瀝青路面半剛性基層裂縫關(guān)鍵技術(shù)研究

曹 鵬，朱嘯山

(河南省公路工程局集團有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

半剛性基層是最常見的一種瀝青路面基層形式，其特點為抗壓強度高、穩(wěn)定性好、施工成本低等，因此，在公路工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于半剛性基層具有較大膨縮系數(shù)，很容易出現(xiàn)收縮裂縫，從而產(chǎn)生面層反射裂縫，當(dāng)基層滲入水后很難及時排出，甚至?xí)p壞路基路面。在外界自然環(huán)境的長期作用下，半剛性基層強度將大幅下降，引發(fā)大量病害問題，嚴(yán)重危害行車舒適性和安全。為此，必須重視半剛性基層瀝青路面裂縫問題，根據(jù)工程實際情況，合理選擇處理措施，保證工程施工質(zhì)量。

1 半剛性基層裂縫產(chǎn)生機理

1.1 水泥穩(wěn)定碎石基層開裂機理

半剛性基層是由多種材料混合碾壓而形成的板體結(jié)構(gòu)，主要材料包括無機結(jié)合料、骨料、細(xì)集料等。因為混合料自身材料存有一定缺陷，內(nèi)部材料分布不均，在外界荷載和自然因素等作用下，很容易出現(xiàn)受力不均現(xiàn)象，此外還會產(chǎn)生疲勞應(yīng)力。在應(yīng)力集中位置便會出現(xiàn)微裂縫，隨著公路使用年限的不斷增加，裂縫將進一步發(fā)展，最終形成貫通整個基層厚度的裂縫，引起基層開裂。

1.2 反射裂縫的產(chǎn)生機理

施工結(jié)束后，在行車荷載和自然因素等影響下，水泥穩(wěn)定碎石基層受力不均從而形成裂縫。一般來講，半剛性基層內(nèi)部裂縫主要存在2種類型的裂縫，一種為宏觀裂縫，一種為微觀裂縫。在鋪筑瀝青面層前期，宏觀裂縫已大量存在于半剛性基層，在行車荷載長期作用下，基層裂縫頂端和瀝青面層底部相連接處將會出現(xiàn)應(yīng)力集中或應(yīng)力消除現(xiàn)象，從而產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，在應(yīng)力作用下，瀝青面層內(nèi)部微裂縫不斷發(fā)展，最終將整個瀝青面層貫穿，形成反射裂縫。

1.3 瀝青面層裂縫的產(chǎn)生機理

由于混合料無法均勻混合，在瀝青混凝土內(nèi)部極易出現(xiàn)大量細(xì)小裂縫。在荷載和溫度等因素影響下，瀝青路面內(nèi)部裂縫部位將會形成應(yīng)力集中情況。外界荷載卸除或溫度發(fā)生變化后，應(yīng)力集中現(xiàn)象將隨之消除。當(dāng)出現(xiàn)新的外界荷載和溫度變化情況同樣會再次出現(xiàn)應(yīng)力集中，在此反復(fù)作用下，路面極易產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，從而引發(fā)疲勞裂縫，最終形成由上到下的貫穿裂縫，被叫作瀝青路面Top-Down。

2 工程概況

某公路工程為雙向四車道工程，隨著沿線經(jīng)濟的迅速發(fā)展，交通量越來越多，且重載超載現(xiàn)象嚴(yán)重。據(jù)現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，該路段出現(xiàn)了大量病害問題，包括車轍、裂縫、松散等。其中，裂縫問題最為嚴(yán)重，經(jīng)檢測分析，多為基層裂縫。為此，本文提出了采用抗裂縫劑用于穩(wěn)定碎石基層防裂施工。為保證施工效果，本文以抗裂縫劑水泥穩(wěn)定碎石基層試驗段和普通水泥穩(wěn)定碎石基層試驗段進行對比分析。

3 試驗段施工技術(shù)要點

3.1 拌和

基層施工中拌和是最主要的一道工序，水泥用量、含水量、級配等都是控制要點。拌和施工中，要時刻關(guān)注水泥含量，做好定時抽檢工作，若不符合規(guī)定要求，則須及時處理，避免出現(xiàn)混合料質(zhì)量不合格現(xiàn)象。

3.2 運輸

運料前，先清理干凈運料車廂，并將一層隔離劑均勻涂抹到車廂四周和底板。裝料時，需前、中、后多次移動裝料，避免材料離析。為避免混合料運輸過程中溫度散失過快，或水分蒸發(fā)過快，需覆蓋苫布，做好保溫工作。攤鋪機和運輸車之間保持一定安全距離，避免碰撞。

3.3 攤鋪

攤鋪施工前，先清理干凈下承層頂面，并做拉毛處理。根據(jù)施工現(xiàn)場具體情況，控制攤鋪系數(shù)在1.30～1.35，現(xiàn)場攤鋪應(yīng)具有連續(xù)性，不得中斷，若遇特殊情況，中斷時間超過2 h，須設(shè)橫向接縫，從而保證施工質(zhì)量。

3.4 碾壓

攤鋪過程中，緊跟攤鋪機后，采用雙鋼輪壓路機進行2～3遍靜壓，隨后采用雙鋼輪壓路機進行2～4遍強振，并通過膠輪壓路機進行2～3遍碾壓。最后采用雙鋼輪壓路機進行2～3遍碾壓，消除明顯輪跡。在整個碾壓過程中，要實時做好壓實度測量工作，保證壓實度達到98%以上。

4 試驗段檢測分析

本文以抗裂縫劑連續(xù)施工技術(shù)和常規(guī)技術(shù)施工的瀝青路面進行對比分析，試驗檢測內(nèi)容包括含水量、壓實度、抗壓強度、層間粘結(jié)強度、裂縫對比等，以此驗證抗裂縫劑連續(xù)施工技術(shù)的可行性。

4.1 基層含水量和壓實度檢測

基層攤鋪、碾壓的最終目的是為了將含水量控制在合理范圍內(nèi)，從而減少和控制干縮裂縫產(chǎn)生。待完成碾壓施工后，應(yīng)及時檢測水泥穩(wěn)定碎石基層的含水量。經(jīng)檢測可知，道路抗裂縫劑基層連續(xù)施工工藝的含水量范圍為5.9%～6.2%，相比最佳含水量6.1%，可滿足±0.2%的允許范圍，說明采用抗裂縫劑后，基層含水量滿足規(guī)定要求。

通過壓實度檢測結(jié)果可知，道路抗裂縫劑基層連續(xù)施工工藝的壓實度平均值為98.6%，常規(guī)技術(shù)施工工藝壓實度平均值為96.7%，相比設(shè)計要求≥98%，道路抗裂縫劑基層連續(xù)施工工藝可滿足規(guī)范要求，施工效果良好。

4.2 基層抗壓強度檢測

針對試驗段水泥穩(wěn)定碎石基層在齡期7 d時進行取樣檢測，檢測結(jié)果為添加抗裂劑路段的抗壓強度平均值為8.93 MPa，未添加抗裂劑的路段抗壓強度平均值為8.63 MPa。由此可見，無論是否添加抗裂劑均可達到達到抗壓強度規(guī)范要求，但相比之下，添加抗裂劑路段的抗壓強度相對較高，說明道路抗裂縫劑基層連續(xù)施工工藝可進一步提升路面的耐久性和使用壽命。

4.3 基、面層間粘結(jié)強度檢測

工后1年對2個試驗段鉆芯取樣進行層間粘結(jié)強度檢測分析。檢測結(jié)果為添加抗裂劑路段，層間抗剪強度平均值為0.81 MPa，外觀表現(xiàn)為“整體、密實、相嵌”；未添加抗裂劑路段，層間抗剪強度平均值為0.58 MPa，外觀表現(xiàn)為“層間裂紋、面層裂縫”。由此可見，相比常規(guī)施工工藝，摻加抗裂劑半剛性基層連續(xù)施工工藝層間抗剪強度更高，多出了0.23 MPa，增加了39.7%。同時，觀測2個試驗段芯樣的外觀，常規(guī)施工工藝芯樣出現(xiàn)了裂縫現(xiàn)象，而摻加抗裂劑半剛性基層連續(xù)施工工藝外觀效果良好，表面緊致，芯樣完整。由此說明，摻加抗裂劑半剛性基層連續(xù)施工工藝可有效提升基、面層間粘結(jié)強度。

4.4 裂縫檢測

工后4年，對2段試驗段進行裂縫情況檢測，經(jīng)檢測可知，常規(guī)施工工藝路段裂縫數(shù)量為60～100條/km，摻加抗裂劑半剛性基層連續(xù)施工工藝路段裂縫較少，僅為7～15條/公里，裂縫數(shù)量大幅下降，且路面光滑、平整度良好。表明使用摻加抗裂劑半剛性基層連續(xù)施工工藝后，可大大降低裂縫數(shù)量，具有良好的抗裂性能。

5 結(jié)語

近年來，受行車荷載和自然因素等長期作用，在使用過程中瀝青路面極易產(chǎn)生老化、裂縫等早期病害，尤其是裂縫問題最為突出，此類病害的產(chǎn)生將對道路行駛舒適性及安全造成嚴(yán)重影響，甚至縮短路面使用壽命。為有效治理半剛性基層裂縫，必須了解裂縫形成機理，根據(jù)不同的裂縫類型，采取合理、科學(xué)的處治方案，從而全面提升工程質(zhì)量，為推進我國公路事業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展提供堅實的支撐。