淺談水泥穩(wěn)定基層裂縫產(chǎn)生原因及控制措施

吳文利

摘要：水泥穩(wěn)定基層在高等級(jí)公路中應(yīng)用極為廣泛，但是，早期裂縫的出現(xiàn)，以及由此引起的瀝青層反射裂縫的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響道路的平整度和行駛的舒適性，加大了養(yǎng)護(hù)資金投入，對(duì)道路耐久性構(gòu)成了威脅。因此，如何防治水泥穩(wěn)定基層裂縫的產(chǎn)生是施工過(guò)程中需要解決的一個(gè)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定；基層；裂縫；原因；控制措施

引言

隨著我國(guó)公路建設(shè)的不斷增多，高等級(jí)公路建設(shè)也得以迅猛發(fā)展，特別是高等級(jí)瀝青路面有較多優(yōu)點(diǎn)，車輛行駛噪聲低，振動(dòng)小，感覺舒適。其優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好、易操作、抗疲勞能力強(qiáng)、遠(yuǎn)期成本低等。這種路面結(jié)構(gòu)卻普遍存在著裂縫較多的缺點(diǎn)，早期裂縫存在不僅影響水泥穩(wěn)定基層的整體性，并且必然降低結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度和剛度，鋪筑瀝青路面后將使瀝青面層出現(xiàn)反射裂縫，造成不同程度的路面病害，降低了道路的使用質(zhì)量和耐久性。

1.水泥穩(wěn)定基層裂縫對(duì)道路的危害

水泥穩(wěn)定碎石基層具有強(qiáng)度高、造價(jià)低、整體性及水穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)公路建設(shè)中得到了廣泛的運(yùn)用：但它在運(yùn)營(yíng)期間易產(chǎn)生干縮和低溫收縮裂縫，在交通荷載的重復(fù)作用下，水泥穩(wěn)定碎石基層的這種收縮裂縫很容易擴(kuò)展到瀝青面層而形成反射裂縫。反射裂縫一旦產(chǎn)生，不僅影響路面的美觀和行車舒適性，更重要的是大大的縮短了路面的使用壽命。

由于水泥穩(wěn)定碎石基層材料屬于水硬性材料，當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石基層建成以后，其內(nèi)部的物理化學(xué)反應(yīng)要持續(xù)一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，強(qiáng)度和剛度隨著齡期的增長(zhǎng)而不斷加強(qiáng)。水泥穩(wěn)定碎石材料的溫度和溫縮裂縫，而其下臥層與該層之間的磨阻力作用抑制了其收縮，從而在水泥穩(wěn)定碎石基層內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)則發(fā)生斷裂。這種裂縫多發(fā)生運(yùn)營(yíng)期初冬季節(jié)和施工期的夏季基層鋪筑后尚未覆蓋瀝青面層之前。

當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石基層開裂以后，在瀝青面層與半剛性基層層間的裂縫處形成一個(gè)薄弱點(diǎn)，在使用過(guò)程中，由于荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力的共同作用下，在該點(diǎn)的瀝青面層底面產(chǎn)生應(yīng)力集中，如瀝青面層較薄則會(huì)引起開裂。隨之，在行車和大氣因素的反復(fù)作用下，裂縫逐漸向上擴(kuò)展，直至瀝青表面。這種裂縫通常稱為反射裂縫。反射裂縫一般為橫向裂縫，其間距大小取決于當(dāng)?shù)貧夂驐l件、瀝青面層的厚度，以及瀝青面層材料的抗裂性能。當(dāng)日溫差變化較大，瀝青面層較薄、半剛性基層和瀝青面層材料的抗裂性能較差時(shí)，則裂縫間距較??；反之，則較大。

反射裂縫不僅使路面使用性能老化，影響行車舒適性，而且導(dǎo)致路表水下浸，影響到整個(gè)路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定陛。更為重要的是，在行車荷載反復(fù)作用和周期性變化環(huán)境溫度的影響下，常常使得裂縫迅速向四周擴(kuò)展，大大縮短面層的使用壽命。

2.水泥穩(wěn)定基層裂縫原因分析

2.1路基不均勻沉降產(chǎn)生裂縫

正常情況下路基施工完成后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行沉降觀測(cè)，沉降速率小于規(guī)定的要求時(shí)方可進(jìn)行路面施工，由于工期緊、任務(wù)重，路基工程一結(jié)束馬上進(jìn)行路面工程的大規(guī)模施工，這就導(dǎo)致路面施工過(guò)程中由于路基的不均勻沉降引起基層裂縫的產(chǎn)生，特別是高填方、填挖交界和橋頭臺(tái)背回填等位置，都表現(xiàn)為在相同或不同，施工時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)左右幅對(duì)稱性橫向裂縫或縱向不規(guī)則裂縫，且整個(gè)結(jié)構(gòu)全部斷裂。

2.2干縮裂縫

水泥穩(wěn)定碎石混合料在施工中隨著水分的減少及混合料硬化時(shí)體積的收縮變形，產(chǎn)生均勻縱橫向的干縮裂縫，它產(chǎn)生的原因主要和水泥、水與礦石集料之間所占的比重有關(guān)。水泥越多，水泥與水起水化反應(yīng)的作用越強(qiáng)，消耗水分越大，干縮也越大。集料中的細(xì)料成分越多，則所需水分越多，干縮也越大；水泥穩(wěn)定碎石基層施工時(shí)氣溫太高引起表面水分散發(fā)太大，也會(huì)引起干縮裂縫?；鶎邮┕r(shí)由于拌和機(jī)出現(xiàn)故障，所拌的混合料時(shí)濕時(shí)干，水泥時(shí)多時(shí)少，引起干縮裂縫較為明顯，但干縮裂縫多是局部裂縫。

2.3溫縮性開裂

溫度收縮裂縫發(fā)生的較多，比較有規(guī)律，絕大部分為橫向裂縫。且為上下貫通，裂縫冬季較大，夏季微小，裂縫間有一定的間隔，盡管間距不等，但還是比較有規(guī)律。主要原因是由氣溫驟升驟降形成溫差太大。當(dāng)氣溫驟然升降時(shí)，水泥穩(wěn)定基層的表面溫度和水泥穩(wěn)定基層內(nèi)部溫度不一致時(shí)，產(chǎn)生的收縮量也不一致，當(dāng)他們之間的收縮應(yīng)力大于水泥穩(wěn)定基層的抗拉強(qiáng)度時(shí)，自然而然產(chǎn)生了開裂現(xiàn)象。

2.4水泥泥劑量過(guò)大或不穩(wěn)定

《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》中明確指出，水泥劑量在5%-6%時(shí)，其收縮量最小。但在半剛性基層施工中，施工單位為了追求取芯效果，水泥劑量一般采用上限，加之水泥穩(wěn)定基層類拌和設(shè)備在拌和過(guò)程中存在不穩(wěn)定現(xiàn)象，水泥拌和不均勻，導(dǎo)致基層強(qiáng)度比規(guī)范要求高出大約30%，收縮系數(shù)增大，溫縮裂縫和干縮裂縫增多，在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制水泥劑量上限，保證強(qiáng)度符合規(guī)范要求即可。

2.5含水量過(guò)大

由于拌和時(shí)用水量不準(zhǔn)，造成水灰比時(shí)大時(shí)小，混合料性能不穩(wěn)定，致使基層的強(qiáng)度存在差異，增大了裂縫產(chǎn)生的機(jī)率。

2.6養(yǎng)生工作不到位

養(yǎng)生的目的是為了防止水份快速地蒸發(fā)，確?；鶎拥目箟簭?qiáng)度及抗折強(qiáng)度，但受炎熱、干燥或大風(fēng)天氣的影響，使水份蒸發(fā)得特別快，水車養(yǎng)生難以保證養(yǎng)生質(zhì)量，從而造成基層混合料干縮變形，產(chǎn)生裂縫。養(yǎng)生不到位，施工中溫度高，灑水不及時(shí)，水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層頂面與底部溫差大，溫縮裂縫和干縮裂縫密集。

2.7網(wǎng)狀裂縫

水泥穩(wěn)定碎石產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫的部位多在排水檢查井、電信井、自來(lái)水井等結(jié)構(gòu)物的周圍。初期時(shí)僅為網(wǎng)狀細(xì)裂紋，隨著時(shí)間的推移，裂紋處基層內(nèi)部的水分繼續(xù)蒸發(fā)，裂紋逐漸發(fā)展成為發(fā)散形裂縫。在外力作用下，基層呈塌陷狀。究其原因，一是檢查井周圍壓實(shí)度未得到真正的保證，存在著不均勻沉降的隱患。二是檢查井是大型壓路機(jī)工作面的死角，尤其是集料粒徑偏粗時(shí)，基層本身的壓實(shí)度也難以保證，故強(qiáng)度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而檢查井周圍是溫度應(yīng)力、彎拉應(yīng)力的集中區(qū)，在外力的綜合作用下，基層就被破壞，產(chǎn)生裂紋進(jìn)而發(fā)展成裂縫。

2.8材料級(jí)配

混合料級(jí)配控制偏細(xì)，以至于不能形成有效的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)以阻止裂縫的產(chǎn)生。

3.水泥穩(wěn)定基層裂縫的防治措施

3.1嚴(yán)格控制級(jí)配和壓實(shí)度

作為水泥穩(wěn)定基層用的碎石要求不是很高，規(guī)范中只有4個(gè)指標(biāo)：相對(duì)密度、壓碎值、有機(jī)質(zhì)含量、硫酸鹽含量。因此很多巖礦都可作為基層碎石的料礦。高速公路基層石用量是很大的，而一般外購(gòu)的一個(gè)石料場(chǎng)的產(chǎn)量卻很小，就必須同時(shí)使用幾個(gè)料場(chǎng)進(jìn)料，并且由于儲(chǔ)料場(chǎng)地不足而又混堆儲(chǔ)料，這就產(chǎn)生兩個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題：一是由于不同礦源篩網(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。二是各料場(chǎng)碎石的密度不同，在確定最大干密度時(shí)帶來(lái)很大的困難，無(wú)法在幾種混合料中得到一個(gè)最具代表性的最大干密度，最終導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行正常壓實(shí)度檢測(cè)和控制，壓實(shí)度經(jīng)常超過(guò)100%或小于極限值。

如果只使用一個(gè)巖礦做粗集料的料場(chǎng)，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，有利于壓實(shí)度的現(xiàn)場(chǎng)控制。事實(shí)證明，水泥穩(wěn)定碎石基層級(jí)配和壓實(shí)度的好壞，不但影響水泥穩(wěn)定基層的干縮性，而且還影響到水泥穩(wěn)定基層的耐凍性。所以，控制好級(jí)配和壓實(shí)度可預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。

3.2嚴(yán)格控制水泥用量

在施工過(guò)程中，要嚴(yán)格控制好水泥穩(wěn)定基層的水泥劑量。水泥穩(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)強(qiáng)度一般為3-5MPa，相應(yīng)水泥用量為5%-6%。如果水泥劑量太小，水泥穩(wěn)定基層強(qiáng)度則不能滿足承載力要求；而水泥用量越大，其水化作用越強(qiáng)，收縮也越大，水泥穩(wěn)定碎石基層越容易產(chǎn)生橫向干縮裂縫。干縮裂縫一般表現(xiàn)為20-30m/道，嚴(yán)重3-5m/道，基本呈現(xiàn)規(guī)律變化。因此，在保證強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量使水泥用量控制在經(jīng)濟(jì)、合理的目標(biāo)上。

3.3含水量控制

水泥穩(wěn)定基層是水泥與集料的水化凝結(jié)硬化的產(chǎn)物。含水量的控制影響到壓實(shí)度的保證和裂縫的產(chǎn)生。考慮到混合料在運(yùn)輸、碾壓過(guò)程中還有水分散失，尤其夏季施工時(shí)水分蒸發(fā)快，施工過(guò)程中對(duì)水的含量應(yīng)控制在比最佳含水量大1%左右。含水量過(guò)小時(shí)，基層表層松散，碾壓容易起皮，難以壓實(shí)；含水量過(guò)大碾壓時(shí)粘輪，表面起拱，而且基層成型后水分散失愈多，形成的裂縫愈多。所以，施工過(guò)程中含水量要控制適宜。

水箱要求裝配高精度電子動(dòng)態(tài)計(jì)量器，電子動(dòng)態(tài)計(jì)量器應(yīng)經(jīng)有資質(zhì)的計(jì)量部門進(jìn)行計(jì)量標(biāo)定后方可使用，保證含水量穩(wěn)定。

拌和時(shí)應(yīng)根據(jù)集料和混合料含水量的大小，及時(shí)調(diào)整加水量，拌和機(jī)加水裝置處應(yīng)有專人嚴(yán)格管理。

運(yùn)料車裝料出廠時(shí)，為防止表層混合料含水量損失過(guò)多，特別是在氣溫較高、陽(yáng)光充足和有風(fēng)的氣候條件下，車廂必須覆蓋，并應(yīng)盡快將拌和的混合料運(yùn)送到鋪筑現(xiàn)場(chǎng)，減少水分損失，從拌和到碾壓完成的延遲時(shí)間不能超過(guò)2h。

施工單位必須隨時(shí)檢測(cè)所用集料的含水量，并根據(jù)集料的含水量以及天氣等因素及時(shí)調(diào)整水穩(wěn)材料的加水量，控制水穩(wěn)材料的生產(chǎn)質(zhì)量。有條件時(shí)，要對(duì)4.75mm以下的細(xì)集料進(jìn)行遮蓋，以保證其含水量不出現(xiàn)大的波動(dòng)。

水泥穩(wěn)定基層混合料含水量要根據(jù)天氣情況，通過(guò)試驗(yàn)段施工確定，以最佳含水量為控制要求，初始含水量過(guò)大，振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)過(guò)程中，水泥漿上浮，導(dǎo)致干縮裂縫出現(xiàn)增加，拌和站含水量檢測(cè)要根據(jù)天氣情況提高檢測(cè)頻率，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間總結(jié)后，確定含量水量調(diào)整方式，確保水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料在最佳含水量規(guī)定范圍內(nèi)完成壓實(shí)，在基層施工前，下承層要充分灑水，保證水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石下層混合料中水泥充分水化。

3.4離析的控制

施工過(guò)程中，混合料表面碾壓完成后出現(xiàn)的局部塊狀或者條狀離析現(xiàn)象對(duì)基層裂縫的產(chǎn)生也會(huì)有一定的影響，因?yàn)殡x析就是粗、細(xì)集料分離，細(xì)集料集中的地方就容易產(chǎn)生裂縫；因此應(yīng)該從以下幾個(gè)方面防止攤鋪離析現(xiàn)象：

（1）拌和機(jī)出料時(shí)，運(yùn)輸車輛應(yīng)分前、后、中移動(dòng)三次裝料，以減少裝料過(guò)程中粗、細(xì)集料離析。

（2）攤鋪機(jī)應(yīng)保持連續(xù)、緩慢、勻速的攤鋪，盡量避免攤鋪機(jī)等料現(xiàn)象，等料處容易發(fā)生塊狀離析；螺旋布料器應(yīng)緩慢勻速旋轉(zhuǎn)且其中料位應(yīng)位于其2/3高度；攤鋪過(guò)程中盡量減少攤鋪機(jī)收斗攏料次數(shù)，刮板輸送器裸露時(shí)禁止收斗。

（3）為防止攤鋪機(jī)機(jī)械離析，可在攤鋪機(jī)變速箱處和螺旋掛桿處安裝反向葉片，并根據(jù)實(shí)際情況可以調(diào)整反向葉片的角度。

3.5養(yǎng)護(hù)控制

水泥穩(wěn)定碎石基層碾壓成型后應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)，由于水分參與了水泥的水化反應(yīng)，所以充足及時(shí)的養(yǎng)護(hù)是保證水泥穩(wěn)定基層強(qiáng)度和避免干裂不可缺少的方法?？梢圆捎貌荽⒙榇蛩芰媳∧じ采w等養(yǎng)護(hù)方法，保持基層在養(yǎng)護(hù)期間不直接暴露在外。養(yǎng)生期結(jié)束后，如果不及時(shí)鋪筑瀝青封層（透層）和瀝青面層而讓其曝曬，同樣會(huì)散失水分，產(chǎn)生干縮裂縫。

基層過(guò)冬時(shí)，應(yīng)采取冬季覆蓋保溫措施，以防止基層開裂或表面受損，可采取先鋪塑料薄膜后覆蓋粘土的措施，減少和避免因溫差過(guò)大產(chǎn)生溫縮裂縫。

3.6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)氣溫變化不大，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(rùn)狀態(tài)。

冬天氣溫低于5時(shí)，一般不能進(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(lái)之前半個(gè)月到一個(gè)月內(nèi)完成。

總而言之，水泥穩(wěn)定基層是路面的承重層，對(duì)路面荷載起著支承作用，如果施工中沒有控制好，出現(xiàn)早期裂縫，以及由此引起的瀝青面層反射裂縫的出現(xiàn)，將嚴(yán)重影響道路的平整度和行駛舒適性，加大了養(yǎng)護(hù)資金投入，對(duì)道路耐久l陛構(gòu)成了威脅。因此，水泥穩(wěn)定基層的質(zhì)量極其重要。

4.結(jié)語(yǔ)

水泥穩(wěn)定基層裂縫問(wèn)題是目前公路建設(shè)領(lǐng)域一個(gè)典型性的問(wèn)題也是一個(gè)長(zhǎng)期困攏性的問(wèn)題。要嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，否則，影響路面的使用奉命，同時(shí)，給后期的養(yǎng)護(hù)工作帶來(lái)不必要的費(fèi)用。