巴马瑶族自治县公路管理所 广西河池市
摘要：本文主要是通过调查某条高速公路水泥稳定碎石的基层裂缝，根据研究裂缝的分布情况分析了施工车辆的行使以及施工的时间对裂缝产生的影响，并且探讨了引起裂缝的主要原因，在符合实际的假定条件下，通过运用混凝土强度理论和弹性理论推导出了水泥稳定碎石基层温度应力裂缝间距的计算方法，并且检验了实际裂缝的计算公式，最后提出了水泥稳定碎石控制温缩裂缝的合理措施。
关键词：水泥稳定碎石；基层裂缝；温度应力；计算方法；温缩裂缝
由于水泥稳定碎石结构的水稳性、抗冻性以及板体性比较好，和封层以及下面层连接比较牢固，整体性好，具有易于施工、容易碾压成型、方便养护等多个优点，因此已经被广泛的应用于多雨潮湿的地区。尽管水泥稳定碎石具有很多优点但也有难以克服的弱点，裂缝开裂较多就是一个最大的弱点，如果不能很好地处理控制裂缝问题，水泥稳定碎石结构的水稳性以及板体性就会受到严重的破坏，进而也会削弱它的优势，在破坏比较严重的情况下就会出现路面不能正常使用以及使用寿命缩短等问题。一般情况下，水泥稳定碎石裂缝的分布都会有一定的规律，沿着线路的方向每隔一段距离就会有一个横向的裂缝，这种裂缝就是贯穿线，然而随着时间以及温度的变化，裂缝的数量就会逐渐增多，间距也会逐渐缩短，当达到一定状态时就会趋于稳定。减少并且控制水泥稳定碎石裂缝就要从水泥稳定碎石的材料、施工的过程以及裂缝的情况进行调查研究，找出它产生的内在因素，根据裂缝发生和发展的规律，计算出应力的状态和大小，从而提出相应的控制措施。
一、水泥稳定碎石裂缝的状况描述分析
假设在建某条高速公路分为A、B两个施工合同段，水泥稳定碎石则分为左右两幅以及上下两层的施工顺序，从七月初开始施工到十月中旬，总工期为2~3个月。通过调查，最早发现裂缝是在九月份，横向裂缝的间距较大，缝隙的宽度为1mm左右，只能在下雨后才能观察到。在十一月份后，裂缝开始大量开展，裂缝出现的位置差不多左右两幅对称，上下两层虽然并不完全一致，但是基本上靠近，都是横向贯穿的裂缝，而最后直到十二月份底调查统计才显示了裂缝趋于稳定。在研究调查期间，地面的平均温度为3摄氏度，水泥稳定碎石基层底部的平均温度则为12摄氏度。
根据调查裂缝间距的统计图可知裂缝的分布都是不均匀的，裂缝的表现有：裂缝间距的差别很大，小的是1米，大的能达到40米以上；裂缝的密度右幅小于左幅；在同一个幅中裂缝的密度也都不相同；B段的裂缝密度大于A段。通过调查分析，出现上述现象的原因一是由于施工时间太长，最早的路段是七月初开始，而最迟的路段就在九月初开始的，七月和八月份的施工则会由于气温高和混合物的含水量不能很好的控制，从而导致微小的裂缝增多；二是因为水泥稳定碎石的基层左幅完成后，就会被当做通道使用；三是A标段的施工含水量以及水泥用量比B段分别低于1.5%~2%和0.5%~1%。因此A、B两段的裂缝间距有较大的差距。
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为了研究水泥稳定碎石的温缩现象，并且尽可能的减少由于其他原因产生的影响，因此就选择了没有受到很大交通影响的A段右半幅作为研究对象，根据调查可知裂缝间距主要都在7~30米，其中在30米以上以及7米以下的间距占总数不到10%，平均的间距为19米，由于A段中部的施工时间较早并且主要用于施工便道使用，因此这段的裂缝间距集中于5~10米。
二、产生裂缝的原因分析
水泥稳定碎石结构产生裂缝的主要原因是由外荷载引起的裂缝以及膨胀、收缩、不均匀沉降等引起的裂缝，而造成收缩的裂缝则是由于湿度和温度的下降，以控制裂缝的角度来考虑，有些表面产生的裂缝危害并不大，最重要的就是防止贯穿性裂缝的发生，而根据调查发现，温度变化则会引起贯穿性裂缝，因为水泥稳定碎石的施工是在地基沉降稳定后才开始的，在施工的过程中依然会有沉降现象，但这种沉降是整体性的；虽然在施工完成后车也会引起裂缝的产生，但这不是主要裂缝产生的重要原因；由于水泥用量相比于混凝土是少的，又加上水泥稳定碎石施工后所采用的养护方法是用麻袋覆盖洒水，尽管这种失水收缩会产生裂缝可能会降低水泥稳定碎石的抗拉能力，但还不能形成规律性的横向贯穿裂缝。
三、计算方法
为了研究水泥稳定碎石的规律性裂缝问题就要采取相应的计算方法，因此先作出如下假设条件：（1）假设弹性地基的板为水泥稳定碎石；（2）为了研究出底基层和基层之间相互约束的数量关系，因此可以假定它们都是可以通过变形的弹性结构，可以运用剪应力和应力之间关系表述；（3）由于裂缝方向基本上都是垂直于主线的方向，因此可以假定水泥稳定碎石的基层只受到纵向约束而不受横向约束；（4）因为基层的厚度比较薄，所以假设它们的温差是均匀温差；（5）某一点的摩擦应力与该点的水平应变为线性关系；（6）根据水泥稳定碎石裂缝的形状可知，裂缝的主应力则是由于主拉应力引起的。依据混凝土强度理论采用的就是主拉应力分析法。因为表面的裂缝危害性小，而控制裂缝主要是防止贯穿裂缝，贯穿裂缝必然会导致刚性降低，也会削弱板体性，因此计算水泥稳定碎石内部的约束力只是考虑贯穿裂缝的平均拉应力。
根据弹性理论可推导，最大拉应力和长度及弹性模量都是成正相关关系，即弹性模量越大、长度越长，最大拉应力就会越大。而根据混凝土强度理论，最大裂缝的长度和温差成反比例关系，和极限拉伸应变成正比例关系。水泥稳定碎石的温缩裂缝是一个复杂的过程，随着温度的降低，底基层则会约束水泥稳定碎石的收缩变形，因此水泥稳定碎石的基层和底基层的接触面就会产生剪应力，内部则会出现拉应力。
四、控制温缩裂缝的措施
根据以上理论分析可知底基层的约束力大小、总温差对裂缝间距的大小起到了重要的影响，因此在不改变水泥稳定碎石的厚度以各项性能的前提下，即尽可能的降低约束程度，减少总温差，可以达到减少控制裂缝的目的。
影响水泥稳定碎石温缩裂缝的因素主要是受到的约束力、温差以及极限拉应变，为控制裂缝的生成，提出了以下措施：（1）为了减少约束引起的温度应力，可以再底基层上铺设一个滑动隔离层，例如铺设碎石层、防水土工布、洒沥青沙等，可以增加底层的滑动，减少与底基层的摩擦，这样不仅可以使基层防水、隔水，还可以降低底基层对水泥稳定碎石的约束从而减少温度应力；（2）控制总的降温幅度，由于近几年来气候状况以及施工情况，水泥稳定碎石的施工时间应该尽量避开炎热季节，例如6~9月；（3）控制最大拉应力也可以减少裂缝的生成，而最大拉应力和长度是反比例关系，可以根据理论计算不产生裂缝时的最大间距，采取的措施就是等到裂缝稳定后再进行灌缝；（4）严格控制水泥稳定碎石集料的质量，并且减少含泥量，提高质量的均匀性，加强成型后的养护工作。
结语
本文全面系统的分析了水泥稳定碎石裂缝的状况，并且分析了裂缝的原因，以及基层温度应变力的计算方法，最后提出了控制温缩裂缝的措施，对实际施工具有现实指导意义。
参考文献：
[1]白卫东，张浩博，荆武波. 影响水稳碎石施工质量的因素分析[J].科技信息（科学教研）.2007（22）
[2]刘喜梅. 水稳碎石的组成设计与施工[J].交通世界（建养.机械）.2008（08）
论文作者:黄晶
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/16
标签：裂缝论文; 碎石论文; 稳定论文; 水泥论文; 应力论文; 基层论文; 间距论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;