公路工程水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫成因及防治措施之淺見(jiàn)

鐘浩

摘 要：水泥穩(wěn)定碎石基層是高等級(jí)公路路面的基層主要形式之一，具有強(qiáng)度高、剛度大，整體性強(qiáng)、性能好等特點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是抗變形能力差，易產(chǎn)生裂縫。本文結(jié)合筆者多年公路工程水穩(wěn)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水穩(wěn)基層裂縫的形成進(jìn)行了分析，針對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因提出了處理措施。

關(guān)鍵詞：水穩(wěn)；裂縫；成因；防治措施

1 引言

水泥穩(wěn)定碎石具有整體性強(qiáng)、承載力高、剛度大、抗凍性好、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)而普遍應(yīng)用于公路工程，但其缺點(diǎn)是抗變形能力差，易產(chǎn)生裂縫。如果施工過(guò)程中質(zhì)量控制不到位，就容易產(chǎn)生裂縫，使基層受到損壞。如何預(yù)防水穩(wěn)基層出現(xiàn)的裂縫，確保水穩(wěn)施工質(zhì)量，成為公路施工人員越來(lái)越關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。

2 水穩(wěn)基層裂縫的形成原因

新鋪的水穩(wěn)基層，隨著混合料中水份的散失，溫度和濕度變化等一系列因素容易導(dǎo)致水穩(wěn)產(chǎn)生裂縫，隨后，自水穩(wěn)基層向上擴(kuò)展到瀝青混凝土面層而形成反射裂縫。基層裂縫的出現(xiàn)是瀝青路面損壞的開(kāi)始，會(huì)導(dǎo)致雨水下滲，軟化水穩(wěn)基層，造成基層強(qiáng)度不足而形成唧漿、啃邊、沉陷等病害。水穩(wěn)形成的裂縫主要有幾下幾種：

2.1 溫差較大，產(chǎn)生收縮裂縫

施工期間由于晝夜溫差，或水穩(wěn)基層長(zhǎng)時(shí)間暴露，經(jīng)過(guò)寒冬炎夏的溫差導(dǎo)致而成。天地萬(wàn)物的熱脹冷縮是一種普遍現(xiàn)象，由于溫度的變化，水穩(wěn)內(nèi)部的礦物顆粒也會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮的體積變化，導(dǎo)致基層收縮，使得水穩(wěn)基層處于受拉狀態(tài)，形成裂縫。通常在溫度較低時(shí)出現(xiàn)許多細(xì)小裂縫，在溫度升高時(shí)，許多溫縮裂縫會(huì)擠合，但在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)溫縮裂縫反復(fù)開(kāi)合，最終會(huì)形成明顯的橫向裂縫。

2.2 基層混合料拌和質(zhì)量控制不當(dāng)，產(chǎn)生不規(guī)則裂縫

由于施工過(guò)程中混合料中粗細(xì)集料比例變化等原因，將影響混合料的均勻性。其主要影響因素有：水泥劑量、含水量、集料質(zhì)量及粗細(xì)集料比例等。如若控制不當(dāng)，水穩(wěn)基層混合料鋪筑后產(chǎn)生局部橫向裂縫，其特點(diǎn)是：縫多且密。

2.3 混合料水份消耗或蒸發(fā)，產(chǎn)生干縮裂縫

水泥穩(wěn)定混合料加水拌和與壓實(shí)后，經(jīng)過(guò)壓實(shí)的水穩(wěn)基層在強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程中，水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)，消耗大量的水份。水泥含量越高，則消耗的水份越多。或者水份蒸發(fā)散失，尤其是高溫的夏天，隨著水份的減少，混合料的體積將很快收縮變形，就產(chǎn)生了干縮裂縫。

2.4 施工工藝影響，產(chǎn)生裂縫

水穩(wěn)混合料一般較粗，采用單獨(dú)一臺(tái)攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪時(shí)，攤鋪速度過(guò)快，兩邊離析的混合料由于級(jí)配不連續(xù)，攤鋪后會(huì)形成裂縫。在混合料攤鋪完成后，壓路機(jī)將會(huì)緊跟在其后進(jìn)行碾壓，速度過(guò)快同樣能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

2.5 外力影響，產(chǎn)生裂縫

車輛超限不但使得路面磨損程度加劇，而且基層將直接承受由路面?zhèn)鱽?lái)的荷載，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了自身的設(shè)計(jì)承載能力，產(chǎn)生裂縫。

3 水穩(wěn)基層裂縫的預(yù)防措施

根據(jù)水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石半剛性基層的非荷載作用開(kāi)裂機(jī)理分析，為減少裂縫產(chǎn)生，施工時(shí)要在原材料、含水量、水泥劑量、混合料的級(jí)配、攤鋪、壓實(shí)、切縫、養(yǎng)生等方面采取措施，盡可能減少施工中的裂縫。

3.1 原材料控制

標(biāo)號(hào)高的水泥其收縮性比標(biāo)號(hào)低的收縮性大，一般情況選擇P.O32.5硅酸鹽水泥就能滿足施工。水泥抗折強(qiáng)度愈大，混合料抵抗內(nèi)部溫度應(yīng)力的抗拉強(qiáng)度越大，越不易產(chǎn)生溫縮裂縫。應(yīng)選用初凝時(shí)間3h以上、終凝時(shí)間較長(zhǎng)（宜在6h以上）的水泥。

3.2 混合料的含水量控制

含水量的控制影響到壓實(shí)度的保證和裂縫的多少。含水量過(guò)小時(shí)，碾壓容易起皮，難以壓實(shí)；含水量過(guò)大時(shí)碾壓粘輪，有輪跡，成型3天后有明顯的干縮裂縫，這種干縮裂縫會(huì)隨氣溫的升高而變寬。因此施工過(guò)程中含水量要控制適宜，施工中每天應(yīng)根據(jù)日照強(qiáng)度和風(fēng)力大小多次調(diào)整含水量，一般早、中、晚要三次調(diào)整含水量。

3.3 水泥劑量的控制

在施工過(guò)程中，有的沒(méi)有類似施工經(jīng)驗(yàn)的單位為滿足強(qiáng)度的需要，一味用增大水泥劑量的方法來(lái)提高強(qiáng)度，水泥用量過(guò)大，造成7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度過(guò)高，正常強(qiáng)度越高，剛性就越大，基層材料與底基層材料的模量比就會(huì)增加，從而增大基層底面由行車荷載引起的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，使基層在行車荷載下產(chǎn)生開(kāi)裂。所以，水泥劑量一定要控制準(zhǔn)確，用量太小固然減少了膠凝作用，但用量太大會(huì)加大水化熱反應(yīng)，極易形成裂縫。實(shí)踐表明，一般在水泥劑量為4%-5%時(shí)，混合料的最大干縮應(yīng)變和平均干縮系數(shù)都達(dá)到最小值，具有較強(qiáng)的抗干縮能力，然后隨水泥劑量的增加，干縮值也開(kāi)始增加。在實(shí)際應(yīng)用中，水穩(wěn)的基層強(qiáng)度只要滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度就行。

3.4 混合料的級(jí)配控制

集料中單個(gè)顆粒的最大粒徑不應(yīng)超過(guò)31.5mm，級(jí)配應(yīng)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。拌和前，首先分別稱出拌缸中不同規(guī)格碎石的重量，測(cè)定其計(jì)量的準(zhǔn)確性。然后進(jìn)行試拌，用四分法取樣篩分，根據(jù)篩分結(jié)果重新調(diào)試，直到符合級(jí)配要求。正式生產(chǎn)時(shí)每天仍需取樣篩分，進(jìn)行調(diào)試。

3.5 混合料的攤鋪控制

拌和好的混合料應(yīng)盡快運(yùn)送到攤鋪現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)送過(guò)程中，車上的混合料應(yīng)予以覆蓋，以減少水份損失。在混合料攤鋪前，下承層表面應(yīng)灑水潤(rùn)濕。攤鋪機(jī)應(yīng)保持連續(xù)、緩慢、勻速的攤鋪，盡量避免攤鋪機(jī)等料現(xiàn)象，等料處容易發(fā)生塊狀離析；螺旋布料器應(yīng)緩慢勻速旋轉(zhuǎn)且其中料位應(yīng)位于其2/3高度；如果因供料跟不上使得停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，則應(yīng)按攤鋪?zhàn)鳂I(yè)結(jié)束來(lái)處理工作面。因攤鋪機(jī)寬度限制，必須采用多幅施工時(shí)，可采用多臺(tái)攤鋪機(jī)呈梯隊(duì)同時(shí)攤鋪。攤鋪時(shí)應(yīng)勻速攤鋪，如出現(xiàn)其他原因影響供料，造成供料不足，應(yīng)調(diào)整作業(yè)速度，以維持不間斷作業(yè)。

3.6 混合料的壓實(shí)度控制

混合料攤鋪后，應(yīng)盡快完成碾壓，縮短從加水拌和到完成碾壓的延遲時(shí)間。如果不及時(shí)碾壓，就將影響壓實(shí)度，混合料的強(qiáng)度和性能也會(huì)下降，抗裂縫能力也下降。根據(jù)混合料的含水量、天氣狀況、碾壓長(zhǎng)度等因素確定開(kāi)始碾壓的時(shí)機(jī)。當(dāng)天氣炎熱干燥時(shí)，水穩(wěn)表層水分蒸發(fā)很快，可補(bǔ)灑少量的水。

3.7 切縫和灌縫

切縫應(yīng)掌握好最佳時(shí)間，如果計(jì)劃水穩(wěn)養(yǎng)生期小于2個(gè)月，則在水穩(wěn)養(yǎng)生強(qiáng)度達(dá)到40%時(shí)進(jìn)行切縫，切縫深度為厚度的1/3，路面寬度大于15m的，每10-15m切一道橫縫，路面寬7～15m的，20m切一道橫縫。切縫后應(yīng)徹底清縫，然后灌注熱瀝青，灌縫應(yīng)飽滿。灌縫后鋪設(shè)聚酯玻纖布，聚酯玻纖布寬度一般為100cm，若留有縱縫，縱縫使用的聚酯玻纖布寬度一般為100cm。

3.8 養(yǎng)生及交通管制

水穩(wěn)是水硬性材料，碾壓完成后要及時(shí)養(yǎng)生，保持混合料的含水量不受損失，決不能讓基層曝曬變干裂縫。有資料表明在同期內(nèi)通過(guò)養(yǎng)生的水穩(wěn)是不養(yǎng)生的水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度的1.5～2倍，而且養(yǎng)生的水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石出現(xiàn)干縮裂縫比不養(yǎng)生的要少得多。基層施工完成后，表面沒(méi)及時(shí)覆蓋，受自然環(huán)境的影響，表面游離水蒸發(fā)過(guò)快，產(chǎn)生急劇體積收縮，而此時(shí)集體料早期強(qiáng)度低，不能抵抗這種應(yīng)力也易導(dǎo)致開(kāi)裂。因此要求在基層施工完后，對(duì)其裸露表面應(yīng)及時(shí)用潮濕材料覆蓋，認(rèn)真養(yǎng)護(hù)，同時(shí)進(jìn)行好交通管制。

3.9 施工時(shí)間的選擇

水穩(wěn)最好選擇在年平均氣溫時(shí)施工，減少溫縮應(yīng)力的影響。夏季高溫天氣施工時(shí)，應(yīng)避免在中午溫度最高時(shí)施工，很容易產(chǎn)生干縮裂縫。冬天氣溫低于5℃時(shí)，一般不能進(jìn)行水穩(wěn)基層的施工。在有冰凍的地區(qū)，應(yīng)在第一次重冰凍（-3～-5℃）到來(lái)之前半個(gè)月到一個(gè)月前完成。

3.10 基層完工后應(yīng)立即進(jìn)行下道工序施工

在養(yǎng)護(hù)完成7天后，應(yīng)該要對(duì)路面進(jìn)行鉆芯檢驗(yàn)，保證芯樣密實(shí)、完整，成型良好。在交通開(kāi)放后，還要進(jìn)行清掃和沖洗，去除表面的浮漿。如果基層表面略微粗糙，有碎石外露的現(xiàn)象，但是不松散且強(qiáng)度均勻，就達(dá)到了檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。然后噴灑稀釋瀝青或乳化瀝青形成稀漿封層，灑完油后應(yīng)盡快鋪筑面層，透層油瀝青雖有一定的保溫作用。但隨時(shí)間延長(zhǎng)，半剛性基層混合料中由于水份不斷散失而產(chǎn)生干縮裂縫；在溫差大時(shí)半剛性基層也可能產(chǎn)生溫縮裂縫，為保護(hù)基層不產(chǎn)生收縮裂縫，必須盡快鋪筑面層。隨著基層暴露時(shí)間的增加，平均干應(yīng)變和干縮系數(shù)都在增長(zhǎng)。

4 水穩(wěn)基層裂縫的防治措施

4.1 聚酯玻纖布處治技術(shù)

通過(guò)驗(yàn)證，水穩(wěn)基層和瀝青面層之間加鋪水穩(wěn)裂縫專用聚酯玻纖布是一種有效的措施。聚酯玻纖布可以限制水穩(wěn)基層繼續(xù)開(kāi)裂，并使水穩(wěn)基層和瀝青混凝土面層在裂縫處結(jié)合力減小，又不破壞它們的力學(xué)特性。加鋪水穩(wěn)裂縫專用聚酯玻纖布首先得清掃基層裂縫處的灰塵，然后噴瀝青粘層油，噴灑應(yīng)均勻，噴灑量為1.0 kg/m，噴灑范圍比聚酯玻纖布寬10cm。最后鋪設(shè)聚酯玻纖布，毛面朝下，并用水泥釘固定好。

4.2 密封膠封縫技術(shù)

水穩(wěn)基層出現(xiàn)裂縫，需要進(jìn)行及時(shí)的封填處理，防止病害的進(jìn)一步擴(kuò)展和蔓延。密封膠加熱到180℃以后，粘度變得很低，灌入裂縫后，很快就滲透到裂縫兩側(cè)的混合料中并融合到一起。在灌縫之前，首先要用切縫機(jī)對(duì)裂縫進(jìn)行切縫處理，當(dāng)裂縫寬度超過(guò)3mm，都應(yīng)該進(jìn)行切縫。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，影響水穩(wěn)基層裂縫形成的原因是多方面的，施工時(shí)要在多方面采取控制措施，加強(qiáng)管理，精心組織施工，才能減少水穩(wěn)基層裂縫的產(chǎn)生，使得水泥穩(wěn)定碎石的施工質(zhì)量得到保證。

參考文獻(xiàn)

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