水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生收縮裂縫的原因及對策

孫國一

（中交一公局集團有限公司，北京 100024）

0 引 言

水泥穩(wěn)定碎石常用于各級公路的基層、底基層，具有足夠的強度和穩(wěn)定性、較小的收縮（溫縮、干縮）變形和較強的抗沖刷能力。在施工時水泥穩(wěn)定碎石基層經(jīng)常會產(chǎn)生橫向裂縫，以往的研究大多數(shù)從項目管理、級配、原材料質(zhì)量及溫差等方面進行整體性分析［1－6］，本文主要對比行業(yè)標準和地方標準的差異，分析、總結(jié)配合比對收縮裂縫產(chǎn)生的影響。

1 工程概況

國道107官渡黃河大橋工程位于新鄉(xiāng)市原陽縣、鄭州市中牟縣境內(nèi)，路線全長31．775km，采用一級公路技術(shù)標準，設(shè)計速度為100km·h－1。本項目路面結(jié)構(gòu)由上至下為：16cm厚瀝青混凝土、36cm厚基層、18cm厚底基層。底基層選用3檔備料，基層選用4檔備料；細集料中小于0．075mm的顆粒含量不小于15%，塑性指數(shù)不大于12。底基層7d無側(cè)限抗壓強度標準為4MPa，基層為6MPa；底基層劈裂強度不小于0．35MPa，基層不小于0．5 MPa；底基層水泥劑量不超4%，基層不超5%。

路面水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層設(shè)計按《公路路面基層施工技術(shù)細則》（JTG／T F20—2015）和《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2006）要求選用混合料級配，基層選用CB－2或 CB－3，底基層選用 CB－1，具體見表1。為防止離析并考慮級配連續(xù)，施工時底基層選用4檔料。工程一分部施工配合比見表2，二分部施工配合比見表3。

表1 設(shè)計級配

表2 一分部施工配合比 kg·m－3

表3 二分部施工配合比 kg·m－3

2 裂縫基本情況

水穩(wěn)施工完成3個月后逐漸有裂縫產(chǎn)生，經(jīng)過裂縫排查，獲得基本情況如下。

（1）一分部水穩(wěn)下基層出現(xiàn)了規(guī)律性的橫向裂縫，水穩(wěn)底基層裂縫較少，大部分在水穩(wěn)基層，平均每公里出現(xiàn)37道，平均間距為30～40m，個別路段為20～30m，比較集中的段落為K3＋800～K4＋800段和K7＋500～K7＋655段。

（2）二分部水穩(wěn)底基層裂縫分布比較均勻，平均每公里出現(xiàn)22道，平均間距為40～50m，個別路段為20～30m，比較集中的段落為K20＋700～K21＋500段。

（3）以上裂縫均為橫向裂縫，寬度為1～2mm且大部分為貫通型裂縫。

3 裂縫產(chǎn)生的原因分析

3．1 試驗分析

為驗證裂縫對路面承載能力的影響，項目對開裂路段進行了現(xiàn)場取芯（裂縫處和裂縫附近取芯），檢測混合料級配、無側(cè)限抗壓強度、劈裂強度、彎沉等，結(jié)果如下。

（1）無側(cè)限抗壓強度：一分部底基層平均值為5．1MPa，代表值為4．6MPa，下基層平均值為7．9 MPa，代表值為7．4MPa；二分部底基層平均值為8．6MPa，代表值為7．9MPa；均滿足設(shè)計要求。

（2）劈裂強度：一分部底基層平均值為0．55 MPa，代表值為0．48MPa，下基層平均值為0．81 MPa，代表值為0．72MPa；二分部底基層平均值為0．88MPa，代表值為0．83MPa；均滿足設(shè)計要求。

（3）集料級配：檢測結(jié)果見表4、圖1。

表4 基層水洗篩分結(jié)果

圖1 集料級配檢測結(jié)果

（4）彎沉值：采用貝克曼梁（SY－YQ－090）進行檢測，評定結(jié)果見表5。

表5 彎沉評定結(jié)果

3．2 水穩(wěn)開裂的主要原因

水穩(wěn)基層、底基層出現(xiàn)裂縫與環(huán)境溫度有關(guān)，與汽車荷載作用無關(guān)，因而定性為收縮裂縫。影響收縮裂縫的主要因素包括配合比、施工是否連續(xù)、養(yǎng)生條件等［7－10］。

3．2．1 級配技術(shù)標準

項目施工采用交通運輸部頒發(fā)的行業(yè)標準《公路路面基層施工技術(shù)細則》（JTG／T F20—2015）和《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2006），沒有充分考慮地理、環(huán)境等的影響，針對性不強。

3．2．2 級配范圍

為了杜絕收縮開裂，應設(shè)法讓水泥穩(wěn)定碎石收縮限制在骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)部。從表2、3可看出，一分部和二分部的20～30mm集料用量分別為26%、28%，而依據(jù)項目在河南其他高速公路的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)采用河南省地方標準《公路水泥穩(wěn)定碎石抗裂設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（DB41／T 864—2013）規(guī)定級配的水穩(wěn)基層橫向裂縫較少。經(jīng)過數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)行業(yè)標準級配范圍要求較寬（圖2）。

同時，相關(guān)資料表明，4．75mm臨界篩孔通過率超過30%極易形成懸浮結(jié)構(gòu)。從現(xiàn)場取樣篩分結(jié)果也可看出，施工采用的級配雖然滿足行業(yè)標準級配要求，但大部分沒有達到地方標準級配要求，例如4．75～9．5mm集料用量為17．7%，超過地方標準12%的要求，抗裂性能較差。

3．2．3 水泥劑量

水泥劑量越大，收縮越嚴重，設(shè)法降低水泥用量是防止收縮開裂最有效的途徑。行業(yè)標準設(shè)計水泥劑量為4．5%～6%，而地方標準設(shè)計水泥劑量為3%～3．5%，因此行業(yè)標準易產(chǎn)生收縮裂縫

圖2 行業(yè)標準與地方標準級配曲線對比

當前水泥劑量設(shè)計采用靜壓法制備試件，其7d強度不足振動法制備試件的1／2。也就是說，4．5%水泥劑量靜壓試件抗壓強度代表值為6．8MPa，實際振動法試件的強度達到13．6MPa。顯然，采用靜壓法制備試件進行級配設(shè)計，水泥劑量過大，現(xiàn)場強度過高，這是導致收縮裂縫嚴重的主要原因之一。

3．2．4 振動成型

與行業(yè)標準相比，地方標準選擇垂直振動試驗方法的參數(shù)更為齊全。行業(yè)標準僅規(guī)定了工作頻率、激振力和靜面壓力，無法描述振動儀工作狀態(tài)，且壓實控制標準與實際施工不吻合，不易操作；而地方標準壓實儀具有惟一性，規(guī)定的參數(shù)與實際施工效果相匹配，實際芯樣相關(guān)性可達93%。

3．2．5 施工情況

水泥遇水凝結(jié)硬化，溫度越高凝結(jié)硬化越快。水泥穩(wěn)定碎石碾壓要求在初凝之前完成，而施工期5月下旬至9月中旬當?shù)貧鉁剌^高，水泥凝結(jié)硬化較快，若施工過程因運輸車輛不足或現(xiàn)場攤鋪過慢等原因中斷，必然會造成隱性施工縫。一旦遇到降溫，隱性施工縫就可能出現(xiàn)拉裂張開。

3．2．6 養(yǎng)生

灑水保濕養(yǎng)生非常重要，水泥穩(wěn)定碎石只能在有水的條件下強度才持續(xù)增長，7d強度約為極限強度的45%，28d強度約為極限強度的75%。當下基層施工完畢而上一結(jié)構(gòu)層未能及時覆蓋時，養(yǎng)生只有7d，顯然強度幾乎停止增長，一旦遇到低溫收縮產(chǎn)生應力超過其強度時便會開裂。

4 水穩(wěn)裂縫處治對策

4．1 已施工水泥穩(wěn)定碎石裂縫的處治措施

下結(jié)構(gòu)層施工前，應防止水沿裂縫滲入，否則會在施工車輛或社會車輛作用下造成唧泥翻漿，造成水穩(wěn)層脫空，并進一步使裂縫邊緣碎裂。

采用騎縫方式在裂縫兩側(cè)各灑布30cm熱瀝青，厚度不小于5mm；或在裂縫處沿裂縫長度鋪設(shè)15～20cm長的玻璃纖維土工格柵，防止反射裂縫的發(fā)生。

4．2 未施工水泥穩(wěn)定碎石裂縫的防止措施

（1）設(shè)計依據(jù)。根據(jù)河南省地方標準《公路水泥穩(wěn)定碎石抗裂設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（DB41／T 864—2013）進行設(shè)計。

（2）配合比。最大干密度采用重型擊實方法設(shè)計值乘以1．03，或者以試驗段碾壓至密度不再增加時的實測密度除以0．99作為最大干密度。采用振動成型試件測試7d無側(cè)限抗壓強度來設(shè)計水泥劑量，底基層水泥劑量為3．0%，上下基層水泥劑量為3．5%。礦料19mm篩孔通過率控制在35%或更高；4．75mm篩孔通過率控制在30%～32%；4．75～9．5 mm篩孔通過率不得超過12%；0．075mm篩孔通過率控制在3%～5%。

（3）施工。做好嚴密施工組織，實現(xiàn)連續(xù)施工，確保拌合、運輸、攤鋪和碾壓各環(huán)節(jié)流水作業(yè)中任何環(huán)節(jié)不出現(xiàn)中斷，若有中斷應及時通知拌合場。排查各環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)離析的情況，并采取相應措施。嚴格執(zhí)行壓實工藝，確保壓實質(zhì)量。

（4）養(yǎng)生。養(yǎng)生到達7d后及時施工下一結(jié)構(gòu)層，施工時必須確保水泥穩(wěn)定碎石基層表面濕潤，并灑水泥漿；若養(yǎng)生7d后不能及時施工下一結(jié)構(gòu)層，灑水養(yǎng)生不少于28d，或者灑水養(yǎng)生至下一結(jié)構(gòu)層施工為止。

5 結(jié) 語

項目重新完善了水泥穩(wěn)定碎石施工配合比，并進行了試驗段施工、總結(jié)，經(jīng)過近3個月的觀察未發(fā)現(xiàn)橫向裂縫。

水泥穩(wěn)定碎石施工要做好事前預防、事中控制、事后總結(jié)，充分考慮工程所在地的環(huán)境特殊性和地方標準。通過采用完善后的施工配合比，節(jié)約了水泥用量，降低了施工成本，提高了施工質(zhì)量，并為行業(yè)施工提供了經(jīng)驗。預期可使水泥穩(wěn)定碎石的力學強度提高35%，減少裂縫數(shù)量80%，并節(jié)約水泥用量20%～30%，經(jīng)濟效益明顯，同時也提高了社會效益。