施工期水穩(wěn)基層網(wǎng)裂檢測(cè)及分析

潘昊宇，劉斌清，黃　絢

(1.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西　南寧　530007；2.廣西交通科學(xué)研究院，廣西　南寧　530007；3.南寧高速公路運(yùn)營(yíng)有限公司，廣西　南寧　530022)

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施工期水穩(wěn)基層網(wǎng)裂檢測(cè)及分析

潘昊宇1，2，劉斌清1，2，黃絢3

(1.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530007；2.廣西交通科學(xué)研究院，廣西南寧530007；3.南寧高速公路運(yùn)營(yíng)有限公司，廣西南寧530022)

潘昊宇(1979—)，碩士，主要從事道路工程研究。

摘要：水泥穩(wěn)定碎石基層作為高等級(jí)路面一種主要的基層結(jié)構(gòu)在公路建設(shè)中被廣泛運(yùn)用，但是由于施工期中許多不合理的因素，常常導(dǎo)致水穩(wěn)基層出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)大范圍的網(wǎng)狀裂縫，極大影響了公路的質(zhì)量和使用壽命。文章通過(guò)對(duì)某一級(jí)公路水穩(wěn)基層進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，分析其網(wǎng)狀裂縫產(chǎn)生的原因，為解決施工期水穩(wěn)基層出現(xiàn)的大范圍網(wǎng)裂問(wèn)題提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定碎石基層；網(wǎng)裂；試驗(yàn)檢測(cè)；病害分析

0引言

水泥穩(wěn)定碎石基層作為半剛性基層，具有剛度大、整體性及水穩(wěn)性好、早期強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于高等級(jí)公路的路面基層。但是由于材料及結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，若施工控制不好，水穩(wěn)基層在施工期中就會(huì)產(chǎn)生裂縫，甚至在外界環(huán)境、溫度、氣候、荷載等綜合因素的影響下產(chǎn)生大范圍的網(wǎng)狀裂縫，大大降低基層強(qiáng)度，嚴(yán)重影響路基路面的質(zhì)量和使用壽命。

對(duì)瀝青混凝土面層而言，水穩(wěn)基層產(chǎn)生的裂縫是影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，尤其是網(wǎng)狀裂縫，若處理不當(dāng)，不但易產(chǎn)生反射裂縫，也易使雨水下滲，在行車(chē)荷載的反復(fù)作用下，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層之間和結(jié)構(gòu)層材料的剝落，從而造成瀝青混凝土路面的早期破損，影響其使用壽命。因此對(duì)水穩(wěn)基層網(wǎng)裂的形成和發(fā)展原因進(jìn)行分析，從而對(duì)水穩(wěn)基層的施工和養(yǎng)護(hù)進(jìn)行有針對(duì)性的控制，對(duì)提高路面的施工水平和道路的使用質(zhì)量及壽命具有重大的意義。

1工程概況及施工現(xiàn)狀

該項(xiàng)目為二級(jí)公路改擴(kuò)建為一級(jí)公路項(xiàng)目，完全利用舊有公路路基，以路面改建為主并完善路基防護(hù)、沿線設(shè)施，橋梁檢測(cè)后加固利用。典型路面結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1　檢測(cè)路段典型路面結(jié)構(gòu)表

由于工期緊張，交通通行壓力較大，項(xiàng)目采取邊通車(chē)邊施工的方式，但部分通車(chē)路段的基層在未鋪筑瀝青面層前已出現(xiàn)網(wǎng)裂病害。

2水穩(wěn)基層網(wǎng)裂情況調(diào)查

由于現(xiàn)實(shí)原因，該項(xiàng)目水穩(wěn)基層施工養(yǎng)生完成后即開(kāi)放交通，幾個(gè)月后發(fā)現(xiàn)水穩(wěn)基層在雨后潮濕的狀況下存在較為普遍的裂紋，局部路段已經(jīng)發(fā)生較大范圍的網(wǎng)狀裂縫，裂縫處伴隨有唧泥、翻漿、沉陷等現(xiàn)象，隨著交通持續(xù)運(yùn)行和發(fā)展，基層開(kāi)裂面積有進(jìn)一步擴(kuò)展的趨勢(shì)。

3試驗(yàn)檢測(cè)方法及檢測(cè)結(jié)果

為查明本項(xiàng)目水穩(wěn)基層網(wǎng)裂形成的原因，主要采用交通量調(diào)查及典型病害路段現(xiàn)場(chǎng)鉆芯、基層芯樣抗壓強(qiáng)度、現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖檢測(cè)等調(diào)查和檢測(cè)方法，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析基層網(wǎng)裂病害發(fā)生的原因，主要的調(diào)查和檢測(cè)成果如下所述。

3.1　交通量調(diào)查

本工程為交通大通道，沿線交通量較大，舊路改建實(shí)施過(guò)程中實(shí)行單向開(kāi)放交通。根據(jù)沿線調(diào)查，本工程施工水穩(wěn)基層后即開(kāi)放交通，其通車(chē)車(chē)輛中大型重載貨車(chē)比例較大，且存在較為嚴(yán)重的超載現(xiàn)象。根據(jù)通行路段收費(fèi)站的收費(fèi)記錄，單月最高通行貨車(chē)量為27 010輛，按車(chē)型轉(zhuǎn)換為小客車(chē)數(shù)量為48 413輛，平均日交通量為1 562輛小客車(chē)，各種車(chē)型所占交通量比重如表2所示，車(chē)輛超載情況如表3所示。

表2　不同車(chē)型占交通量比例表(%)

表3　車(chē)輛超載情況表

由表2可知，該公路通行的主要車(chē)型為2類(lèi)、4類(lèi)和6類(lèi)，其中4類(lèi)車(chē)型和6類(lèi)車(chē)型為大型貨車(chē)、拖掛車(chē)、集裝箱車(chē)等重載車(chē)輛。同時(shí)，由表3可知，當(dāng)月通行的27 010輛貨車(chē)中，有7 779輛貨車(chē)超載，超載比率為28.8%。

大型貨車(chē)及超載車(chē)輛在本工程中所占比例及超載率均較大，大大增加了本工程路面結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，尤其是在路面結(jié)構(gòu)未完善的前提下，超載車(chē)輛直接作用在水泥穩(wěn)定碎石基層之上，對(duì)路面基層的破壞尤其巨大。根據(jù)國(guó)家相關(guān)的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中荷載計(jì)算公式分析，假定一輛4軸車(chē)載貨總重為94.35 t，超載率為101%，其行駛一次對(duì)水穩(wěn)基層的損傷相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)后軸10 t的車(chē)輛行駛13.9萬(wàn)次。可見(jiàn)超載車(chē)輛對(duì)本工程水穩(wěn)碎石基層的影響較為嚴(yán)重，施工期應(yīng)加強(qiáng)通行車(chē)輛的管控，防止水穩(wěn)基層繼續(xù)受到破壞。

3.2　基層強(qiáng)度試驗(yàn)

為了對(duì)水穩(wěn)基層狀況進(jìn)行評(píng)判，進(jìn)行了基層芯樣鉆芯，取樣位置分別選取路面病害位置及良好位置等不同路段，并對(duì)鉆取芯樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。其試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4　水泥穩(wěn)定碎石芯樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

設(shè)計(jì)文件規(guī)定“混合料七天浸水抗壓強(qiáng)度基層不小于4.0 MPa，底基層不小于2.5 MPa”，本次取樣的芯樣均為上基層，其強(qiáng)度基本滿足設(shè)計(jì)要求，本工程部分水穩(wěn)碎石施工后約6個(gè)月的時(shí)間，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)部分路段水穩(wěn)基層強(qiáng)度偏低，個(gè)別位置低于設(shè)計(jì)要求。基層強(qiáng)度較低位置，芯樣成型不太好，骨料級(jí)配相對(duì)較差，但存在網(wǎng)裂現(xiàn)象的基層，若成型及級(jí)配良好，其鉆取芯樣的強(qiáng)度還是達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

3.3　基層裂縫發(fā)展規(guī)律

為判明基層芯樣開(kāi)裂狀況，選取裂縫位置對(duì)芯樣開(kāi)裂狀況進(jìn)行判別。

不管是微裂縫還是明顯的網(wǎng)裂，裂縫均已貫穿水穩(wěn)碎石基層，呈下寬上窄的“人”字型，裂縫發(fā)展主要為自下而上。

結(jié)合3.2節(jié)的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，雖然基層芯樣抗壓強(qiáng)度與基層網(wǎng)裂存在一定關(guān)系，但不是影響基層開(kāi)裂的主要因素，造成水穩(wěn)碎石基層開(kāi)裂的主要原因?yàn)閷拥桌瓚?yīng)力及變形過(guò)大。

3.4　典型病害位置開(kāi)挖調(diào)查

為進(jìn)一步查明病害產(chǎn)生原因，選取了左幅K35+320、K36+860、K40+320、右幅K44+760四處典型位置進(jìn)行開(kāi)挖以了解基層實(shí)際的使用狀況。開(kāi)挖情況匯總?cè)绫?所示。

表5　典型路段開(kāi)挖調(diào)查情況匯總表

由4處典型路段開(kāi)挖狀況可見(jiàn)，水穩(wěn)碎石基層發(fā)生輕度及嚴(yán)重網(wǎng)裂破損的路段其調(diào)平層內(nèi)存在較為明顯的可見(jiàn)水分；右幅K44+760處水穩(wěn)基層狀況較好，其調(diào)平層及級(jí)配碎石層均未見(jiàn)明顯潮濕現(xiàn)象，但其處于路塹挖方位置，地下水位較高，開(kāi)挖后路基處于浸水狀態(tài)。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)排水狀況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)調(diào)平層內(nèi)積蓄的水分主要來(lái)自中央分隔帶內(nèi)下雨的內(nèi)部積水。原因是中央分隔帶未完工而又未及時(shí)采取隔水措施，使得中央分隔帶內(nèi)積聚的雨水沿調(diào)平層進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)，并沿著舊有二級(jí)路的混凝土板流至新加寬路面部分對(duì)級(jí)配碎石層進(jìn)行滲透。

同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)調(diào)平層級(jí)配碎石板結(jié)性及整體性較差，且存在明顯的自由水。在其級(jí)配及厚度滿足要求的情況下，其發(fā)生松散的原因可能在于施工初期壓實(shí)度不足、開(kāi)放交通時(shí)受到車(chē)輛荷載的持續(xù)作用及路面結(jié)構(gòu)內(nèi)自由水的侵蝕。

4病害原因分析

通過(guò)對(duì)水穩(wěn)基層網(wǎng)裂路段的調(diào)查分析及試驗(yàn)檢測(cè)，認(rèn)為其病害產(chǎn)生的基本原因主要有：

(1)重載交通荷載破壞是本工程出現(xiàn)普遍性網(wǎng)裂病害的主要原因。

通過(guò)3.1節(jié)的分析可知，施工路段道路通行以大型

重載車(chē)輛為主，并存在大量的超載現(xiàn)象，超載比率為28.8%，其中超載25%以?xún)?nèi)的車(chē)輛占本月貨車(chē)總量的7.9%，超載25%~50%的車(chē)輛占本月貨車(chē)總量的8.1%，超載50%以上的車(chē)輛占本月貨車(chē)總量的12.9%。在路面結(jié)構(gòu)未完善的前提下，重載交通直接作用在水泥穩(wěn)定碎石基層上，導(dǎo)致基層結(jié)構(gòu)疲勞破壞。根據(jù)交通量及交通軸載分析，本工程通車(chē)過(guò)程中水穩(wěn)碎石基層已經(jīng)部分達(dá)到其疲勞壽命而產(chǎn)生網(wǎng)裂破壞。

同時(shí)，由于邊施工邊通車(chē)，各段落施工過(guò)程中交通組織不同使得不同段落承受交通車(chē)輛的狀況不同，因而不同段落和方向的病害程度均有不同，渠化的交通也易造成應(yīng)力集中而導(dǎo)致基層破壞。

(2)碎石調(diào)平層板體性差、路面結(jié)構(gòu)積水及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差異等因素對(duì)路面破壞的不均勻性有一定影響。

通過(guò)對(duì)典型路段進(jìn)行開(kāi)挖，發(fā)現(xiàn)碎石調(diào)平層板體性較差，空隙率較大，由于無(wú)法進(jìn)行壓實(shí)度測(cè)試，但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷其壓實(shí)度明顯不足。根據(jù)相關(guān)研究成果，在壓實(shí)度明顯不足的情況下，級(jí)配碎石抗壓回彈模量將明顯降低，降低幅度約為65%。這種情況下，相當(dāng)于半剛性基層及下基層之間存在一層模量明顯偏低的軟弱夾層，增加了半剛性基層對(duì)重載交通的敏感性，雨水通過(guò)調(diào)平層入侵路面結(jié)構(gòu)進(jìn)一步加大了這種敏感性。

同時(shí)，病害調(diào)查顯示行車(chē)道存在較大比例的破損，其總體承載能力較超車(chē)道明顯偏弱。分析其原因，主要與舊路部分及新建部分的路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分布、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差異以及新建路基承載能力有關(guān)，這些差異使得新建部分在抵抗重載交通狀態(tài)下更容易發(fā)生水穩(wěn)基層的破損。

5結(jié)語(yǔ)

水泥穩(wěn)定碎石基層作為我國(guó)高等級(jí)公路的一種主要路面基層形式，其施工質(zhì)量極大影響路面的使用壽命，應(yīng)從外在因素和內(nèi)在因素綜合考慮。內(nèi)在要優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制好原材料質(zhì)量，嚴(yán)格按照規(guī)范指導(dǎo)施工，在混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等環(huán)節(jié)做到合理有序，組織管理到位；外在則要考慮環(huán)境、天氣、荷載等因素作用的影響，排除不利因素，做好保障措施，不能因?yàn)楣て诤屯ㄐ械雀鞣矫娴膲毫Χつ块_(kāi)放交通，忽略工程質(zhì)量。只有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亟M織，嚴(yán)格地把控，才能修建優(yōu)良優(yōu)質(zhì)的工程，使社會(huì)效益最大化。

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Detection and Analysis of Water Stabilized Base Net-shaped Cracks During the Construction

PAN Hao-yu1，2，LIU Bin-qing1，2，HUANG Xuan3

(1.Guangxi Key Laboratory of Road Structure and Materials，Nanning，Guangxi，530007； 2.Guangxi Trans-portation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007； 3.Nanning Expressway Operations Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530022)

Abstract：The cement stabilized macadam base，as a major base structure for high-grade pavement，is widely used in highway construction，but because of many irrational factors during the construction，it often results in the cracks in water stabilized base，and in severe cases even the large net-shaped cracks may appear，which greatly affects the quality and life of highway.Through the experimental detection on the water stabilized base of a first-class highway，this article analyzed the causes of its net-shaped cracks，thereby providing the reference for addressing the large net-shaped cracks of water stabilized base during the con-struction.

Keywords：Cement stabilized macadam base； Net-shaped cracks； Experimental detection； Defect Analysis

收稿日期：2015-04-03

文章編號(hào)：1673-4874(2015)05-0009-03

中圖分類(lèi)號(hào)：U415.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.003

作者簡(jiǎn)介