水泥穩(wěn)定碎石基層反射裂縫防治措施

李洪軍

（湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院道橋系，湖北 武漢 430079）

0 引言

我國很多高速公路采用水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層的瀝青路面結(jié)構(gòu)，半剛性基層開裂及其反射裂縫是這一路面結(jié)構(gòu)主要破壞形式之一[1]。反射裂縫本身對罩面層使用性能的影響不大，但環(huán)境因素（雨水、氧化等）的負效應(yīng)，常常使得裂縫迅速向四周擴展，致使基層乃至路基失穩(wěn)，甚至使路基軟化下陷承載能力降低，從而縮短罩面層壽命。所以，從某種意義上講，反射裂縫比其他類型裂縫具有更大的破壞性，加速了面層的早期破壞，影響了路面的使用質(zhì)量，縮短了道路的使用年限。

1 反射裂縫的產(chǎn)生

水泥、石灰、粉煤灰穩(wěn)定類的半剛性基層不可避免的產(chǎn)生收縮（溫縮和干縮），并使半剛性基層出現(xiàn)開裂，在溫度變化與車輛荷載綜合作用下，裂縫逐漸向上層延伸，甚至貫通整個瀝青面層[2]。這種由于基層裂縫引起瀝青面層開裂而形成的裂縫稱為反射裂縫（如圖1所示）。

圖1 裂縫產(chǎn)生和發(fā)展示意圖

根據(jù)斷裂力學(xué)理論，裂縫縱向擴展的運動方式有三種：張開模式（Ⅰ型），剪切模式（Ⅱ型）和撕開模式（Ⅲ型）（見圖2）。溫度應(yīng)力對應(yīng)著張開模式（Ⅰ型），行車荷載對應(yīng)著張開模式（Ⅰ型）和剪切模式（Ⅱ型）[3]。荷載位于裂縫正上方時，以張開模式引起反射裂縫，在裂縫兩側(cè)，則以剪切模式引起反射裂縫；撕開模式中基層作平行運動，此類情況很少見，只在側(cè)向不穩(wěn)定時才會發(fā)生。

圖2 裂縫模式圖

2 反射裂縫的防治措施

本項目路面結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)交通量及其組成和使用要求，結(jié)合山區(qū)自然條件，遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護、節(jié)約投資的原則，采用的路面結(jié)構(gòu)為上面層5cmSMA-16（SBS改性瀝青+聚酯纖維），中面層6cmAC-20C（SBS改性瀝青），下面層7cmAC-25C（AH-70瀝青），基層結(jié)構(gòu)為2cm×18cm水泥穩(wěn)定級配碎石。水泥穩(wěn)定級配碎石設(shè)計抗壓強度3～4MPa，壓實度＞98%。

半剛性基層具有較高的強度和抗沖刷能力等的特性，但不可避免地會產(chǎn)生裂縫，對路面的外觀和耐久性產(chǎn)生較大的影響，路面的使用性能也大大的降低。為了防止和延緩反射裂縫的產(chǎn)生，采取了以下措施。

2.1 混合料組成設(shè)計

2.1.1 在規(guī)定的級配范圍內(nèi)，盡可能地采用粗級配，限制細集料和粉料比例。集料級配中0.075mm以下顆粒含量不宜大于5%。水泥穩(wěn)定碎石基層級配如表1、圖3所示。

表1 水泥穩(wěn)定碎石基層級配

圖3 水泥穩(wěn)定碎石基層的級配

2.1.2 在滿足設(shè)計強度的基礎(chǔ)上限制水泥用量。水泥用量不準超過6%。

2.1.3 根據(jù)施工時氣候條件限制含水量。含水量不宜超過最佳含水量的1%。

2.2 材料要求

2.2.1 水泥

采用P32.5級、配合比設(shè)計時應(yīng)用的水泥。水泥初凝時間3h以上、終凝時間在6h以上。快硬、早強水泥以及受潮結(jié)塊變質(zhì)的水泥不得使用。

2.2.2 集料

粗集料碎石密度為2.752g/cm3，針片狀含量為8.3%，壓碎值為18.5%；細集料液塑限1.9，含泥量為4.3%。

2.2.3 生產(chǎn)配合比

1#料∶2#料∶3#料=35%∶35%∶30%，室內(nèi)最佳含水量為5.5%，實際加水量計算為：實際加水量=最佳含水量+施工損失含水量-各種原材料的含水量之和。施工時水泥劑量采用4%（外摻）。

2.3 基層雙層連續(xù)施工工藝

雙層連續(xù)施工指先攤鋪下基層并碾壓，檢測合格后，在水泥穩(wěn)定顆粒料終凝前攤鋪上基層并碾壓完畢，然后及時養(yǎng)生。連續(xù)施工工藝不僅減少了一次養(yǎng)生工序，而且上基層與下基層連續(xù)施工后層間粘結(jié)緊密，整體板塊受力結(jié)構(gòu)好，裂縫明顯減少。

2.4 玻璃纖維格柵防止反射裂縫

玻璃纖維格柵是一種土工格柵產(chǎn)品，它的表面經(jīng)有機涂層處理以后，與瀝青混合料的瀝青具有很好的相容性，而且瀝青混凝土混合料穿過玻璃纖維土工格柵結(jié)構(gòu)，可形成復(fù)合嵌鎖結(jié)構(gòu)[4]。這種格柵對混合料顆粒的限制能夠阻止瀝青混合料的運動，使瀝青混凝土混合料可以得到更好的壓實，獲取更大的承載力，達到提高傳遞荷載能力、減少變形、增強瀝青混凝土路面的目的。

2.4.1 玻璃纖維格柵防止反射裂縫的作用機理

使用玻璃纖維格柵，可增強瀝青混合料的整體抗拉強度，有效地改善路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，有效的延緩和抵抗由于路面的基層裂縫引起的瀝青混凝土路面反射裂縫的發(fā)生，從而提高路面的使用壽命。它的增強作用主要表現(xiàn)在：

a）阻滯早期裂縫的產(chǎn)生 網(wǎng)格性的肋條可為初始荷載提供一個系統(tǒng)時支承點和錨固點，起到應(yīng)力傳輸作用，從而增加瀝青底層的抗拉強度，吸收層間的大部分水平拉力，對裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展起到阻滯作用；

b）分散裂縫，使裂縫轉(zhuǎn)向水平 格柵將瀝青層內(nèi)溫度和荷載反復(fù)作用產(chǎn)生的應(yīng)力擴散到一個較大范圍內(nèi)，從而招集中的寬裂縫分散成若干細小的裂縫，延遲了裂縫的擴散和貫通，而且格柵為改變裂縫方向提供了足夠的剛度，裂縫擴展到夾層底，然后轉(zhuǎn)向水平，阻止其垂直向上擴展，提高了路面的抗裂能力和耐疲勞能力；

c）提高了韌性 這種格柵能起到比鋼筋更致密的連續(xù)作用，一直到纖維斷裂或被拉出才最終失去承載能力，表現(xiàn)出較高的韌性。

2.4.2 玻璃纖維格柵的應(yīng)用

公路所處地區(qū)溫度變化大，半剛性基層易產(chǎn)生裂縫，基層產(chǎn)生的裂縫會沿豎向擴展到路表，從而形成反射裂縫?；鶎禹斆婷扛?5m一條預(yù)鋸縫，同時在瀝青面層與基層間鋪設(shè)玻璃纖維格柵（鋸縫處），以抵抗和延緩由于基層裂縫引起瀝青混凝土路面反射裂縫的發(fā)生，從而提高路面的使用壽命。

玻璃纖維土工格柵抗拉強度高、耐熱性好、耐寒性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好。技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 玻璃纖維隔柵技術(shù)要求

基層頂面鋸縫+玻纖格柵的鋪設(shè)如圖4。

圖4 玻纖格柵的應(yīng)用

具體施工步驟為：

第一步：施工養(yǎng)生期結(jié)束后，在其表面預(yù)鋸縫，間隔15m距離進行切縫，鋸縫深度以板厚的1/3為宜，約為6～7cm，鋸縫寬度以一個鋸片厚度為宜，約5mm。

第二步：鋸?fù)曛笥酶邏猴L(fēng)機清縫，并用改性瀝青對所切的縫進行灌縫處理。

第三步：在切縫處平鋪玻璃纖維格柵，縫在所鋪玻璃纖維格柵的中線處，平鋪寬度有2m。

施工中要注意以下事項：

a）施工前舊路面應(yīng)清掃干凈，對局部的坑洞和路面嚴重不平的段落進行整平；

b）攤鋪玻璃纖維格柵時，應(yīng)先噴灑粘層油，再鋪開玻纖格柵，并先將玻纖格柵一端固定，然后用機械或人工拉緊，固定另一端，固定器包括固定釘和固定鐵皮，固定釘可用水泥釘、射釘或膨脹螺釘，釘長8～10cm，固定鐵皮可用厚1mm、寬3cm的長鐵皮等；

c）如上基層除了預(yù)鋸縫后還出現(xiàn)不規(guī)則的橫向裂縫，對于間距＜5m的段落返工，對于間距＞5m的段落，擴縫、清理、灌縫，做上標記，下面層施工前騎縫鋪2m寬玻璃纖維格柵。

2.4.3 裂縫調(diào)查

本路段2009年1月通車，2010年7月調(diào)查路基段落路面裂縫情況如表3所示。

表3 裂縫調(diào)查表

由調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出，裂縫每百米條數(shù)最大為1.09條/百m，最大縫寬2.5mm。結(jié)果說明基層設(shè)計使用骨架級配水泥穩(wěn)定碎石基層，采用雙層連續(xù)攤鋪，并在基層頂面預(yù)鋸縫+鋪玻璃纖維格柵對基層延緩反射裂縫的發(fā)生是有效的。

3 結(jié)論

通過實際使用的情況來看，可得出如下結(jié)論：

a）基層采用骨架級配整體性較好，在保證基層強度的基礎(chǔ)上，減少了水穩(wěn)碎石的收縮變形，減少了基層的開裂，防裂效果顯著；

b）基層施工采用雙層連續(xù)施工，減少了一次養(yǎng)生工序，使得基層整體性更好，減少開裂；

c）切縫后鋪設(shè)玻璃纖維格柵，由于玻璃纖維格柵良好的抗拉性能，對基層裂縫的反射起到了很好的防止效果。

[1]沈金安.國外瀝青路面設(shè)計方法總匯及預(yù)防[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]周富杰，孫立軍.防止反射裂縫的措施及其分析[J].華東公路，1996，（10）：25-31.

[3]周富杰，胡凡.反射裂縫產(chǎn)生和發(fā)展的機理[J].國外公路，1997，（4）：12-17.

[4]周志剛，張起森，鄭健龍.交通荷載作用下土工格柵防止瀝青路面開裂的橋聯(lián)效應(yīng)[J].中國公路學(xué)報，1999，（3）：27-35.