高溫高寒地區(qū)水穩(wěn)基層收縮裂縫控制措施研究

夏友軍

（華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司，江蘇南京210000）

0 引言

在公路工程施工過程中，由于水穩(wěn)基層具有剛度大、強度高以及穩(wěn)定性強等特點，可以使路面承載力進一步提高，因此其應(yīng)用越來越廣泛。但是由于其半剛性屬性，因此極易產(chǎn)生干燥和溫度收縮裂縫，這不但會使基層強度和耐久性受到影響，還會使瀝青面層受到影響，使其路面使用年限進一步降低。某高速公路設(shè)計時速為120km/h，為雙向四車道，全長為100km，路面為瀝青混凝土。該高速公路所處氣候為溫帶大陸性干旱氣候，具有夏季高溫、冬季嚴寒、風沙大、干旱少雨以及溫差大等特點。通過對該高速公路收縮裂縫進行控制，可以使其水穩(wěn)基層施工質(zhì)量進一步提升。

1 水穩(wěn)基層收縮裂縫類型

濕度和溫度變化會隨水穩(wěn)基層產(chǎn)生較大的影響，在碾壓成型過程中，由于水分蒸發(fā)或溫度變化會使其體積產(chǎn)生收縮，常見的收縮類型主要有溫度收縮以及干燥收縮。

1.1 干燥收縮

在水穩(wěn)基層拌和壓實過程中，由于混凝土內(nèi)部水化和水分蒸發(fā)等作用，會使基層體積產(chǎn)生收縮，當收縮內(nèi)應(yīng)力大于水穩(wěn)基層的抗拉應(yīng)力時，會使其出現(xiàn)干燥收縮。在水穩(wěn)碎石中的水泥硬化過程中，水泥會產(chǎn)生水化，當水泥含量較高時，所消耗的水量則會隨之增加，極易產(chǎn)生干縮裂縫。

1.2 溫度收縮

根據(jù)相關(guān)研究統(tǒng)計可知，水穩(wěn)基層中的水泥含量通常為4.5%～5.5%，在水化熱反應(yīng)的過程中，會產(chǎn)生大量熱量，由于混合料散熱較慢，會使基層內(nèi)部溫度進一步增加，當其溫度大于最高限額時，會導(dǎo)致其體積不斷增加，在外界溫度降低時時，其內(nèi)外溫差會進一步提高，會導(dǎo)致基層出現(xiàn)溫度收縮，當其大于極限應(yīng)力時，會導(dǎo)致其產(chǎn)生不同程度的裂縫病害。

在對高溫高寒地區(qū)公路進行施工過程中，為了保障施工效果，通常會選擇高溫季節(jié)進行施工，因此在其施工過程中極易出現(xiàn)干燥收縮，通常干燥收縮發(fā)生在前期階段，此階段也伴隨著溫度收縮，養(yǎng)生后的收縮類型主要為溫度收縮，在路面承受荷載和溫度應(yīng)力增加過程中，其微觀損傷會越來越明顯[1]。

2 控制收縮裂縫的主要措施

2.1 配合比和材料方面

水穩(wěn)結(jié)構(gòu)為骨架密實型，在其施工過程中，檢測人員應(yīng)嚴格控制集料級配范圍，通常其粒徑應(yīng)為31.5mm之內(nèi)。由于骨架密實型結(jié)構(gòu)具有干縮應(yīng)變小、最佳含水率低、抗裂指數(shù)和收縮系數(shù)較低，因此其在高溫高寒環(huán)境中應(yīng)用較為廣泛，為了保障其施工質(zhì)量，施工單位應(yīng)對各拌和材料進行控制。

2.1.1 水泥

在高溫高寒環(huán)境下進行施工，為了保障混合料不發(fā)生凍融破壞，施工單位應(yīng)合理選擇水泥型號，通常應(yīng)選擇抗凍性較好、終凝時間不小于6.5h 的硅酸鹽水泥進行施工。與此同時，為了保障水穩(wěn)強度，施工單位應(yīng)對水泥用量進行控制，達到控制水穩(wěn)收縮裂縫的目的。除此之外，檢測人員還應(yīng)控制水泥細度和標準稠度用水量，防止出現(xiàn)干縮裂縫。

2.1.2 礦料

為了使水穩(wěn)基層密實性進一步提高，施工單位應(yīng)對粗細集料進行合理選擇。通常碎石中針片狀含量不應(yīng)超過15%，軟石含量應(yīng)不大于3%，0.075mm 粒徑以下的粗集料含量應(yīng)小于1%，細集料的0.075mm 粒徑以下的細集料含量應(yīng)小于15%。

2.1.3 早強外加劑

水泥水化速度會隨著溫度降低而降低，在此過程中，水溫強度上升的速度也會進一步降低，為了使水穩(wěn)基層早期強度進一步提高，施工單位可以添加一定量的早強外加劑，應(yīng)通過試驗確定早強劑摻量。通過加入早強劑，不但可以使水穩(wěn)基層力學性能得到改善，還可以使水穩(wěn)基層收縮特性得到改善。這主要是因為通過摻加早強劑，可以使水穩(wěn)基層的保水能力進一步增加，使水分蒸發(fā)量進一步降低，最終達到提高水穩(wěn)基層抗干縮性能的目的。除此之外，通過摻加早強劑，還可以使集料和水泥之間的黏結(jié)效果得到改善，使材料抗裂性能進一步提高。

2.2 合理設(shè)置伸縮縫

當施工環(huán)境為高溫高寒氣候時，水穩(wěn)基層極易產(chǎn)生裂縫，使公路整體性能受到嚴重影響。與此同時，鋸縫深度應(yīng)小于水穩(wěn)基層的厚度，但是，在熱脹冷縮的作用下，會導(dǎo)致路面受力不均勻，當應(yīng)力較為集中時，會使水穩(wěn)基層的裂縫反射到路面，進而導(dǎo)致面層被破壞。除此之外，在晝夜溫差大、日照較為強烈的地區(qū)，溫度應(yīng)力也會增加，使基層出現(xiàn)疲勞開裂，這種裂縫為溫度疲勞裂縫。為了使該種裂縫得到改善，施工單位應(yīng)以環(huán)境情況為基礎(chǔ)，對伸縮縫進行合理設(shè)置，具體如下：

2.2.1 施工放樣

在基層施工完成后的7d 內(nèi)，施工單位應(yīng)每隔100m設(shè)一道伸縮縫，并設(shè)置標線。

2.2.2 切縫

在對基層進行切縫施工時，應(yīng)使用帶合金鋼片的切割機對其進行施工，切縫寬度應(yīng)為2cm，深度應(yīng)為基層深度。

2.2.3 清理切縫

在對切縫中雜物進行清理時，施工人員應(yīng)借助高壓氣泵，保障縫隙的整潔度。

2.2.4 灌縫

灌縫時應(yīng)使用熱瀝青，且應(yīng)保障縫隙的密實度和飽滿度。

2.2.5 鋪設(shè)玻纖格柵

在鋪設(shè)玻纖格柵時，應(yīng)使用50mm×30mm×1mm的鐵皮和2 英寸（約5cm）鋼釘對其進行固定，且其寬度應(yīng)以伸縮縫為中心，向左右各擴1m，使路面拱脹和反射裂縫問題得到有效解決。圖1 為伸縮縫設(shè)置圖。

圖1 伸縮縫設(shè)置圖

2.3 攤鋪工藝

在使用傳統(tǒng)施工工藝對水穩(wěn)基層實施施工過程中，通常需要采取水穩(wěn)分層方式進行施工，在下基層攤鋪完成后，需養(yǎng)生至少7 天才可以對上基層進行施工。在對半剛性材料進行施工時，其層間黏結(jié)性較差，若分層施工，會使水穩(wěn)層的結(jié)構(gòu)強度和整體性降低，當拉應(yīng)力大于單層受力時，水穩(wěn)基層會出現(xiàn)開裂問題。尤其是在高寒氣候中，在環(huán)境溫度降低時，路面溫度也會隨之降低，在此過程中，面層和基層材料出現(xiàn)了不同程度的收縮，導(dǎo)致拉應(yīng)力和拉應(yīng)變增加，最終導(dǎo)致基層出現(xiàn)低溫收縮裂縫。與此同時，當層間存在污染或含水量不同時，會使其整體性降低，雖然可以使用灑水泥漿的方式進行連接，但是由于水泥漿鋪設(shè)不均勻，會使其連接效果受到影響。當上下層攤鋪密實度不同、膨脹系數(shù)不同都會導(dǎo)致水穩(wěn)基層出現(xiàn)裂縫。

為了解決上述問題，施工單位應(yīng)使用一次性全厚攤鋪碾壓成型施工工藝進行施工。該種施工方式具有抗拉伸能力強、水穩(wěn)結(jié)構(gòu)整體性好、不存在并機接縫離析，可以有效控制縱向裂縫。在使用該種方式進行施工時。主要做法為：施工單位應(yīng)以其實際施工厚度為依據(jù)，將基層分為上下兩層同時進行施工。在施工過程中，施工單位應(yīng)采用兩組設(shè)備，第一組設(shè)備先對下層進行攤鋪和碾壓施工，再使用第二組設(shè)備對上層進行攤鋪和碾壓施工，兩組設(shè)備攤鋪和碾壓長度差應(yīng)小于100m。這樣連續(xù)作業(yè)，可以使基層連接更加緊密，不但可以使水穩(wěn)施工工序進一步簡化，還可以縮短養(yǎng)生時間，使水穩(wěn)基層的完整性和整體性進一步提高[2]。

2.4 養(yǎng)護工藝

在水穩(wěn)基層碾壓完成后，施工人員通常會使用不透水材料（土工布和塑料薄膜）對其進行覆蓋養(yǎng)護。但是當現(xiàn)場風力較大時，覆蓋材料會被吹開，加快水穩(wěn)基層水分散失，導(dǎo)致水穩(wěn)基層局部養(yǎng)護不到位，此時再采取補水養(yǎng)護已達不到理想效果。與此同時，由于覆蓋材料不透水，會使水穩(wěn)水化效果降低，鉆取的芯樣不完整，使整個水穩(wěn)基層質(zhì)量受到影響。除此之外，塑料薄膜是不能被重復(fù)利用的白色污染，而土工布雖然可以起到保水的作用，但是在其使用過程中，需要使用土或者沙袋壓面，在養(yǎng)護完成后，需要消耗大量人工對其進行清理，養(yǎng)護效率較低。因此施工單位應(yīng)采取高效環(huán)保經(jīng)濟的材料對水穩(wěn)基層進行養(yǎng)護。

通過一系列的研究可知，灑布透層油可以起到良好的養(yǎng)護效果。透層油可以滲透進水穩(wěn)表面，形成一層膜，使水分無法揮發(fā)，起到保濕的作用。與此同時，其還能封閉表面的裂縫，使基層和面層的黏結(jié)性進一步提高，達到改善整體受力的作用。除此之外，在日照高溫環(huán)境下，灑布透層油還可以保護水穩(wěn)材料，防止其出現(xiàn)開裂，減緩溫度下降速度，使基層強度增長速度進一步增加。透層油的灑布量應(yīng)為1.2～1.5L/m2，通常為PC-2 型陽離子改性乳化瀝青，應(yīng)在基層碾壓后表面還未完全干且強度沒有形成時進行灑布。

在高溫干燥地區(qū)進行施工時，為了使基層表面濕潤度進一步提高，碾壓施工后，施工人員還應(yīng)對其表面進行補水處理，通常應(yīng)采用霧化的方式進行補水，這樣不但不會使表面因沖刷力過大被破壞，還可以提高補水均勻性，補水后應(yīng)立即將乳化瀝青灑布在基層上。

3 結(jié)語

在水穩(wěn)基層施工中，由于各種因素的影響，會導(dǎo)致基層出現(xiàn)收縮裂縫。因此在高溫高寒地區(qū)實施水穩(wěn)基層施工時，施工單位應(yīng)以當?shù)貧夂驗榛A(chǔ)，對施工全過程質(zhì)量進行控制。在此過程中，施工單位應(yīng)對原材料、配合比、伸縮縫、攤鋪碾壓以及養(yǎng)護等環(huán)節(jié)進行控制，減少水穩(wěn)基層收縮裂縫，使基層施工質(zhì)量進一步提高。