摘要：水泥稳定级配砂砾基层抗温、抗湿变形能力较差，易形成干缩裂缝及湿缩裂缝，铺筑沥青路面后将使沥青面层出现反射裂缝，影响路面使用质量，缩短路面使用寿命。本文分析了基层裂缝产生的原因，并系统地归纳了水泥稳定碎石基层裂缝的预防和处理措施，旨在通过将这些措施严格控制，从而预防裂缝的产生。
关键词：水稳砂砾基层；裂缝；原因；措施
一、前言
我部承建的S301线托克逊至乌拉斯台段公路主线为双向两车道二级公路, 起点至K103+000段位于地形较平坦的戈壁滩上，属托克逊盆地，为典型大陆性暖温带荒漠气候，光照时间长，昼夜温差大，年平均气温14.2℃，最高气温43℃，最低气温-20℃。全年主导风向为西北风，年均风速2.8m/s，最大风速37m/s，8级以上大风100-120天。
路面基层采用水泥稳定级配砂砾混合料作为路面结构层的承重层，具有强度高、水稳定性好、刚度大、易操作、抗疲劳强度强、远期成本低等优点。但抗温、抗湿变形能力较差，易形成干缩裂缝及湿缩裂缝。裂缝的存在不仅影响水泥稳定砂砾基层的整体性，并且必然降低结构层的强度和刚度，铺筑沥青路面后将使沥青面层出现反射裂缝，影响路面使用质量，缩短路面使用寿命。
二、裂缝情况
S301线托乌公路k88+600～k89+600段路面水泥稳定砂砾基层施工完毕后，出现了不同程度的横向裂缝和纵向裂缝。横向裂缝断断续续，没有规则，只有部分横向裂缝是贯通的；纵向裂缝虽然很少，也是断断续续，且均在路面基层中央。裂缝的宽度在0.3mm～1.0mm之间，长度在3m～5m之间，经在裂缝处钻芯取样，大部分裂缝深1～3cm，仅少部分裂缝贯通整个芯样。
三、裂缝产生的种类
1、干缩性开裂
基层内部水分的变化引起往往引起干缩性开裂。当基层长期在覆盖洒水的条件下硬化时，由于凝胶体中胶体粒子吸附水膜增厚，使胶体内粒子间距增大，便产生微小的湿胀变形；当基层揭开覆盖物在干燥空气中硬化时，由于基层混合料内部吸附水分蒸发、凝胶体失水而产生紧缩，同时，游离水蒸发使得毛细管内负压增大，产生体积收缩，引起基层干缩变形，空气相对湿度越低，收缩越快。干缩变形常发生在基层表面，当干缩变形受到约束时，便产生基层裂缝。
这种裂缝是基层开裂最常见的，在基层开裂中所占的比例也是最多的，因此，干缩性开裂成为半刚性水泥稳定砾基层的主要病害。它的特征表现为每隔3～20m左右形成横向裂缝，也有纵向裂缝及网状裂缝，缝的顶部开裂宽度为0.5mm以上的最为危险。
2、温缩性开裂
温度收缩裂缝发生的较多，比较有规律，绝大部分为横向裂缝。
在温度的高低变化下，纵向和横向会产生热胀冷缩现象，当水泥稳定砂砾基层的表面温度和水泥稳定砂砾基层内部温度不一致时，产生的收缩量也不一致，当他们之间的收缩应力大于水泥稳定砂砾基层的抗拉强度时，自然而然地产生了开裂现象。
温缩性开裂多发生在基层施工质量稍差的部位，如级配不好的中央部位及一定长度范围的基层横向部位等。
四、裂缝产生的原因
1、水泥剂量偏大。水泥是干缩性比较大的材料，用量越多，产生的收缩量也越大，裂缝也就越多。
2、砂砾石在级配中细料含量过多。细集料主要是填补粗集料的缝隙的，当细集料过多时，多余的细集料就成为一种游离状的材料，在行车的辗压下，就产生了裂缝。
3、养护不及时。由于水泥在水化时要消耗一部分水，它在水化过程中产生的热量又消耗一部分水，加上自然环境要消耗大量的水，如果不及时补充水分，那它的水化过程就会停止，强度也就难以形成，加上行车的作用，裂缝也就产生了。
4、基层碾压时混合料含水量偏大。基层含水量偏大在水泥硬化时最易产生收缩裂缝。
5、摊铺过程中水稳混合料的离析也会产生裂缝。
6、养护结束时未及时铺筑封层，致使基层面暴露时间过长产生温缩及干缩裂缝。
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五、裂缝的防治措施
1、对底基层的处理
水泥稳定砂砾基层铺筑前，要充分洒水湿润底基层，这样既可以降低摩阻系数，减少由于摩阻约束所产生的板体的拉应力，同时还可防止底基层对混合料中水分的吸收，保证混合料中有足够的水分供水泥的水化作用，以促进水泥稳定砂砾基层的强度的增长。
2、配合比的控制
严格控制集料的级配使之符合规范要求的级配范围，尽力控制级配砂砾中的0.5mm以下细土的含量，尽量减少或清除级配粒料中0.075mm以下粒径的含量，因为水泥稳定砂砾基层的裂缝性质与所用集料中土的塑性指数有关，土的塑性指数越大，则水泥稳定砂砾基层收缩越大，反之则小。因此在实际施工中，采用多料斗的方法使配料更加精确，以便确保级配曲线接近中值。要选择合适的料场并将料场上覆盖层清除干净，对于级配不好的天然砂砾，要适当添加部分机制砂，使其达到最佳级配，改善集料的级配将明显提高混合料的强度和耐久性。
3、 严格控制水泥剂量
公路基层的设计强度通常为3～5Mpa，设计强度愈高，则水泥用量愈大。水泥剂量对于干缩应变的影响较大，水泥用量超过一定比例，在经济上是不合理的，且混合料的收缩性就增大，容易产生严重的干缩裂缝。当水泥剂量不变时，改善集料的级配可以显著提高基层的强度，反之对不同的材料，水泥的用量有所不同，级配较好的材料，水泥剂量减少到最低，否则水泥用量则会最大。设计配合比时，通过水泥剂量分级和调整集料的级配，来保证基层的设计强度，降低水泥剂量。根据试验段施工确定，水泥稳定砂砾的水泥剂量在4％～5％时，强度符合要求，其收缩性最小，因此施工时应严格控制水泥的剂量，使其不大于4％～5％。
4、 混合料含水量的控制
水稳基层干缩应变随混合料的含水量增加而增大，混合料经拌和、运输、摊铺及压实后，由于蒸发和混合料内部发生水化作用，其含水量会不断减少，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，产生水泥水化反应的放热效应等，都会引起水稳料产生体积收缩，所以施工碾压时含水量愈大，结构层愈容易产生干缩裂缝，且愈严重（裂缝产生的早，缝口宽和缝的间距小）。掌握混合料在拌和时含水量略大于最佳含水量1～2%，含水量过小，不能保证水泥完全水化；含水量过大，会增大水泥水化初期骨料表面的水膜厚度，影响稳定料的强度。
碾压时如果混合料的含水量接近最佳含水量，尽量不在表面洒水，以消除风干裂纹的出现，从而达到控制干缩应变的目的，避免因施工用水量控制不当而人为造成的干缩裂缝。经试验段施工证明，对同种材料组合，压实度越高，其抗压强度也越高，因此在实际施工中，派专人负责混合料含水量，及时调整拌和用水量，以保证混合料的含水量在最佳含水量范围内，从而提高工程质量。
5、养生
水稳基层碾压完成后，要及时采用采用土工布、麻袋布或薄膜覆盖后洒水保湿的方法养生，不但可以迅速提高基层的强度，而且可以防止基层因混合料内部发生水化作用和水分的过分蒸发引起表面的干缩裂缝现象。
6、及时铺筑沥青面层
水泥稳定砂砾基层铺筑完成且养生期满即撒铺沥青下封层后应及时地进行沥青面层的铺筑，避免水稳基层长时间地在露天下暴晒，防止其过分变干而加剧产生干缩裂缝。施工经验证明，如果能保持水稳基层在铺筑沥青面层前不开裂，基层就不会再先于沥青面层产生干缩裂缝，在条件允许时，及时的撒铺沥青下封层是减少干缩裂缝的一个切实可行的办法。
六、裂缝的处理措施
1、对于已经开裂松散的基层材料，要把松散的基层材料全部挖除清理出去，查明原因，针对原因做相应的处理后，再用同样的水泥稳定砂砾回填压实，并且做好养生工作。
2、对开裂不是比较严重，而且缝宽比较细小的(一般缝宽不超过0.5mm)，可以先采用沥青灌缝封闭裂缝，防止水的侵入，然后再做面层。
3、对于只有开裂现象，而没有松散现象的，表面开裂缝宽比较宽的，采用土工布（浸透沥青）对基层裂缝覆盖处理的方法，来防止裂缝向面层扩散，也可以考虑在上面加上一层级配碎石基层，使之成为组合式基层。
结束语：
由于水泥稳定砂砾基层开裂所受的各种影响因素比较多，每一项防治措施自身性能也受到温度等其它因素的影响。总之，水泥稳定砂砾基层的裂缝是一种常见病害，也是一种不可完全避免的病害，但可以从混合料施工过程中细节的控制、后期的养生控制等，对已产生的裂缝选择合适的材料进行处理，以避免公路路面由于裂缝的产生出现早期的损坏，延长路面的使用寿命，提高社会经济效益。
参考文献
[1]JTJ 034-2000.公路路面基层施工技术规范.北京:人民交通出版社.2000.
[2] 金安.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治.北京:人民交通出版社.2004.
论文作者:闫先进
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/13
标签：裂缝论文; 基层论文; 砂砾论文; 水泥论文; 含水量论文; 稳定论文; 水化论文; 《基层建设》2017年第8期论文;