市政道路水穩(wěn)層開裂成因與應對措施探討

韓啟婕

摘 要：水穩(wěn)層因故開裂作為道路常見病害問題，其成因眾多且影響巨大，若未能事先規(guī)避或有效控制，不僅影響自身承重，還會引發(fā)面層開裂、破損，影響道路使用。鑒于此，以某市政道路施工為例，首先對水穩(wěn)層開裂的諸多成因展開分析，并針對性地提出了一系列應對舉措，供同仁閱鑒參考。

關(guān)鍵詞：市政道路；水穩(wěn)層開裂；成因分析；應對舉措

中圖分類號：U416.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）10-0019-03

1 項目概況

某城市主干道全長5 636.5 m，為雙向4車道設(shè)計，路寬24 m，設(shè)計時速40 km/h，采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)形式，基層為水泥穩(wěn)定碎石基層，厚度為35 cm，兩次施工。首次先進行200 m試驗段鋪筑施工，在經(jīng)過7 d的標準養(yǎng)護和施加一定荷載后，對水穩(wěn)基層的裂縫情況進行現(xiàn)場采集，發(fā)現(xiàn)不同程度地存在縱、橫向開裂情況（表1）。

通過對發(fā)生開裂的位置進行鉆芯取樣發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)裂縫的芯樣密實度較差，骨料級配不均，存在骨料離析現(xiàn)象，且水穩(wěn)層整體較為松散，并出現(xiàn)貫穿基層、面層的橫向裂縫。由于鉆芯取樣僅能反應局部裂縫情況，因此，為查找開裂的具體原因，選取試驗段具有代表性的位置，并按照鋪筑的層次結(jié)構(gòu)逐層分塊切割，其中，裂縫最寬位置達21 mm，裂縫兩側(cè)呈現(xiàn)錯臺狀，上、下基層的裂縫處于同一斷面，且斷裂面水穩(wěn)層呈破碎狀，強度較差，并在承載性較差位置出現(xiàn)縱向開裂。

2 市政道路水穩(wěn)層開裂的成因分析

2.1 原材質(zhì)量不合格

2.1.1 水泥質(zhì)量不達標

部分施工對水泥原材質(zhì)量把控不嚴格，以致水泥強度低、穩(wěn)定性差，達不到標稱強度等級要求，如若投入水穩(wěn)層施工，則極易導致水穩(wěn)層后期產(chǎn)生較大收縮而形成收縮裂縫。另外，水泥進場驗收未按要求進行原材檢測，不同廠家、批次、標號的水泥混合使用，使得水穩(wěn)層出現(xiàn)不均勻收縮，也會加大開裂的幾率[1]。

2.1.2 骨料質(zhì)量不過關(guān)

對水穩(wěn)層混合料所用骨料的篩選、質(zhì)檢不嚴格，所用骨料的來源、粒徑大小、含水含泥量等沒有認真核查、抽檢，且堆放混亂。若骨料的含泥量及泥塊含量超標，且粒徑＜6 mm的骨料未按規(guī)定測定液限及塑性指數(shù)，則易導致水穩(wěn)層的干縮穩(wěn)定性較差，當干縮應力大于水穩(wěn)層中水泥的彎拉強度時，便會出現(xiàn)干裂。

2.2 配比設(shè)計不合理

水穩(wěn)混合料的配比設(shè)計既要有理論參考值，也要結(jié)合項目實際情況，如果僅憑以往經(jīng)驗，沒有充分考慮材料特性等因素，很可能導致混合料配比不符合實際要求。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可知，在骨料成分相同、級配一致時，混合料中水泥的比例和7 d無側(cè)限抗壓強度成正比，即水泥占比越大，抗壓強度越高。而如若水泥比例＞6%時，水穩(wěn)層收縮應力就會增大，當水穩(wěn)層強度小于收縮應力時，就可能出現(xiàn)收縮裂縫；而如若水泥比例過小，水穩(wěn)層板結(jié)效果較差，強度相對較低，道路交付使用后，在來往車輛的荷載作用下，就可能出現(xiàn)荷載裂縫[2]。

如骨料級配不合理，其中細骨料比例超標，骨料吸水增多，將導致水穩(wěn)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)、結(jié)構(gòu)強度變低。一旦受到超限荷載影響，水穩(wěn)層強度較低的部位就會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。如若骨料級配不連續(xù)，粗、細骨料分布參差不齊，將導致水穩(wěn)層結(jié)構(gòu)強度不均，彎沉值變異系數(shù)和水穩(wěn)層懸空系數(shù)增加，粗骨料聚集位置強度大，細骨料集中位置強度小。且骨料分布不均也會造成干縮系數(shù)增大，水穩(wěn)層容易因收縮不均出現(xiàn)貫穿開裂[3]。

2.3 施工作業(yè)不規(guī)范

現(xiàn)場施工工序是否規(guī)范、工藝是否合理、操作是否標準都直接影響水穩(wěn)層質(zhì)量，具有以下幾種情況。

第一，水穩(wěn)層施工前，未按要求對路基質(zhì)量予以嚴格檢查驗收，以致路基因填筑凹凸不平、碾壓松散不實，導致路基參數(shù)不滿足水穩(wěn)層施工要求，在后期極易出現(xiàn)路基不均勻沉降、不規(guī)則開裂等現(xiàn)象，并逐漸傳遞至水穩(wěn)層，進而發(fā)生沉降超限、裂縫等病害。

第二，水穩(wěn)料拌制不滿足要求，拌制時間短導致骨料分布不均勻，粗骨料聚集處與細骨料聚集處強度存在明顯差異，由此導致在外界荷載的長期作用下，強度較低部位容易出現(xiàn)荷載裂縫。

第三，水穩(wěn)料運輸時操作不當，如運輸車輛不夠、交通不暢等導致前后場銜接失衡，出現(xiàn)斷料停工現(xiàn)象；運輸車輛速度控制不好，起步過猛或急剎駐停，導致混合料顛簸振動出現(xiàn)離析現(xiàn)象；此外，向攤鋪機卸料時，卸料傾角過大、速度過快，也會導致混合料離析，進而影響結(jié)構(gòu)強度。

第四，水穩(wěn)料攤鋪時，攤鋪速度控制不好、厚度薄厚不均，造成厚度大和厚度薄的位置強度不同，強度低的部位開裂幾率增大。另外，攤鋪碾壓時未按要求控制好含水量，以致碾壓難以密實，若含水量過大會導致碾壓不夠密實、孔隙率增大，且易于發(fā)生粘輪，并出現(xiàn)彈簧、波浪等問題，若含水量過小會導致混合料無法板結(jié)等問題。

第五，水穩(wěn)層強度損失和延遲時間成反比，隨著延遲時間（自拌制出料至碾壓的時間）變長，水穩(wěn)層強度損失會越來越多，此時的水穩(wěn)層強度也會變小[4]。如圖1所示。如果延遲時間超過水泥的初凝時間，水泥的膠凝性效果將失效，水穩(wěn)層碾壓時將會松散，很難成型，甚至開裂。

第六，在水穩(wěn)料攤鋪、碾壓時，考慮到道路建設(shè)速度和要求，一般使用2臺以上攤鋪機、4臺以上壓路機，采取階梯式同步作業(yè)，如果設(shè)備自身性能不好、操作失誤、測量不準等，就會造成攤鋪、碾壓不同步，增加開裂幾率。

2.4 工后養(yǎng)護不到位

水穩(wěn)層作業(yè)完成后，應按照設(shè)計規(guī)范要求進行養(yǎng)護，養(yǎng)護齡期和水穩(wěn)層強度如圖2所示。如若齡期不夠?qū)е滤€(wěn)層強度不足，在外界荷載作用下，水穩(wěn)層就容易出現(xiàn)裂縫。此外，在水泥凝結(jié)硬化時，產(chǎn)生水化熱反應，水分會大量流失，如若灑水量及頻次不夠，也會影響水穩(wěn)層混合料收縮，造成水穩(wěn)層干裂。

3 市政道路水穩(wěn)層開裂的應對措施

3.1 嚴控材料質(zhì)量

一是嚴控水泥質(zhì)量。水泥在進場前，要嚴格進行質(zhì)檢驗收，核查生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、批次批號、強度等級、規(guī)格數(shù)量、出廠合格證明等資料，確保其質(zhì)量符合施工要求。為最大限度降低水穩(wěn)層開裂現(xiàn)象，水泥應選擇穩(wěn)定性較好的硅酸鹽水泥，且初凝時間＞3 h、終凝時間＞6 h。進場后根據(jù)廠家、批號不同，分別儲存在干燥的水泥罐內(nèi)。在混合料拌制前，應再次檢查防止水泥混用，并抽取水泥樣本對強度、性能等參數(shù)進行試驗檢測，確保滿足水穩(wěn)層施工要求。

二是嚴控骨料質(zhì)量。精心選擇骨料料源，明確篩孔尺寸，對所有骨料過篩，確保符合施工要求。同時，選擇級配較好的粗、細骨料，嚴格控制含泥量，粒徑低于5 mm的細骨料中粉塵含量＜12%，粒徑低于0.6 mm的細骨料需對材料液限和塑性指數(shù)進行測定，確保水泥干縮性能滿足要求[5]。

3.2 優(yōu)化配比設(shè)計

考慮到施工過程中的波動性，在拌制水穩(wěn)混合料時，實際水泥用量應比設(shè)計用量略多一些，一般為+0.5%，確保在滿足強度要求時避免過多摻加水泥，防止混合料收縮性降低[6]。另外，對水穩(wěn)層拌制料還要隨機抽樣測定水泥劑量，采用滴定試驗方式，繪制水泥劑量標準曲線，并將實際水泥劑量與設(shè)計進行分析對比，防止水泥劑量超標引起溫縮裂縫。

水穩(wěn)層施工中，要完善施工組織設(shè)計和專項施工方案，優(yōu)化配比設(shè)計，充分考慮材料特性、運輸方式和距離、周邊施工環(huán)境等因素，確保配比設(shè)計更符合現(xiàn)場實際需要。在配比設(shè)計中，盡量優(yōu)化調(diào)整骨料比例，減少水泥用量，以防止收縮裂縫。

3.3 強化施工管控

嚴格控制路基攤鋪、碾壓質(zhì)量，規(guī)范施工，加強質(zhì)檢，并在水穩(wěn)層正式施工前，再次對路基開展質(zhì)量驗收，確保平整度、壓實度等指標滿足設(shè)計規(guī)范及水穩(wěn)層施工要求后即可開展水穩(wěn)層作業(yè)。

加強拌制時間控制，既要防止混合料拌制時間不足就出料，也要防止拌制過度造成離析。拌制時間盡量控制在35 s，水穩(wěn)料裝車時，下料斗和車輛底部不得過高，距離＜2 m。伴隨著下料，車輛緩慢移動，分前中后三次裝料，防止混合料堆積出現(xiàn)離析[7]。

混合料運輸車輛應輕啟、勻速、緩停，運輸過程保持平穩(wěn)，減少顛簸震蕩。卸料時，運輸車和攤鋪機緊靠一起，車廂緩慢提升且傾角＜30°卸料。攤鋪時，布料器要勻速轉(zhuǎn)動，確保松鋪厚度一致，以免影響水穩(wěn)層強度。

考慮到現(xiàn)場施工環(huán)境，水穩(wěn)層混合料實際含水量需比最佳含水量高1%～2%，這樣在碾壓時，混合料不易松散、粘輪、起拱，壓實效果更好，水穩(wěn)層不易開裂[8]。

通過前期試驗段試鋪，驗證材料配比、施工參數(shù)是否合理，同時檢驗機械設(shè)備性能、前后場組織協(xié)調(diào)能力。試驗段數(shù)據(jù)要完整記錄，正式施工階段根據(jù)試驗段參數(shù)對專項方案進一步優(yōu)化，確保攤鋪、碾壓質(zhì)量滿足表2的標準要求，進而有效保證水穩(wěn)層施工質(zhì)量。

根據(jù)前期確定的延遲時間，優(yōu)化混合料拌制、運輸、碾壓時間，防止水泥終凝影響水穩(wěn)層強度。碾壓應采用振動、輪胎壓路機配合，由道路兩邊向中間依次進行。每次碾壓錯開1/2輪寬，膠輪壓路機錯開1個輪寬，這樣水穩(wěn)層碾壓會更均勻，也不易開裂。

3.4 規(guī)范工后養(yǎng)護

水穩(wěn)層施工完成后，要立即用土工布、麻布等材料覆蓋保溫保濕，防止水分蒸發(fā)過快。如果氣溫過高，還要經(jīng)常性在覆蓋材料上灑水，保證水穩(wěn)層的濕潤度，灑水養(yǎng)護時間至少7 d，每日至少2次灑水。在養(yǎng)護過程中，要注意保護成品，對已完路段實行圍擋，嚴禁機械、人員隨意進入現(xiàn)場，防止碰撞破損或承荷過早引起水穩(wěn)層開裂。待養(yǎng)護完成后，再去除覆蓋材料，清理表面。

4 結(jié)語

作為道路的關(guān)鍵承重結(jié)構(gòu)層，水穩(wěn)層承受著上部結(jié)構(gòu)自重以及上行人、車帶來的各種作用力，因此其鋪筑施工是否規(guī)范、鋪筑質(zhì)量可否達標極為關(guān)鍵，不容小覷。對此，應嚴控材料質(zhì)量、優(yōu)化配比設(shè)計、強化施工管控、規(guī)范工后養(yǎng)護、嚴格質(zhì)檢驗收，從而打造精品道路工程造福民眾。

參考文獻

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