沥青稳定碎石浅谈水泥稳定碎石基层早期裂缝产生的原因及预防措施...
陈东阳
摘 要：分析了水泥稳定碎石基层裂缝产生的机理及类型，并从原材料与施工工艺等方面提出了裂缝防止的基本方法，针对已经出现的裂缝，探讨了相应的处理技术与施工工艺，可供广大技术人员借鉴。
关键词：主桥；加固工程；有限元；材料参数；结构验算
1.概述
水泥稳定碎石是以级配碎石作骨料，以一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实的结构类型。由于其整体强度、刚度、水稳性较好，目前高等级公路大多采用水泥稳定碎石来做基层。
水泥稳定碎石基层是一种半刚性结构。易产生裂缝的问题是一直困扰着施工单位的一大难题。如何避免或减少水稳基层裂缝是一直想方设法研究解决的难题。这种裂缝一般在基层顶面横向每隔10～20米一条，缝宽0.5～3mm左右。较早时在水稳基层摊铺完成后一个月内就开始出现，晚的在沥青砼路面通车后一至两年内开始出现，这是由于基层裂缝反射上来造成的。
基层裂缝的危害有二个方面：一是使水稳基层的整块变为多个小块，降低基层的整体强度。二是反射后面层裂缝，若不及时修补，雨水从裂缝内向下渗透，水稳的表面软化，强度变低。沥青砼和基层之间产生水膜，在车辆荷载反复冲击下，会使沥青面层底部与水稳基层表面反复受力，就会使沥青砼中粘附在碎石表面的沥青剥离，基层的的表面碎石强度破坏随着时间的推移，病害越来越严重，裂缝越来越宽，越来越深，最终会出现坑洞、条状下沉、网状碎裂、松散等，影响使用寿命。影响路面行车的安全性和舒适度。
2.裂缝产生的原因
根据现场调查，水稳基层裂缝有多种特征，但产生的原因大致有两种：
2.1 干缩性裂缝
从水泥稳定碎石压实成型到摊铺沥青砼面层这段时间存在干缩裂缝。水泥稳定碎石压实成型到正常养护期期间，由于混合料本身拌和、养护时用水，水分蒸发以及混合料内部水化反应等发生的毛细管作用、分子间吸附作用力和碳化收缩作用等，引起基层混合料体积在一定程度趋于减小而收缩，出现拉裂的现象。
从基层养护期满后到施工沥青封层、摊铺沥青砼面层这段时间，如果间隔较长，温度变化较大，或雨天和晴天交替，则基层料从“较干燥→饱水状态→较干燥→饱水状态”反复循环，多次重复干缩过程，积少成多，必然会在薄弱地方产生裂缝。
2.2温缩性裂缝
材料都具有热胀冷缩的性质，水泥稳定碎石基层属半刚性体也不会例外。众所周知，组成水稳基层的材料有固相、液相和气相体，有着不同的热胀系数。在温差作用下必然会产生体积变化，从而引起温缩性裂缝。
3.裂缝的预防
3.1严格控制原材料质量
作为水泥稳定基层用的碎石要求不是很高，很多岩矿都可作为基层碎石的料矿。高等级公路施工时碎石用量是很大的，每天的使用量一般料场的产量都不够，于是很多施工单位就同时使用几个料场进料，并且由于储料场地不足而又混堆进行储料。由于不同矿源筛网不同造成同一档料内各粒料数量不同，几档材料混合后，生产配合比经常变化，极易超出上限或下限。
只使用一个料场做粗集料的料源，既能保证生产配合比与理论配合比吻合较好，也能保证最大干密度不至于经常变化，有利于现场控制。
若一个料场不能满足生产需要，必须同时使用多个料场，可以要求几家料场生产材料时使用同样尺寸的筛孔。这样生产出来的各档材料尺寸基本是相同的。
如果很难达到筛孔尺寸相同但用不得不使用多家石料时，可将各家的石料分开堆放，做好标识，并分别做配合比设计。这一点非常重要。若用的是百家料而只用一个配合比来进行施工控制，那么质量控制无从谈起。
加大原材料检测频率。严格控制材料的压碎值、含泥量以及针片状含量。必须按要求达到设计和施工规范的标准，在压碎值达到标准的前提下，含泥量的控制非常重要。不仅可以提高压实度，更重要的对减少收缩裂缝起到很大的作用。
水泥应该采用缓凝水泥。缓凝水泥可以延迟施工时间，达到碾压结束后水泥未初凝。确保施工质量。
3.2严格控制级配曲线
严格按照施工规范和设计文件要求进行配合比设计。在蚌固路改造工程中技术咨询单位给出的控制范围见下表：
合成级配曲线要尽量趋于控制曲线范围（俗称香蕉曲线）的下限。并应尽量顺滑。这样的曲线说明材料的级配偏粗并很连续，容易达到粗粒径、连续级配的要求。粗粒径石料比细粒料的温缩性要小。不易产生裂缝。连续级配能减少离析现象的产生，并能提高混合料的密实度和强度。如果混合料离析较多，各种材料分布不均匀，有的地方偏粗，有的地方偏细，温缩系数差别很大，会造成裂缝的产生。
在控制级配曲线的同时，要严格控制小于0.075以下的颗粒含量。小于0.075重影响水稳层的质量。同时，当细集料增加时，混合料的温缩系数随温度降低的以下的颗粒含量增加时，不仅需增加水泥的用量，而且基层表面还容易起砂，严变化幅度越来越大。因此，规范中水泥稳定土的颗粒组成范围规定：集料中0.5mm以下细粒土有塑性指数时，小于0.075以下的颗粒含量不应超过5%，细粒土无塑性指数时，小于0.075以下的颗粒含量不应超过7%。一般施工中基层合成集料级配中0.075mm以下颗粒含量不宜大于4.0%。这样不但可以减小水泥稳定粒料的收缩性，而且还可以提高压力水对基层的抗冲刷能力。
建议拌合站配料仓使用五个进料斗。这样比一般的四个进料斗更加容易控制混合料的合成级配。料斗口必须安装钢筋网盖，筛除超出粒径规格的集料及杂物。
3.3严格控制压实度
水稳碎石压实度的好坏不但影响基层的干缩性，还直接影响到基层的耐冻性。要有足够的碾压设备保障达到压实效果。我们规范规定的最大干密度是采用重型击实法在试验室做出来的。其实我们现在在施工现场碾压设备的功率都是很大的，而且都采用大功率震动压路机，碾压的成型效果比试验室里重型击实法做出来的要好。因为重型击实法只是模仿光轮压路机的碾压效果完成的。在其他地区有的使用震动成型法试验来做配合比设计。做出来的最大干密度就比较大。一般是重型击实法的1.01倍。所以，我们一般要求压实度要达到99%以上。
提高压实度要求，增加混合料的密实性，可以增加材料的嵌挤力和内膜阻力，提高强度。相对来说可以降低水泥剂量，控制裂缝的发生。
3.4 严格控制水泥用量和碾压时的最佳含水量
一般的水泥稳定碎石基层，其设计强度通常为3～5Mpa。设计强度愈高，所需水泥用量越大。基层刚性越大，混合料的收缩系数增大，越易产生干缩性裂缝。所以我国规范规定水泥剂量≦5%。通过配合比设计，主要从原材料的质量、细集料的含量、各种材料的比例等方面提高混合料的强度，七天无侧限抗压强度以不大于4.5Mpa为宜。尽量减少水泥的用量，不应大于5%。
水泥稳定碎石基层干缩应变随混合料的含水量增加而增大。施工碾压时含水量越大，结构层越易产生干缩性裂缝。即使铺筑了沥青面层，在旱季或冬季也可能产生干燥裂缝。因此在施工时，应根据天气情况适当增加或减少拌和用水量。确保碾压结束时。例如，在夏天施工气温较高，即使在同一天施工，混合料的拌和用水量也应早、中、晚各不相同，并且，还要根据运距远近、运输车辆配置情况不断的调整，确保碾压时混合料接近并略大于最佳含水量。
摊铺完成后，要及时用土工布等覆盖并进行洒水养护，防止基层因混合料内部发生水化作用和水分的过分蒸发引起表面的干缩性裂缝现象。如果在冬天施工温度较低，则可以用一层塑料薄膜再加上二层土工布覆盖保温，不需要洒水养护。
可能的情况下，养护期结束，立即进行沥青封层或透层的施工，及时摊铺沥青砼面层，这样水稳基层露裸在外面风吹日晒雨淋的时间短，能有效地减少“多次重复干缩”产生的裂缝。这个措施是非常有效的。
3.4 选择有利的季节或时间进行水稳基层的施工
水稳基层施工最好选择在年平均气温时期施工。由于此时结构内温度应力较小，水稳层不易产生热胀冷缩的现象。施工时的气温与一年中最冷或最热时的温差越大，越易产生温缩性裂缝。
如果在夏天酷暑条件下施工，最好能选择在早晚的时间，尽可能避开中午时间进行摊铺，并要加强覆盖洒水养护，保证水稳层处于湿润状态。
冬天气温低于5℃时，尽量不进行水稳基层的施工。在有冰冻的地区，应在第一次重冰冻（-3～-5℃）到来之前半个月到一个内完成。
4.基层出现裂缝后的处理技术
基层顶面出现裂缝后，常用的处治方案包括开槽灌缝、条带贴缝（采用聚酯玻纤布、玻纤格栅等）、高分子抗裂贴处治、橡胶沥青应力吸收层等。
下面介绍一下聚脂玻纤布处理裂缝的技术。
4.1聚脂玻纤布基本的物理性质应满足下表的要求
4.2聚酯玻纤布施工工艺
结合聚酯玻纤布已有的工程实例可知，聚酯玻纤布施工简便，既可以采用人工摊铺，也可以采用辅助机械摊铺。具体操作方法如下：
（1）清理裂缝两侧基层表面。首先用清洁工具将裂缝两侧水稳碎石表面清扫干净，将尖锐的部分铲除，贴缝前，基层表面应干燥，没有污物，尘土和碎石。裂缝内的杂物应用高压空气清除，较小裂缝用沥青填缝。对于较严重的采用沥青混凝土填平。
（2）喷洒改性热沥青粘层。聚酯玻纤布宜采用改性热沥青粘附，粘层油的用量宜控制在0.6～0.8㎏/m2之间；热沥青的喷洒温度应控制在160℃～180℃之间；喷洒机械宜选用智能洒布机械喷洒，热沥青的喷洒宽度宜超出聚酯玻纤布铺设宽度5cm～10cm左右；施工的关键工序是喷洒沥青粘层，喷洒要均匀，切忌粘层油量不足或条状喷洒。
（3）铺设聚酯玻纤布。聚脂玻纤布铺设应平整无折、皱，在铺洒沥青粘层油后及时将聚酯玻纤布对称铺设在裂缝两侧，保证裂缝两侧的布宽约50cm，铺设可采用人工及机械铺设。
（4）下封层施工。聚脂玻纤布铺设完成后进行下封层施工。
4.3 施工注意事项
（1）洒布改性热沥青粘层油时，施工温度应在5℃以上，改性热沥青的温度保持在160～180℃。雨天和雨后路面潮湿时不得喷洒改性热沥青，必须等路面干燥后方可施工。
（2）聚酯玻纤布要随粘层油的喷洒而同时展开，可以避免改性热沥青的温度下降太多。铺设后及时用滚筒等工具将聚酯玻纤布压实在粘层油上。
（3）聚酯玻纤布不分正反面，可以按任意需要铺装，但是储存过程中应避免潮湿。若在铺装过程中出现褶皱或者打折现象，及时用工具刀割开以保证聚酯玻纤布与粘层油的良好的粘结效果。
（4）由于聚酯玻纤布的硬度比较高，在弯道安装时，遇到褶皱及时将其割开，搭接宽度大于15cm。
（5）聚酯玻纤布摊铺后，在沥青粘层油未冷却至常温下，任何车辆或行人不得进入。
（6）沥青混合料的摊铺时，运输车辆不得在聚酯玻纤布位置急刹或转弯。。
参考文献
[1] 公路路面基层施工技术细则（JTG/TF20-2015）[M]..北京：人民交通出版社，2015.09
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