水穩(wěn)基層裂縫成因分析及防治措施技術(shù)總結(jié)

盛孝欽 SHENG Xiao-qin

（中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司，南京 232000）

0 引言

水穩(wěn)基層易產(chǎn)生裂縫的問題是施工單位一直致力于研究解決的問題。該類型裂縫容易發(fā)生，一般以橫縫出現(xiàn)在基層頂面，縫寬0.5～2mm 左右，水穩(wěn)基層施工完成后兩周內(nèi)就開始出現(xiàn)。本文從原材料管理、細(xì)集料含量、水泥含量、施工時間等角度分析裂縫產(chǎn)生的原因，并提出切實可行的預(yù)防措施及裂縫處理方案，使工程質(zhì)量得到了有效保障。

1 工程概況

本工程位于某市山南新區(qū)，為東西向重要的主干路。本次工程范圍起自南經(jīng)十四路，為東西向重要的主干路。設(shè)計起點樁號為K0+044.502，終于新國道206，終點樁號為K6+021.15，道路全長5976.648m。

基層采用36cm 水泥穩(wěn)定碎石（壓實度≥98%，7d 無側(cè)限抗壓強度3.0～4.0MPa），分為上下兩層攤鋪，各層壓實厚度均為18cm，基層與基層之間、基層與底基層之間均噴灑水泥凈漿。（圖1）

圖1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2 施工工藝

2.1 原材料選用及混合料配合比設(shè)計

①水泥：P.S.A32.5 硅酸鹽水泥，在施工過程中經(jīng)多次檢測，其初終凝時間分別在4 小時和6 小時以上。②碎石：選用4 種規(guī)格的石料，其規(guī)格材料粒徑分別為1#料（碎石20～30mm）、2#料（碎石10～20mm）、3#料（碎石5～10mm）、4#料（石屑0～5mm）四種規(guī)格。所用粗集料的壓碎值為16.6%，針、片狀顆粒含量為13.8%，0.075mm 以下的顆粒含量為9.7%。③混合料配合比：采用水泥劑量為5.0%，集料摻配比例為1#料∶2#料∶3#料∶4#料=22∶24∶25∶29。根據(jù)實驗結(jié)果，最大干密度2.326g/cm3，最佳含水量為5.8%，無側(cè)限抗壓強度為5.3MPa。

2.2 施工工藝

①施工時間：2020年7～9月，從攤鋪到壓實時間2.5h。②攤鋪寬度：本工程道路寬度為15m，采用兩臺攤鋪機前后相隔5～8m 成梯隊向前攤鋪，兩臺攤鋪機攤鋪寬度為7.6m（前后兩臺攤鋪機攤鋪重疊100mm），攤鋪速度：1.2m/min。③碾壓組合：根據(jù)試驗段得出的結(jié)果，擬采用碾壓組合如表1。④養(yǎng)護：將土工布濕潤，然后人工覆蓋在碾壓完成的基層頂面。2 小時后，專人灑水養(yǎng)護，保持基層處于濕潤狀態(tài)至少7 天，正常養(yǎng)護至少28 天。

表1 碾壓組合

3 裂縫情況與原因分析

3.1 裂縫情況

在該工程施工過程中，水泥穩(wěn)定碎石基層攤鋪完成后兩周左右，部分路段水穩(wěn)基層開始出現(xiàn)不同程度的橫向裂縫，裂縫寬度0.5～2mm，且部分裂縫隨著基層裸露時間的增加，發(fā)展為網(wǎng)狀裂縫。另據(jù)目測觀察，有部分裂縫橫向貫穿。（圖2）

圖2 水穩(wěn)基層橫向裂縫

3.2 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析，結(jié)合該段水泥穩(wěn)定碎石基層現(xiàn)場實際施工情況，分析現(xiàn)場裂縫產(chǎn)生原因如下：

3.2.1 原材料管理不當(dāng)

本項目水穩(wěn)基層碎石用量較大、時間短，拌合站儲料場地不足，同時使用多個料場供料，雖然材料分了不同檔級進行堆放，但是還是出現(xiàn)混堆儲料的現(xiàn)象。因此導(dǎo)致產(chǎn)生兩個較嚴(yán)重的問題：第一，由于不同料場篩網(wǎng)規(guī)格不一致，造成同檔集料內(nèi)各類粒料數(shù)量不一致，各檔材料混合后，生產(chǎn)配合比變化無常，無法保證生產(chǎn)配合比穩(wěn)定，容易超出上限或下限；第二，各料場集料的密度不同，為確定最大干密度的工作帶來較大的困難，即無法在多種混合集料中得到一個最具代表性的最大干密度，最終導(dǎo)致施工時的壓實度檢測和控制無法正常進行。而水泥穩(wěn)定碎石基層級配和壓實度的好壞，嚴(yán)重影響水泥穩(wěn)定基層的干縮性，因此不排除該項因素是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的原因之一。

3.2.2 骨料中細(xì)集料偏多

通過裂縫處和非裂縫處取芯對比分析得出，水穩(wěn)基層級配細(xì)集料偏多，通過現(xiàn)場調(diào)查，該路段中0.075mm 以下的粉塵大于10%，集料中0.075mm 以下顆粒含量增大時，既容易增大水泥用量，又容易使水穩(wěn)基層表面起砂，對水穩(wěn)基層的質(zhì)量產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的影響。并且，當(dāng)集料中0.075mm 以下顆粒含量增大時，隨著水穩(wěn)混合料的溫度降低，其溫縮系數(shù)變化幅度亦越來越大。故該項因素可能是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的原因之一。（圖3）

圖3 水穩(wěn)基層裂縫處鉆取芯樣

3.2.3 水泥用量偏高

根據(jù)現(xiàn)場所取芯樣檢測結(jié)果顯示，該路段水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)密實強度高，易產(chǎn)生裂縫，說明施工中水泥用量偏高。而水泥用量越大，水穩(wěn)基層剛性則越大，同時也越容易產(chǎn)生干縮性裂縫，縫寬也增大。因此不排除該項因素是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的原因之一。

3.2.4 施工時間選擇不當(dāng)

該段水泥穩(wěn)定碎石基層施工完成時間在2020年9月高溫季節(jié)段施工，施工期間平均氣溫高達30℃，且該時間段多晴少雨。當(dāng)進入10月份后，基本上3 至5 天就有雨水。水穩(wěn)基層從“較干燥→飽水狀態(tài)→較干燥→飽水狀態(tài)”循環(huán)反復(fù)作用，水分重復(fù)循環(huán)“蒸發(fā)、飽和、蒸發(fā)、飽和”，反復(fù)多次干縮過程，必然會使水穩(wěn)基層出現(xiàn)嚴(yán)重的拉裂現(xiàn)象，并且在薄弱地方積少成多，最終就產(chǎn)生出裂縫，隨著氣溫的逐漸降低，裂縫的張開寬度有所增大。故該項因素是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生原因的可能性較大。

4 裂縫預(yù)防措施

4.1 嚴(yán)格控制原材料

粗集料只用一個料場供料，拌合站集料分倉堆放，生產(chǎn)時項目技術(shù)人員、試驗人員嚴(yán)格把控生產(chǎn)質(zhì)量，既能保證每次生產(chǎn)時的生產(chǎn)配合比與理論配合比較為吻合，也能保證集料的最大干密度始終穩(wěn)定，這對于現(xiàn)場施工時，準(zhǔn)確的控制壓實度提供了有力保障。實踐證明，水穩(wěn)基層生產(chǎn)配合比和壓實度的控制，既影響了水穩(wěn)基層的干縮性，又影響到水穩(wěn)基層的耐凍性。所以，控制好生產(chǎn)配合比和壓實度，對于預(yù)防水穩(wěn)基層裂縫的產(chǎn)生具有較好的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

4.2 嚴(yán)格控制小于0.075mm 以下的顆粒含量

在實際施工時，要控制集料中0.075mm 以下顆粒的含量，想通過事后在堆料場用篩網(wǎng)過篩，或是用水直接沖洗的方法，是不現(xiàn)實也不經(jīng)濟的。而在礦場破碎時，在破碎機的皮帶運輸過程中加裝一個可旋轉(zhuǎn)的滾動篩網(wǎng)，或者直接加裝水洗裝置，通過實踐證明，經(jīng)過這個工序，集料中0.075mm 以下的顆粒含量會極大減小。

4.3 嚴(yán)格控制碾壓時的最佳含水量和水泥用量

拌制混合料時，應(yīng)按設(shè)計配合比嚴(yán)格控制混合料中的水泥用量及礦料級配，配料計量準(zhǔn)確。拌和機由技術(shù)熟練的人員專人操作、保養(yǎng)和維修。拌和機的自動計量系統(tǒng)準(zhǔn)確靈敏，每次開工前事先應(yīng)對自動計量系統(tǒng)檢查和調(diào)試。

在施工時，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時天氣情況，同步增加或減少混合料的用水量。攤鋪完成后，應(yīng)立即用濕潤土工布覆蓋，并進行灑水養(yǎng)護，防止水穩(wěn)基層因為水分的過分蒸發(fā)及水化作用，而造成水穩(wěn)基層表面出現(xiàn)干縮性裂縫。

4.4 選擇合適的時間段進行水穩(wěn)基層施工

水泥穩(wěn)定碎石基層施工，應(yīng)該選擇在氣溫最接近年平均氣溫時施工。因為此時水穩(wěn)基層的內(nèi)溫度應(yīng)力較小，熱脹冷縮的現(xiàn)象在水穩(wěn)基層中不易產(chǎn)生。如果施工時的氣溫，與年平均氣溫的溫差越大，則越容易產(chǎn)生溫縮性裂縫。如果工期緊，且正值酷暑時期，應(yīng)當(dāng)選擇在早晨或者傍晚時氣溫相對較低時施工，并應(yīng)立即用濕潤土工布覆蓋，加強灑水養(yǎng)護，確保水穩(wěn)基層始終處于濕潤狀態(tài)。

可能的情況下，養(yǎng)護期結(jié)束后，立即對水穩(wěn)基層進行透層或封層施工，及時攤鋪瀝青砼面層，確保水穩(wěn)基層露裸的時間短，可以有效地減少因“多次反復(fù)干縮”而產(chǎn)生裂縫。通過本工程后期實踐證明，這個措施的效果非常良好。

5 裂縫處理措施

5.1 裂縫處理方案

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》JTG-TF20-2015對基層收縮裂縫處理意見，結(jié)合本項目實際情況，我部經(jīng)研究決定擬采用如下處理方案：①在鋪筑上層結(jié)構(gòu)之前應(yīng)對水泥穩(wěn)定碎石基層的橫向裂縫進行統(tǒng)計：如果橫向裂縫間距D＜10m、網(wǎng)狀裂縫等為嚴(yán)重裂縫；10m≤D＜20m 為一般裂縫；20m≤D＜30m 為輕度裂縫；D＞30m 以上為輕微裂縫。②對于水泥穩(wěn)定碎石基層下層橫向裂縫，嚴(yán)重裂縫的路段應(yīng)返工重鋪，返工的長度為延路線走向長度10m 的倍數(shù)。③對于水泥穩(wěn)定碎石基層上層橫向裂縫，嚴(yán)重裂縫路段和一般裂縫的路段應(yīng)返工重鋪，其余路段在噴灑透層瀝青之前，在水泥穩(wěn)定碎石基層頂面裂縫位置貼鋪不小于1m 寬的聚酯玻纖布進行處理。鋪筑聚酯玻纖布前，裂縫灌注熱瀝青進行封縫處理。本工程通過上述處理方案的應(yīng)用，取得了較好的效果，瀝青面層未出現(xiàn)反射裂縫，工程質(zhì)量滿足設(shè)計使用要求。其中采用聚酯玻纖布來處理水穩(wěn)基層裂縫，它具有的低延伸性以及高抗拉強度，可以在瀝青混合料路面下形成一個完整、連續(xù)且不變形的防水層，可較大程度地阻止雨水滲入，從而有效避免因為雨水侵入水穩(wěn)基層而導(dǎo)致的破壞，并且可以消除水穩(wěn)基層裂縫處的應(yīng)力集中，可減少傳遞反射至瀝青面層的裂縫，從而降低面層出現(xiàn)反射裂縫。還可以增加瀝青面層與基層層間的摩擦阻力，較大程度地克服了水穩(wěn)基層產(chǎn)生收縮裂縫。

5.2 裂縫處理施工工藝

5.2.1 工藝流程

普查裂縫→清縫→灌封→涂粘結(jié)層→鋪聚酯玻纖布→壓實→鋪筑瀝青下面層。（圖4）

圖4 裂縫處理結(jié)構(gòu)示意圖

5.2.2 清縫

首先將水穩(wěn)基層表面的雜物清理干凈，調(diào)查清楚水穩(wěn)基層裂縫的長度、位置及縫寬等情況，作上標(biāo)記并記錄成冊。再用手持式鼓風(fēng)機將縫內(nèi)殘渣清理干凈，并保持表面干燥。（圖5）

圖5 手持式鼓風(fēng)機清縫

5.2.3 灌縫

為防止雨水滲入造成進一步損害，采用熱瀝青進行灌縫。人工用勺進行熱瀝青滴灌，每道裂縫滴灌不少于2遍，直到灌滿為止。（圖6）

圖6 熱瀝青灌縫

5.2.4 涂刷粘結(jié)層

為保證防裂貼與裂縫面牢固地粘結(jié)，灌縫后以裂縫為中心將其表面涂刷寬度為不小于120cm（涂刷范圍比聚酯玻纖布寬10cm）的熱瀝青粘結(jié)層，聚酯玻纖布搭接部分也應(yīng)涂抹上粘結(jié)材料。

5.2.5 鋪設(shè)聚酯玻纖布

在涂刷粘結(jié)層的部位鋪設(shè)上聚酯玻纖布，為保證粘結(jié)層的粘結(jié)性能，涂刷粘結(jié)層后及時鋪設(shè)不小于1m 寬的聚酯玻纖布。聚酯玻纖布鋪設(shè)完畢后，為保證密實性，應(yīng)用膠輪壓路機將其壓實。為保證防裂效果，我部將在裂縫處理完畢的層面上及時鋪筑瀝青混凝土下面層。（圖7）

圖7 涂刷熱瀝青粘結(jié)層及聚酯玻纖布鋪設(shè)

6 結(jié)語

通過本工程實踐，瀝青砼面層與水泥穩(wěn)定碎石基層之間鋪筑聚酯玻纖布是一種經(jīng)濟且效果良好的措施，聚酯玻纖布可以有效阻止水穩(wěn)基層裂縫繼續(xù)擴大。并且，合理的組織協(xié)調(diào)施工，及施工機具的好壞，同樣是保證工程質(zhì)量的重要措施，預(yù)防水穩(wěn)基層裂縫，還應(yīng)從施工工藝、材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及厚度計算等多方面綜合考慮。