浅析水泥稳定碎石基层裂缝的成因及预防措施

建筑设计,职称评审,高级工程师职称评审
一、前言
水泥稳定碎石有良好的力学性能和板体性，其初期强度高并且强度随龄期增长，其力学强度还可视工程需要进行调整。其特点是：强度高、水稳性好、抗冻性好、耐冲刷，温缩性和干缩性均较小，是一种优良的路面基层材料。然而水泥稳定碎石料也有其与生俱来的缺点：主要是脆性大，从而导致对温度和湿度敏感性强，易因温度变化和湿度变化产生裂缝并反射到路面，导致路面强度和使用性能大大降低，这也是路面工程不可忽视的病害。
二、水稳基层裂缝现象
水泥稳定集料基层是将一定级配的集料与水泥和水一起搅拌后，在最佳含水量状态下碾压成型，经过养生达到一定强度的路面基层结构，此基层是一种半刚性结构。水泥稳定基层产生裂缝是影响沥青混凝土面层破坏的关键因素。这种裂缝，一般在基层顶面沿横向开裂多为等间距，呈直线型，缝长不等，缝宽在0.5~3.5mm左右。较早出现裂缝是在水稳层养生过程中开始出现，有的是在沥青混凝土路面通车后在荷载作用下出现，这是由于水稳层出现裂缝并引起沥青混凝土面层产生相对的反射裂缝。
三、水稳基层产生裂缝的危害
基层裂缝的危害主要有两个方面：一是降低基层的整体强度；二是发展后会形成反射裂缝，使沥青混凝土路面相应出现有规则的横向裂缝、起拱。出现第二种情况，若不及时处理，雨水从裂缝里向下渗透，沥青混凝土和基层裂缝缝隙处充满自由水，在车辆荷载反复冲击下，就会使沥青混凝土中粘附在碎石表面的沥青剥离，基层的细集料形成泥浆被挤压出路面，沥青混凝土路面出现坑洞、碎裂、松散，造成沥青混凝土早期破损，影响其使用寿命。基层裂缝的危害较为常见，直接影响了路面行车的速度和安全。
四、水稳基层裂缝产生的原因
1、水泥稳定碎石压实成型到正常养护期（一般为7d）的干缩：
由于混合料本身的水分和养护洒水的水分蒸发以及混合料内部水化作用发生的毛细管作用、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。如果这段时间天气正常，气温没有太大变化，混合料（基层）从最佳含水量到较干燥的干缩过程可称之为一次性的干缩，其产生的裂缝是有限的。
2、养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青混凝土面层这段时间的干缩：
如果这段时间间隔较长，自然天气从晴到雨、从雨到晴，风吹日晒雨淋，基层料从“较干燥→保水状态→较干燥→保水状态”反复循环作用，水分反复的“蒸发、饱和、蒸发、饱和”，多次重复干缩过程，必然会使基层出现较为严重的拉裂现象，在薄弱地方就表现为裂缝。
3、温缩性裂缝：
也就是热胀冷缩产生的裂缝。万物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。在水泥路面设计施工中，设置伸缩缝的做法规范中已有明确的规定，并且在施工和实际使用中得到广泛的应用，取得了显著的成效。但长期以来，在水泥稳定碎石基层的设计规范或施工技术规范中却没有提出来，这有待于进一步探索。
4、荷载性裂缝：
一般发生在基层底部，由于车辆荷载的反复作用，裂缝逐渐向上扩展至表面，车轮荷载作用下产生的裂缝反应在面层，往往不是单独的、稀疏的或较有规则的裂缝，而是稠密的、有时是相互联系的。
此外，下承层强度不够、路基太软也会因反弹、返浆形成裂缝。
五、水稳裂缝的预防及处理措施
1、做好原材料的选取及严格控制级配：
（1）水泥：为保证水泥稳定碎石基层施工时有足够的时间运输、摊铺和压实，应对水泥的终凝时间有限制，一般需要6～10h。夏季施工时，气温较高，表面层的凝结硬化速度较快，水泥终凝时间应尽可能达到10h；春秋季施工时水分蒸发较慢，终凝时间可缩短至6h。水泥标号不能太高，最好不要超过32.5R，采用普通硅酸盐水泥。剂量控制范围为5% 左右。
（2）碎石：高速公路基层碎石的用量是很大的，而一般外购的一个石料场的产量却很小，就必须同时使用几个料场进料，并且由于储料场地不足而又混堆储料，这就产生两个很严重的问题：一是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。二是各料场碎石的密度不同，在确定最大干密度到来很大的困难——无法再集中混合矿料中得到一个最具代表性的最大干密度，最终导致现场无法进行正常压实度检测和控制，压实度经常超过100%或小于极限值。如果只使用一个岩矿做粗集料的料场，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，有利于混合料质量控制。
2、施工过程控制：
（1）压实度：由于基层材料来源的生产企业规模相对较小，机械化程度不高，石料加工质量普遍不够稳定，存在粒径不均匀现象。因此水泥稳定碎石混合料的最大干密度呈变化状态。在压实度的检验中，如果采用同一干密度指标作为标准，很容易出现压实度不合格或超过100%的现象。因此施工中采用灌砂法进行压实度检验时，应对集料筛分，以确定粗骨料的含量，分别选用不同的密度标准；水量：水泥稳定碎石是水泥与集料的水化凝结硬化的产物。
（2）含水量：考虑到混合料在运输、碾压过程中还有水分散失，尤其夏季施工时水分蒸发快，施工过程中对水的含量应控制在比最佳含水量大1% 左右。含水量过小时，基层表层松散，碾压容易起皮，难以压实；含水量过大碾压时粘轮，表面起拱，而且基层成型后水分散失愈多，形成的裂缝愈多。所以施工过程中含水量要控制适宜。
（3）施工接头：基层在施工过程中留有接头是难以避免的。但接头处往往是应力的集中区，在温度应力、基层收缩应力和交通荷载的反复作用下，容易诱发为裂缝，从而导致沥青面层产生反射裂缝。
　　3、养护期间控制
　　（1）及时养生：水泥稳定碎石基层碾压成型后应及时覆盖洒水养护。由于水分参与了水泥的水化反应，水分的散失将影响其正常的反应，从而影响凝结硬化后形成的强度，特别是夏季施工，气温较高，基层表面的水分蒸发更快，极易产生均匀的裂纹。养护的方法可以采用草袋、麻袋或塑料薄膜覆盖，保证基层不直接暴露在外。冬季施工时，要及时采取防冻措施。避免冻裂或松散。
（2）外力影响
　　水泥稳定基层是半刚性路面结构，在不铺面层时，严禁超重车辆通行，过早通过超重车辆会使水稳基层的结构强度受到破坏，产生不规则的细小裂缝。车辆超载是造成路面损坏的主要原因，路政管理部门要加重、加大对超载、超重车辆的处罚和监管力度。充分考虑到超载车辆的影响，避免出现反射裂缝。
　　（3）工序紧密衔接
基层施工完毕后，为保证水泥稳定碎石结构不继续失水，减少干缩裂缝产生，最好在一星期后即喷洒透油层或进行下封层施工，尽早铺筑沥青路面。
六、结束语
对于水泥稳定碎石基层裂缝这一施工通病，施工单位应该合理选择原材料，科学安排施工工艺，对施工中出现的裂缝现象深入研究，找出原因，迅速补救，从而提高工程质量，杜绝交通隐患。