì)時(shí)，需做好瀝青水集料的有效平衡，在有水情況下，能夠保證瀝青膜不發(fā)生剝離，仍然具有良好的黏結(jié)性能。水泥、石灰中的碳酸鈣含量比較高，能夠形成正的吸附中心，而瀝青中有帶負(fù)電荷的表面活性物質(zhì)，二者可以產(chǎn)生化學(xué)吸附層，使用水泥、石灰替代一部分礦粉，能夠改善瀝青混合料的黏附性。采用酸性石料時(shí)，需使用針入度小的瀝青，并采取有效的抗剝離措施?？赏ㄟ^(guò)摻加抗剝落劑、石灰漿處理粗集料等方式加以解決，這些措施都能有效增強(qiáng)瀝青混合料的耐水性能。在級(jí)配設(shè)計(jì)上，要注意增強(qiáng)瀝青面層的防水性能，合理控制空隙率和空隙結(jié)構(gòu)，使瀝青混合料具備良好的嵌鎖結(jié)構(gòu)和壓實(shí)特性。設(shè)置良好的瀝青路面排水系統(tǒng)，能夠及時(shí)將雨水和地下水排除。減小水的影響范圍和時(shí)間，除了采用常規(guī)道路排水設(shè)計(jì)外，設(shè)置碎石集料排水基層，增強(qiáng)內(nèi)部排水能力，在基層中間設(shè)置一層多空隙水泥穩(wěn)定碎石，形成相對(duì)穩(wěn)定的滲水結(jié)構(gòu)，在滿足強(qiáng)度和抗變形要求的情況下，實(shí)現(xiàn)透水、排水的功能，降低路面含水量，減少動(dòng)水壓力、靜水壓力的作用，減輕路面各結(jié)構(gòu)層遭受水損害的程度。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)排水基層的瀝青路面能夠提高使用壽命約1/3 左右。只有采用耐水、防水、排水的組合措施，才能實(shí)現(xiàn)更好的水損害裂縫防治效果。

3.4 加強(qiáng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用

瀝青路面裂縫病害是持續(xù)發(fā)展的，在裂縫形成初期，如不及時(shí)采取封閉處理措施，會(huì)使大量的水進(jìn)入面層和基層，加快裂縫的破壞程度和擴(kuò)散速度，因此，采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施十分必要，能夠修復(fù)路面的平整度，恢復(fù)路面的局部強(qiáng)度和承載能力，避免對(duì)路面結(jié)構(gòu)造成進(jìn)一步破壞。常用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施有很多，需要綜合考慮溫度條件、裂縫情況、施工工藝等因素科學(xué)選擇。開(kāi)槽灌縫技術(shù)主要通過(guò)在裂縫走向開(kāi)槽壓入密封膠的方式實(shí)現(xiàn)，裂縫封閉效果好，施工效率高。灌縫材料需要具備良好的黏結(jié)性、韌性、彈性、延展性、低溫穩(wěn)定性、耐老化性，這是決定修補(bǔ)效果的關(guān)鍵。貼縫是在灌縫技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上采用增強(qiáng)纖維材料進(jìn)行密封處理，具有較強(qiáng)的抗磨耗性能和抗拉性能，能夠保護(hù)膠體材料，減少膠體磨耗，增強(qiáng)修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的耐久性。改性瀝青養(yǎng)護(hù)劑灌縫也能產(chǎn)生良好的裂縫修復(fù)、預(yù)防效果，比較適用于3 mm 以下的裂縫；先清理裂縫雜物，再灌入養(yǎng)護(hù)劑，養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后就可以開(kāi)放交通。對(duì)于路面裂縫嚴(yán)重的情況，可以采用瀝青混合料罩面法進(jìn)行處理，輔助設(shè)置應(yīng)力吸收層等方式，提高防裂效果，避免開(kāi)裂病害的迅速發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，水穩(wěn)基層是一種常見(jiàn)的半剛性基層，而裂縫是瀝青路面的主要病害之一，開(kāi)裂病害與水穩(wěn)基層的作用密切相關(guān)，如果水穩(wěn)基層施工質(zhì)量得不到保證，出現(xiàn)裂縫問(wèn)題，會(huì)持續(xù)向上傳導(dǎo)到路面。瀝青混合料受溫度、水的作用影響較大，容易產(chǎn)生溫度裂縫和水損害裂縫。針對(duì)裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，采取針對(duì)性的預(yù)防處置措施，能夠減少瀝青路面開(kāi)裂病害的產(chǎn)生和發(fā)展。