潍坊市路通工程山东省建设有限公司 山东省潍坊市 261041
摘要：水泥稳定碎石基层、底基层为半刚性结构，容易产生收缩裂缝并反射到沥青面层上，以致水分从裂缝渗入，导致沥青混凝土路面出现早期破坏。减少半刚性基层开裂的有效途径就是合理控制混合料级配组成及强度；对基层裂缝进行有效的处治及防水，防止裂缝的反射而引起的沥青混凝土路面破坏。
关键词：水泥稳定碎石基层；收缩裂缝分析；处治措施
半刚性沥青路面开裂引起的早期破坏，已成为影响高速公路舒适通行的一大病害。而由半刚性底基层以及基层自身开裂产生的对应裂缝或者是反射裂缝，也能在早期对沥青混凝土面层造成损坏。一方面增加了养护成本，另一方面降低了路面的安全性以及使用寿命。对半刚性底基层、基层的开裂现象进行有效控制，并采取恰当的处理措施，降低裂缝以及反射缝的发生几率，已作为一个重要课题。
一、概况
四川省广安至南充高速公路，作为沪蓉国道主干线支线，起于广安红土地，东接已建邻水至广安高速公路，与建成的南充至成都高速公路相连。在南广高速公路的水泥稳定碎石基层、底基层施工中，开裂现象较为突出，见表1。通过研究分析表明，造成水泥稳定碎石底基层及基层开裂的主要原因是受到了收缩开裂现象的影响，还有少部分的裂缝则是由于路基及桥涵台背的不均匀沉降导致的。针对这一现象，选取三处段落进行对比分析，具体情况如下。
对比段1：该段落从全线开裂情况较严重的K47+540一K69+690之间选取，此段开裂现象较为突出，平均每隔10余米就会出现一道裂缝，缝宽在2～5 mm；
2）对比段2：K7+700一K8+100段左幅基层，无开裂现象；
3）对比段3：K38+120一K38+625段左幅基层，无开裂现象。
二、原因分析
1.材料不完全满足要求
K68+370一K68+710段与K38+120一K38+625段基层碎石选用嘉陵江的卵石，K7+700一K8+100段基层选用材料为华莹山石灰石。但K68+370一K68+710段落中，基层碎石粒料中具有两个或以上破碎面的比例50％左右；粒料中针片状颗粒的压碎值大于30％；在轧制的细料部分中含污染的天然砂的塑性指数超标。
2.混合料级配不合理
如表2—4，根据三个段落的混合料级配筛分结果对比，其0～4.75 mm的含量分别为41.2％、39.8％、40.6％（含外掺洗砂8％）；4.75～19 mm的含量分别为：37.9％、43.9％、36.9％；19—31.5 mm的含量分别为：20.9％、16.3％、22．5％。在实际施工中K68+370一K68+710段落混合料级配不均匀，0—4.75 mm集料中2.36—4.75 mm的含量不达标，且多为细小卵石组成；0～2.36 mm含量多为天然砂，其含泥量以及实测塑性指数超标；4．75—19 mm集料中4.75—9.5 mm的含量不够。该混合料实际级配组成极不合理，经现场钻芯取样，其空隙较多，多呈蜂窝状孔洞，如表4。
3.水泥剂量过大，强度偏高
水泥化学、物理性质不符要求。由于水泥剂量过大，致使水稳基层的强度过高，脆性增加，且加大了用水量，在水泥稳定碎石硬化板结过程中，水泥浆体的硬化以及收缩会使水泥稳定碎石也出现较为明显的收缩现象，从而大大增加了裂缝产生的几率。因水泥的化学性质较差，即安定性不良好、水化反应过快，会加速水稳基层的收缩开裂。水泥的安定性不良会引起水泥浆体积膨胀、开裂甚至溃散，导致铺筑的水稳基层表面产生大面积龟裂。一旦水泥的水化反应过快，混合料的温度就会迅速上升，且温度应力也会进一步地提高，在这时结构产生温度裂缝的概率会大幅度地上升；而在混合料降温时，也将因被已硬化部分所约束而不能自由收缩，此时也将产生冷缩裂缝。水泥的物理性质即水泥的初凝及终凝时间不够，由于初凝及终凝时间不够，造成混合料为碾压成型，水泥的硬化固结作用失效，使之不能板结形成强度，以致松散开裂。
4.混合料含水量控制不均匀
由于混合料为级配碎石组成，在轧制前对原材料的清洗及轧制后的分级堆放中外界的大量水分进入级配碎石中，特别是0—4.75 mm这一级料中含水量往往在10％以上，而在实际生产拌和时，对此部分的含水量未加以认真考虑；或在拌和时加水过多或过少，造成混合料的含水量过多或过少，以至不能有效压实，从而使水稳基层部分造成弹簧或干裂，并产生裂缝。
5.拌和时间短，拌和不均匀
在混合料的拌和中由于拌和时间过短，造成集料级配拌和不均，混合料中各级配组成趋于不均匀分布，使之不能形成良好级配，经摊铺后不能形成集料间有效嵌锁。
6.碾压成型时间过长，水泥初凝失效
由于拌和、运输、卸料、施工组织等因素的影响，使基层成型的距离及时间过长，经最终碾压成型时已过了水泥的初凝甚至终凝时间，使水泥的凝结失效，致使水稳基层不能板结形成强度，并最终松散开裂。
7.碾压设备及工艺不满足要求
在铺筑水稳基层时，由于碾压设备的不匹配，一是压实设备达不到基层压实要求的吨位，不能保证基层充分压实，使其形成较大孔隙，加快收缩开裂；其次，碾压设备不配套，从初压至终压，蹍压设备为同一类型压实设备，且数量较少，往往是用一台单钢轮压路机一压到底，不但拖延了基层压实成型的时间，同时也不能有效消除轮迹和表面离析。碾压工艺不合理，在实际碾压中，要严格按规范要求和现场实际制定合理有效的碾压工艺，在初压至终压过程中掌握静压、弱振、强振的时机不恰当，且碾压行使速度控制不均，造成基层混合料产生推移、离析，致使其表面产生龟裂。
8.养护条件差、养护时间不够
在水泥稳定碎石基层碾压完成后，未采取合理的方式进行养护。一般采取洒水养护方式，洒水车按5 km／台进行配备，洒水频率在2～4 次／d，养护时间3—7 d。当在气温较高，且铺筑水泥稳定基层段落较长的时候洒水车配备及洒水频率远不能满足养护的要求，致使基层不能长期保持湿润，在干燥中水分很快蒸发，从而变干开裂。且养护时间不够，其早期强度不能形成，使基层脆性增大，加速收缩开裂。
三、对裂缝的处治措施
1.土工格栅方法。在底基层已开裂的段落裂缝上铺设土工格栅，可防止裂缝上面的反射而引起基层的开裂，其工艺如下：①清理裂缝。清除裂缝中的杂质，并将裂缝人工扩宽到一定宽度。②封缝。将1：1的纯水泥浆灌注到开凿裂缝中进行封闭。③铺设土工格栅。土工格栅的长度要与裂缝的长度一致，并沿裂隙方向进行铺设；土工格栅应纵向拉紧、横向固定。一般采用纵横向抗拉强度≧75 kN／m的土工格栅即可。④摊铺基层。
2.铺设玻纤格栅方法。在基层已开裂的段落裂缝上铺设玻纤格栅，来对基层裂缝反射引起的沥青面层开裂进行处理。①清理基层表面。清除基层表面的杂质。②清缝、灌缝。将清理后的裂缝扩宽至一定宽度，为3～5 mm，清除裂缝中的杂质；并向裂缝中灌注乳化沥青或热熬沥青。③洒布透层或黏层油：灌缝完成后，用阳离子乳化沥青（PA一2）按0.7—1.1 L／m2进行洒布。如洒布透油层后不能及时摊铺沥青面层而又开放过交通的路段，在处治之前应用阳离子乳化沥青（PC一3）按0.3—0.5 L／m2的用量进行洒布。④ 铺设玻纤格栅：在透层或黏层充分破乳后铺设玻纤格栅。⑤避免摊铺机行走及运料车的出入不会对玻纤格栅造成损伤。⑥摊铺沥青面层。
3.用无纺土工布处治，其施工工艺与玻纤格栅处治工艺流程基本一致，能有效防止水分由裂缝进入基层、底基层至土基，使土基不因水分进入而降低承载力，防止裂缝的反射。
通过对材料质量、混合料级配、强度的严格控制，对施工工艺有效的改进，并采取合理的养护方式，在以后其他段落的水泥稳定碎石底基层、基层施工中未产生大量的裂缝。对采用土工格栅、玻纤格栅、无纺土工布处治方式处治底基层、基层裂缝的段落，通过开放长时间的交通后，经观测检查，未发现相应段落有新的裂缝产生。由此证明合理控制水泥稳定碎石底基层、基层的材料质量、级配、强度、施工工艺、养护方式对减少其收缩开裂有明显效果；对已产生的裂缝用土工格栅、玻纤格栅、无纺土工布进行处治，可有效防止或减少对应裂缝及反射裂缝的产生。
参考文献
[1]白雪．水泥稳定碎石基层抗裂性综合评价体系研究[D]．重庆：重庆交通大学，2013．
[2]张华．水泥稳定碎石基层施工质量影响因素及控制措施[D]．重庆：重庆交通大学，2013．
论文作者:郭志清
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期
论文发表时间:2018/8/20
标签：基层论文; 裂缝论文; 水泥论文; 格栅论文; 碎石论文; 沥青论文; 段落论文; 《建筑学研究前沿》2018年第6期论文;