水泥穩(wěn)定碎石裂縫產(chǎn)生的原因分析與防治措施

陳東陽

摘 要：分析了水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫產(chǎn)生的機(jī)理及類型，并從原材料與施工工藝等方面提出了裂縫防止的基本方法，針對已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫，探討了相應(yīng)的處理技術(shù)與施工工藝，可供廣大技術(shù)人員借鑒。

關(guān)鍵詞：主橋；加固工程；有限元；材料參數(shù)；結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

1.概述

水泥穩(wěn)定碎石是以級配碎石作骨料，以一定數(shù)量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實(shí)的結(jié)構(gòu)類型。由于其整體強(qiáng)度、剛度、水穩(wěn)性較好，目前高等級公路大多采用水泥穩(wěn)定碎石來做基層。

水泥穩(wěn)定碎石基層是一種半剛性結(jié)構(gòu)。易產(chǎn)生裂縫的問題是一直困擾著施工單位的一大難題。如何避免或減少水穩(wěn)基層裂縫是一直想方設(shè)法研究解決的難題。這種裂縫一般在基層頂面橫向每隔10～20米一條，縫寬0.5～3mm左右。較早時(shí)在水穩(wěn)基層攤鋪完成后一個(gè)月內(nèi)就開始出現(xiàn)，晚的在瀝青砼路面通車后一至兩年內(nèi)開始出現(xiàn)，這是由于基層裂縫反射上來造成的。

基層裂縫的危害有二個(gè)方面：一是使水穩(wěn)基層的整塊變?yōu)槎鄠€(gè)小塊，降低基層的整體強(qiáng)度。二是反射后面層裂縫，若不及時(shí)修補(bǔ)，雨水從裂縫內(nèi)向下滲透，水穩(wěn)的表面軟化，強(qiáng)度變低。瀝青砼和基層之間產(chǎn)生水膜，在車輛荷載反復(fù)沖擊下，會(huì)使瀝青面層底部與水穩(wěn)基層表面反復(fù)受力，就會(huì)使瀝青砼中粘附在碎石表面的瀝青剝離，基層的的表面碎石強(qiáng)度破壞隨著時(shí)間的推移，病害越來越嚴(yán)重，裂縫越來越寬，越來越深，最終會(huì)出現(xiàn)坑洞、條狀下沉、網(wǎng)狀碎裂、松散等，影響使用壽命。影響路面行車的安全性和舒適度。

2.裂縫產(chǎn)生的原因

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，水穩(wěn)基層裂縫有多種特征，但產(chǎn)生的原因大致有兩種：

2.1 干縮性裂縫

從水泥穩(wěn)定碎石壓實(shí)成型到攤鋪瀝青砼面層這段時(shí)間存在干縮裂縫。水泥穩(wěn)定碎石壓實(shí)成型到正常養(yǎng)護(hù)期期間，由于混合料本身拌和、養(yǎng)護(hù)時(shí)用水，水分蒸發(fā)以及混合料內(nèi)部水化反應(yīng)等發(fā)生的毛細(xì)管作用、分子間吸附作用力和碳化收縮作用等，引起基層混合料體積在一定程度趨于減小而收縮，出現(xiàn)拉裂的現(xiàn)象。

從基層養(yǎng)護(hù)期滿后到施工瀝青封層、攤鋪瀝青砼面層這段時(shí)間，如果間隔較長，溫度變化較大，或雨天和晴天交替，則基層料從“較干燥→飽水狀態(tài)→較干燥→飽水狀態(tài)”反復(fù)循環(huán)，多次重復(fù)干縮過程，積少成多，必然會(huì)在薄弱地方產(chǎn)生裂縫。

2.2溫縮性裂縫

材料都具有熱脹冷縮的性質(zhì)，水泥穩(wěn)定碎石基層屬半剛性體也不會(huì)例外。眾所周知，組成水穩(wěn)基層的材料有固相、液相和氣相體，有著不同的熱脹系數(shù)。在溫差作用下必然會(huì)產(chǎn)生體積變化，從而引起溫縮性裂縫。

3.裂縫的預(yù)防

3.1嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量

作為水泥穩(wěn)定基層用的碎石要求不是很高，很多巖礦都可作為基層碎石的料礦。高等級公路施工時(shí)碎石用量是很大的，每天的使用量一般料場的產(chǎn)量都不夠，于是很多施工單位就同時(shí)使用幾個(gè)料場進(jìn)料，并且由于儲(chǔ)料場地不足而又混堆進(jìn)行儲(chǔ)料。由于不同礦源篩網(wǎng)不同造成同一檔料內(nèi)各粒料數(shù)量不同，幾檔材料混合后，生產(chǎn)配合比經(jīng)常變化，極易超出上限或下限。

只使用一個(gè)料場做粗集料的料源，既能保證生產(chǎn)配合比與理論配合比吻合較好，也能保證最大干密度不至于經(jīng)常變化，有利于現(xiàn)場控制。

若一個(gè)料場不能滿足生產(chǎn)需要，必須同時(shí)使用多個(gè)料場，可以要求幾家料場生產(chǎn)材料時(shí)使用同樣尺寸的篩孔。這樣生產(chǎn)出來的各檔材料尺寸基本是相同的。

如果很難達(dá)到篩孔尺寸相同但用不得不使用多家石料時(shí)，可將各家的石料分開堆放，做好標(biāo)識(shí)，并分別做配合比設(shè)計(jì)。這一點(diǎn)非常重要。若用的是百家料而只用一個(gè)配合比來進(jìn)行施工控制，那么質(zhì)量控制無從談起。

加大原材料檢測頻率。嚴(yán)格控制材料的壓碎值、含泥量以及針片狀含量。必須按要求達(dá)到設(shè)計(jì)和施工規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，在壓碎值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的前提下，含泥量的控制非常重要。不僅可以提高壓實(shí)度，更重要的對減少收縮裂縫起到很大的作用。

水泥應(yīng)該采用緩凝水泥。緩凝水泥可以延遲施工時(shí)間，達(dá)到碾壓結(jié)束后水泥未初凝。確保施工質(zhì)量。

3.2嚴(yán)格控制級配曲線

嚴(yán)格按照施工規(guī)范和設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。在蚌固路改造工程中技術(shù)咨詢單位給出的控制范圍見下表：

合成級配曲線要盡量趨于控制曲線范圍（俗稱香蕉曲線）的下限。并應(yīng)盡量順滑。這樣的曲線說明材料的級配偏粗并很連續(xù)，容易達(dá)到粗粒徑、連續(xù)級配的要求。粗粒徑石料比細(xì)粒料的溫縮性要小。不易產(chǎn)生裂縫。連續(xù)級配能減少離析現(xiàn)象的產(chǎn)生，并能提高混合料的密實(shí)度和強(qiáng)度。如果混合料離析較多，各種材料分布不均勻，有的地方偏粗，有的地方偏細(xì)，溫縮系數(shù)差別很大，會(huì)造成裂縫的產(chǎn)生。

在控制級配曲線的同時(shí)，要嚴(yán)格控制小于0.075以下的顆粒含量。小于0.075重影響水穩(wěn)層的質(zhì)量。同時(shí)，當(dāng)細(xì)集料增加時(shí)，混合料的溫縮系數(shù)隨溫度降低的以下的顆粒含量增加時(shí)，不僅需增加水泥的用量，而且基層表面還容易起砂，嚴(yán)變化幅度越來越大。因此，規(guī)范中水泥穩(wěn)定土的顆粒組成范圍規(guī)定：集料中0.5mm以下細(xì)粒土有塑性指數(shù)時(shí)，小于0.075以下的顆粒含量不應(yīng)超過5%，細(xì)粒土無塑性指數(shù)時(shí)，小于0.075以下的顆粒含量不應(yīng)超過7%。一般施工中基層合成集料級配中0.075mm以下顆粒含量不宜大于4.0%。這樣不但可以減小水泥穩(wěn)定粒料的收縮性，而且還可以提高壓力水對基層的抗沖刷能力。

建議拌合站配料倉使用五個(gè)進(jìn)料斗。這樣比一般的四個(gè)進(jìn)料斗更加容易控制混合料的合成級配。料斗口必須安裝鋼筋網(wǎng)蓋，篩除超出粒徑規(guī)格的集料及雜物。

3.3嚴(yán)格控制壓實(shí)度

水穩(wěn)碎石壓實(shí)度的好壞不但影響基層的干縮性，還直接影響到基層的耐凍性。要有足夠的碾壓設(shè)備保障達(dá)到壓實(shí)效果。我們規(guī)范規(guī)定的最大干密度是采用重型擊實(shí)法在試驗(yàn)室做出來的。其實(shí)我們現(xiàn)在在施工現(xiàn)場碾壓設(shè)備的功率都是很大的，而且都采用大功率震動(dòng)壓路機(jī)，碾壓的成型效果比試驗(yàn)室里重型擊實(shí)法做出來的要好。因?yàn)橹匦蛽魧?shí)法只是模仿光輪壓路機(jī)的碾壓效果完成的。在其他地區(qū)有的使用震動(dòng)成型法試驗(yàn)來做配合比設(shè)計(jì)。做出來的最大干密度就比較大。一般是重型擊實(shí)法的1.01倍。所以，我們一般要求壓實(shí)度要達(dá)到99%以上。

提高壓實(shí)度要求，增加混合料的密實(shí)性，可以增加材料的嵌擠力和內(nèi)膜阻力，提高強(qiáng)度。相對來說可以降低水泥劑量，控制裂縫的發(fā)生。

3.4 嚴(yán)格控制水泥用量和碾壓時(shí)的最佳含水量

一般的水泥穩(wěn)定碎石基層，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度通常為3～5Mpa。設(shè)計(jì)強(qiáng)度愈高，所需水泥用量越大?；鶎觿傂栽酱?，混合料的收縮系數(shù)增大，越易產(chǎn)生干縮性裂縫。所以我國規(guī)范規(guī)定水泥劑量≦5%。通過配合比設(shè)計(jì)，主要從原材料的質(zhì)量、細(xì)集料的含量、各種材料的比例等方面提高混合料的強(qiáng)度，七天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度以不大于4.5Mpa為宜。盡量減少水泥的用量，不應(yīng)大于5%。

水泥穩(wěn)定碎石基層干縮應(yīng)變隨混合料的含水量增加而增大。施工碾壓時(shí)含水量越大，結(jié)構(gòu)層越易產(chǎn)生干縮性裂縫。即使鋪筑了瀝青面層，在旱季或冬季也可能產(chǎn)生干燥裂縫。因此在施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)天氣情況適當(dāng)增加或減少拌和用水量。確保碾壓結(jié)束時(shí)。例如，在夏天施工氣溫較高，即使在同一天施工，混合料的拌和用水量也應(yīng)早、中、晚各不相同，并且，還要根據(jù)運(yùn)距遠(yuǎn)近、運(yùn)輸車輛配置情況不斷的調(diào)整，確保碾壓時(shí)混合料接近并略大于最佳含水量。

攤鋪完成后，要及時(shí)用土工布等覆蓋并進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，防止基層因混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用和水分的過分蒸發(fā)引起表面的干縮性裂縫現(xiàn)象。如果在冬天施工溫度較低，則可以用一層塑料薄膜再加上二層土工布覆蓋保溫，不需要灑水養(yǎng)護(hù)。

可能的情況下，養(yǎng)護(hù)期結(jié)束，立即進(jìn)行瀝青封層或透層的施工，及時(shí)攤鋪瀝青砼面層，這樣水穩(wěn)基層露裸在外面風(fēng)吹日曬雨淋的時(shí)間短，能有效地減少“多次重復(fù)干縮”產(chǎn)生的裂縫。這個(gè)措施是非常有效的。

3.4 選擇有利的季節(jié)或時(shí)間進(jìn)行水穩(wěn)基層的施工

水穩(wěn)基層施工最好選擇在年平均氣溫時(shí)期施工。由于此時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度應(yīng)力較小，水穩(wěn)層不易產(chǎn)生熱脹冷縮的現(xiàn)象。施工時(shí)的氣溫與一年中最冷或最熱時(shí)的溫差越大，越易產(chǎn)生溫縮性裂縫。

如果在夏天酷暑條件下施工，最好能選擇在早晚的時(shí)間，盡可能避開中午時(shí)間進(jìn)行攤鋪，并要加強(qiáng)覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，保證水穩(wěn)層處于濕潤狀態(tài)。

冬天氣溫低于5℃時(shí)，盡量不進(jìn)行水穩(wěn)基層的施工。在有冰凍的地區(qū)，應(yīng)在第一次重冰凍（-3～-5℃）到來之前半個(gè)月到一個(gè)內(nèi)完成。

4.基層出現(xiàn)裂縫后的處理技術(shù)

基層頂面出現(xiàn)裂縫后，常用的處治方案包括開槽灌縫、條帶貼縫（采用聚酯玻纖布、玻纖格柵等）、高分子抗裂貼處治、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層等。

下面介紹一下聚脂玻纖布處理裂縫的技術(shù)。

4.1聚脂玻纖布基本的物理性質(zhì)應(yīng)滿足下表的要求

4.2聚酯玻纖布施工工藝

結(jié)合聚酯玻纖布已有的工程實(shí)例可知，聚酯玻纖布施工簡便，既可以采用人工攤鋪，也可以采用輔助機(jī)械攤鋪。具體操作方法如下：

（1）清理裂縫兩側(cè)基層表面。首先用清潔工具將裂縫兩側(cè)水穩(wěn)碎石表面清掃干凈，將尖銳的部分鏟除，貼縫前，基層表面應(yīng)干燥，沒有污物，塵土和碎石。裂縫內(nèi)的雜物應(yīng)用高壓空氣清除，較小裂縫用瀝青填縫。對于較嚴(yán)重的采用瀝青混凝土填平。

（2）噴灑改性熱瀝青粘層。聚酯玻纖布宜采用改性熱瀝青粘附，粘層油的用量宜控制在0.6～0.8㎏/m2之間；熱瀝青的噴灑溫度應(yīng)控制在160℃～180℃之間；噴灑機(jī)械宜選用智能灑布機(jī)械噴灑，熱瀝青的噴灑寬度宜超出聚酯玻纖布鋪設(shè)寬度5cm～10cm左右；施工的關(guān)鍵工序是噴灑瀝青粘層，噴灑要均勻，切忌粘層油量不足或條狀噴灑。

（3）鋪設(shè)聚酯玻纖布。聚脂玻纖布鋪設(shè)應(yīng)平整無折、皺，在鋪灑瀝青粘層油后及時(shí)將聚酯玻纖布對稱鋪設(shè)在裂縫兩側(cè)，保證裂縫兩側(cè)的布寬約50cm，鋪設(shè)可采用人工及機(jī)械鋪設(shè)。

（4）下封層施工。聚脂玻纖布鋪設(shè)完成后進(jìn)行下封層施工。

4.3 施工注意事項(xiàng)

（1）灑布改性熱瀝青粘層油時(shí)，施工溫度應(yīng)在5℃以上，改性熱瀝青的溫度保持在160～180℃。雨天和雨后路面潮濕時(shí)不得噴灑改性熱瀝青，必須等路面干燥后方可施工。

（2）聚酯玻纖布要隨粘層油的噴灑而同時(shí)展開，可以避免改性熱瀝青的溫度下降太多。鋪設(shè)后及時(shí)用滾筒等工具將聚酯玻纖布壓實(shí)在粘層油上。

（3）聚酯玻纖布不分正反面，可以按任意需要鋪裝，但是儲(chǔ)存過程中應(yīng)避免潮濕。若在鋪裝過程中出現(xiàn)褶皺或者打折現(xiàn)象，及時(shí)用工具刀割開以保證聚酯玻纖布與粘層油的良好的粘結(jié)效果。

（4）由于聚酯玻纖布的硬度比較高，在彎道安裝時(shí)，遇到褶皺及時(shí)將其割開，搭接寬度大于15cm。

（5）聚酯玻纖布攤鋪后，在瀝青粘層油未冷卻至常溫下，任何車輛或行人不得進(jìn)入。

（6）瀝青混合料的攤鋪時(shí)，運(yùn)輸車輛不得在聚酯玻纖布位置急剎或轉(zhuǎn)彎。。

參考文獻(xiàn)

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