公路水泥稳定碎石基层裂缝的成因及防治

【关键词】公路；高等级公路；水泥稳定碎石基层；裂缝处理

　　0.工程概况

　　阳休线是山西省吕梁市主要连接国道108线和国道307线的重要省道干线公路之一，起迄里程为 K0+000～K29+264，全长为29.264km；设计行车速度为80km/h，路基宽度为24m，路面宽度为21.5 m，其路面基层自上而下设计为：基层采用 5%水泥稳定碎石 20cm，底基层采用 4%水泥稳定砂砾20cm组成，面层采用沥青混凝土路面6+4cm厚，下面着重对基层裂缝成因与防治进行分析探讨。

　　1.水泥稳定碎石基层施工过程中裂缝产生的原因分析

　　水泥稳定碎石半刚性基层在非荷载作用下产生裂缝的主要原因是干缩和温缩。影响半刚性材料干缩和温缩的主要因素与含水量、水泥剂量、集料或矿料的含量、矿料的矿物成分、环境温度和养生情况有密切联系。

　　1.1水泥稳定碎石强度形成原理

　　1.1.1嵌挤作用

　　由于水泥稳定碎石中碎石按级配规律，小颗粒填补大颗粒空隙的一级填充一级的原则进行排列组合。它在外力(碾压)的作用下，级配碎石能紧密地嵌固在一起，依靠颗粒之间的嵌挤和摩阻作用而形成的内摩阻力具有一定的强度和稳定性。

　　1.1.2水泥硬化反应

　　水泥矿物质与水发生强烈的水解和水化反应，形成水化碳酸钙、水化硅酸钙等水化物，水泥的各种水化物生成后，有的自行继续硬化，形成水泥石骨架，有的则与碎石中的其它矿物质发生硬凝反应和碳酸化反应，增大了水泥稳定碎石的强度。

　　1.2干缩裂缝

　　水泥与各种集料和水经拌和压实后，由于蒸发和混合料内部发生水化作用，水份会不断减少。由于水的减少而发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用，材料矿物晶体或凝胶体间的水化作用和碳化收缩作用等都会引起水泥稳定碎石材料产生体积干缩，其收缩的程度与水泥、碎石粒料的含量，混合料中小于 0.075mm 的细颗粒的含量和塑性指数等相关。根据累积干缩应变可计算出干缩系数。

　　1.3温缩裂缝

　　组成水泥稳定碎石基层材料的三相，即不同矿物颗粒组成的固相、液相(水)和气相在降温过程中相互作用的结果，使半刚性材料产生体积收缩，即温缩。就组成固相的矿物颗粒而言，原材料中碎石的温度收缩系数较小；粉粒以下颗粒，特别是粘土矿物的温度收缩性较大,半刚性材料中胶结物有较大的温度收缩性。水泥稳定碎石基层随混合料水分减少产生干缩和温缩应力，水分减少的愈多愈快，产生的干缩应力愈大，水分减少愈慢，干缩应变愈慢。因此半刚性基层施工时应合理安排工序，尽量在环境温度适宜时施工，以减小干缩、温缩裂缝对质量造成不良影响。

　　2.水泥稳定碎石基层施工过程中预防与控制干缩、温缩裂缝的具体措施

　　根据水泥稳定碎石基层的非荷载作用开裂机理分析，为减少裂缝产生，施工时要在配比设计、含水量控制、水泥剂量的控制、水泥稳定碎石的养生、压实度控制等方面采取措施，具体如下：

　　2.1严格控制施工配合比

　　混合料配合比正确与否是影响碎石半刚性基层开裂的一个因素。根据部颁《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)要求，水泥稳定碎石配合比设计中，碎石应占80%～85%(混合料为密实式稳定粒料)。

　　2.2选择适宜季节施工

　　水泥稳定碎石基层施工最佳季节是春末和夏初，气温相对变化不大且风又小，若在秋末冬初施工，由于温差较大，基层强度增长缓慢，温缩裂缝也会产生；若工期紧张，必须在这个季节施工时，可采取保温措施，避免基层受冻。保温措施可采用料薄膜加麻袋的方法。

　　2.3水泥剂量的控制

　　品种不同的水泥具有程度不同的收缩性，如矿渣水泥要比硅酸盐水泥收缩性大，标号高的水泥收缩性比标号低的水泥收缩性大，抗折强度愈大，混合料抵抗内部温度应力的抗拉强度越大，越不易产生温缩裂缝。水泥应选用初凝时间3h以上和终凝时间6h以上的品种。水泥剂量是影响水泥稳定碎石强度的重要指标。如果剂量过大，造成水泥稳定碎石干缩和温缩裂缝增多。因此其剂量误差范围应控制在0.5%以内，在满足设计强度的同时尽量限制水泥的用量，以减少基层的干、温缩的等非荷载裂缝。

　　2.4含水量控制

　　含水量主要控制碾压含水量和养生用水量，碾压时的含水量大，产生裂缝机率就愈高，就会导致面层产生反射裂缝。含水量是水泥稳定碎石中的又一项重要控制指标，本工程施工实践证明，含水量过低，小于最佳含水量2 个百分点以上时，混和料难以成型，压实度达不到要求，板结性差，其强度达不到设计要求；含水量偏大于最佳含水量2个百分点时，碾压有明显轮迹，且局部出现弹簧，成型 3 天后可以看出有明显的干缩裂缝，根据有关资料统计表明，每增加1%的含水量是每增加1%的水泥剂量出现裂缝的2～3倍，这种干缩裂缝随着温差的加大而变宽，形成反射裂缝，对路面构成威胁，因此施工过程必须严格掌握。

　　2.5压实度控制

　　压实度也是影响路面基层开裂的一个因素。水泥稳定碎石基层混合料应在处于或略大于最佳含水量时碾压。碾压应一次完成，直至达到按重型实验法确定的要求压实度98%(高速公路、一级公路基层)。实验表明重型标准比轻型标准干缩应变小，提高水泥稳定碎石基层的压实度对减少于缩应变非常有利。

　　3.水泥稳定碎石基层裂缝的处理

　　水泥稳定碎石基层出现裂缝后，可以采取以下措施进行处理：

　　⑴在基层清扫时详细调查裂缝，确保裂缝不遗漏，并做好记录。基层裂缝处着重清理，保证缝内无杂物，清理完毕后向裂缝内灌注改性乳化沥青，其灌注深度为缝深的2/3。⑵基层裂缝清理后在其上铺设自粘式玻璃纤维格栅，铺设宽度为 100cm，裂缝两侧各 50cm，长度为横向满铺，如纵向缝则两端超出裂缝长度50cm。铺设时间在透层施工之后，改性沥青下封层施工之前，固定方式为水泥钉、铁皮将一端固定，再用人力拉紧。铺设时应保持其平整度、拉紧、不起皱，并具备有效的张力。⑶铺设完自粘式玻璃纤维格栅后，应派专人维护，当进行下封层施工时，洒布车及运输车行驶在其上不可急转弯、掉头，以免自粘式玻璃纤维格栅松弛、扭曲而影响其力学性能。通过上述处理措施的应用，可以消解基层裂缝处应力集中，可减少裂缝传递反射至面层，从而减少反射裂缝的产生。其次可以增加基层和沥青面层层间的摩阻力，有效地克服基层收缩裂缝的产生。

　　4.结语

　　综上所述，本工程通过施工过程中采取严格的控制措施，使水稳级配碎石基层施工过程中常见的干缩、温缩裂缝得到了有效控制，取得了良好的效果。当然，在水稳级配碎石基层设计与施工时，无论哪一个环节都不能放松质量要求，特别是对于容易出现质量问题的影响因素，应积极采取预防措施，避免施工过程中出现质量问题。出现裂缝后可以采取铺设玻璃纤维格栅进行处理，确保水泥稳定碎石基层整体质量。

　　【参考文献】

　　［１］JTJ034-2000，公路路面基层施工技术规范[S]．

　　［２］JTG E51-2009 公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S]．