水泥穩定碎石裂縫產生的原因分析與防治措施

陳東陽

摘 要：分析了水泥穩定碎石基層裂縫產生的機理及類型，并從原材料與施工工藝等方面提出了裂縫防止的基本方法，針對已經出現的裂縫，探討了相應的處理技術與施工工藝，可供廣大技術人員借鑒。

關鍵詞：主橋；加固工程；有限元；材料參數；結構驗算

1.概述

水泥穩定碎石是以級配碎石作骨料，以一定數量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實的結構類型。由于其整體強度、剛度、水穩性較好，目前高等級公路大多采用水泥穩定碎石來做基層。

水泥穩定碎石基層是一種半剛性結構。易產生裂縫的問題是一直困擾著施工單位的一大難題。如何避免或減少水穩基層裂縫是一直想方設法研究解決的難題。這種裂縫一般在基層頂面橫向每隔10～20米一條，縫寬0.5～3mm左右。較早時在水穩基層攤鋪完成后一個月內就開始出現，晚的在瀝青砼路面通車后一至兩年內開始出現，這是由于基層裂縫反射上來造成的。

基層裂縫的危害有二個方面：一是使水穩基層的整塊變為多個小塊，降低基層的整體強度。二是反射后面層裂縫，若不及時修補，雨水從裂縫內向下滲透，水穩的表面軟化，強度變低。瀝青砼和基層之間產生水膜，在車輛荷載反復沖擊下，會使瀝青面層底部與水穩基層表面反復受力，就會使瀝青砼中粘附在碎石表面的瀝青剝離，基層的的表面碎石強度破壞隨著時間的推移，病害越來越嚴重，裂縫越來越寬，越來越深，最終會出現坑洞、條狀下沉、網狀碎裂、松散等，影響使用壽命。影響路面行車的安全性和舒適度。

2.裂縫產生的原因

根據現場調查，水穩基層裂縫有多種特征，但產生的原因大致有兩種：

2.1 干縮性裂縫

從水泥穩定碎石壓實成型到攤鋪瀝青砼面層這段時間存在干縮裂縫。水泥穩定碎石壓實成型到正常養護期期間，由于混合料本身拌和、養護時用水，水分蒸發以及混合料內部水化反應等發生的毛細管作用、分子間吸附作用力和碳化收縮作用等，引起基層混合料體積在一定程度趨于減小而收縮，出現拉裂的現象。

從基層養護期滿后到施工瀝青封層、攤鋪瀝青砼面層這段時間，如果間隔較長，溫度變化較大，或雨天和晴天交替，則基層料從“較干燥→飽水狀態→較干燥→飽水狀態”反復循環，多次重復干縮過程，積少成多，必然會在薄弱地方產生裂縫。

2.2溫縮性裂縫

材料都具有熱脹冷縮的性質，水泥穩定碎石基層屬半剛性體也不會例外。眾所周知，組成水穩基層的材料有固相、液相和氣相體，有著不同的熱脹系數。在溫差作用下必然會產生體積變化，從而引起溫縮性裂縫。

3.裂縫的預防

3.1嚴格控制原材料質量

作為水泥穩定基層用的碎石要求不是很高，很多巖礦都可作為基層碎石的料礦。高等級公路施工時碎石用量是很大的，每天的使用量一般料場的產量都不夠，于是很多施工單位就同時使用幾個料場進料，并且由于儲料場地不足而又混堆進行儲料。由于不同礦源篩網不同造成同一檔料內各粒料數量不同，幾檔材料混合后，生產配合比經常變化，極易超出上限或下限。

只使用一個料場做粗集料的料源，既能保證生產配合比與理論配合比吻合較好，也能保證最大干密度不至于經常變化，有利于現場控制。

若一個料場不能滿足生產需要，必須同時使用多個料場，可以要求幾家料場生產材料時使用同樣尺寸的篩孔。這樣生產出來的各檔材料尺寸基本是相同的。

如果很難達到篩孔尺寸相同但用不得不使用多家石料時，可將各家的石料分開堆放，做好標識，并分別做配合比設計。這一點非常重要。若用的是百家料而只用一個配合比來進行施工控制，那么質量控制無從談起。

加大原材料檢測頻率。嚴格控制材料的壓碎值、含泥量以及針片狀含量。必須按要求達到設計和施工規范的標準，在壓碎值達到標準的前提下，含泥量的控制非常重要。不僅可以提高壓實度，更重要的對減少收縮裂縫起到很大的作用。

水泥應該采用緩凝水泥。緩凝水泥可以延遲施工時間，達到碾壓結束后水泥未初凝。確保施工質量。

3.2嚴格控制級配曲線

嚴格按照施工規范和設計文件要求進行配合比設計。在蚌固路改造工程中技術咨詢單位給出的控制范圍見下表：

合成級配曲線要盡量趨于控制曲線范圍（俗稱香蕉曲線）的下限。并應盡量順滑。這樣的曲線說明材料的級配偏粗并很連續，容易達到粗粒徑、連續級配的要求。粗粒徑石料比細粒料的溫縮性要小。不易產生裂縫。連續級配能減少離析現象的產生，并能提高混合料的密實度和強度。如果混合料離析較多，各種材料分布不均勻，有的地方偏粗，有的地方偏細，溫縮系數差別很大，會造成裂縫的產生。

在控制級配曲線的同時，要嚴格控制小于0.075以下的顆粒含量。小于0.075重影響水穩層的質量。同時，當細集料增加時，混合料的溫縮系數隨溫度降低的以下的顆粒含量增加時，不僅需增加水泥的用量，而且基層表面還容易起砂，嚴變化幅度越來越大。因此，規范中水泥穩定土的顆粒組成范圍規定：集料中0.5mm以下細粒土有塑性指數時，小于0.075以下的顆粒含量不應超過5%，細粒土無塑性指數時，小于0.075以下的顆粒含量不應超過7%。一般施工中基層合成集料級配中0.075mm以下顆粒含量不宜大于4.0%。這樣不但可以減小水泥穩定粒料的收縮性，而且還可以提高壓力水對基層的抗沖刷能力。

建議拌合站配料倉使用五個進料斗。這樣比一般的四個進料斗更加容易控制混合料的合成級配。料斗口必須安裝鋼筋網蓋，篩除超出粒徑規格的集料及雜物。

3.3嚴格控制壓實度

水穩碎石壓實度的好壞不但影響基層的干縮性，還直接影響到基層的耐凍性。要有足夠的碾壓設備保障達到壓實效果。我們規范規定的最大干密度是采用重型擊實法在試驗室做出來的。其實我們現在在施工現場碾壓設備的功率都是很大的，而且都采用大功率震動壓路機，碾壓的成型效果比試驗室里重型擊實法做出來的要好。因為重型擊實法只是模仿光輪壓路機的碾壓效果完成的。在其他地區有的使用震動成型法試驗來做配合比設計。做出來的最大干密度就比較大。一般是重型擊實法的1.01倍。所以，我們一般要求壓實度要達到99%以上。

提高壓實度要求，增加混合料的密實性，可以增加材料的嵌擠力和內膜阻力，提高強度。相對來說可以降低水泥劑量，控制裂縫的發生。

3.4 嚴格控制水泥用量和碾壓時的最佳含水量

一般的水泥穩定碎石基層，其設計強度通常為3～5Mpa。設計強度愈高，所需水泥用量越大。基層剛性越大，混合料的收縮系數增大，越易產生干縮性裂縫。所以我國規范規定水泥劑量≦5%。通過配合比設計，主要從原材料的質量、細集料的含量、各種材料的比例等方面提高混合料的強度，七天無側限抗壓強度以不大于4.5Mpa為宜。盡量減少水泥的用量，不應大于5%。

水泥穩定碎石基層干縮應變隨混合料的含水量增加而增大。施工碾壓時含水量越大，結構層越易產生干縮性裂縫。即使鋪筑了瀝青面層，在旱季或冬季也可能產生干燥裂縫。因此在施工時，應根據天氣情況適當增加或減少拌和用水量。確保碾壓結束時。例如，在夏天施工氣溫較高，即使在同一天施工，混合料的拌和用水量也應早、中、晚各不相同，并且，還要根據運距遠近、運輸車輛配置情況不斷的調整，確保碾壓時混合料接近并略大于最佳含水量。

攤鋪完成后，要及時用土工布等覆蓋并進行灑水養護，防止基層因混合料內部發生水化作用和水分的過分蒸發引起表面的干縮性裂縫現象。如果在冬天施工溫度較低，則可以用一層塑料薄膜再加上二層土工布覆蓋保溫，不需要灑水養護。

可能的情況下，養護期結束，立即進行瀝青封層或透層的施工，及時攤鋪瀝青砼面層，這樣水穩基層露裸在外面風吹日曬雨淋的時間短，能有效地減少“多次重復干縮”產生的裂縫。這個措施是非常有效的。

3.4 選擇有利的季節或時間進行水穩基層的施工

水穩基層施工最好選擇在年平均氣溫時期施工。由于此時結構內溫度應力較小，水穩層不易產生熱脹冷縮的現象。施工時的氣溫與一年中最冷或最熱時的溫差越大，越易產生溫縮性裂縫。

如果在夏天酷暑條件下施工，最好能選擇在早晚的時間，盡可能避開中午時間進行攤鋪，并要加強覆蓋灑水養護，保證水穩層處于濕潤狀態。

冬天氣溫低于5℃時，盡量不進行水穩基層的施工。在有冰凍的地區，應在第一次重冰凍（-3～-5℃）到來之前半個月到一個內完成。

4.基層出現裂縫后的處理技術

基層頂面出現裂縫后，常用的處治方案包括開槽灌縫、條帶貼縫（采用聚酯玻纖布、玻纖格柵等）、高分子抗裂貼處治、橡膠瀝青應力吸收層等。

下面介紹一下聚脂玻纖布處理裂縫的技術。

4.1聚脂玻纖布基本的物理性質應滿足下表的要求

4.2聚酯玻纖布施工工藝

結合聚酯玻纖布已有的工程實例可知，聚酯玻纖布施工簡便，既可以采用人工攤鋪，也可以采用輔助機械攤鋪。具體操作方法如下：

（1）清理裂縫兩側基層表面。首先用清潔工具將裂縫兩側水穩碎石表面清掃干凈，將尖銳的部分鏟除，貼縫前，基層表面應干燥，沒有污物，塵土和碎石。裂縫內的雜物應用高壓空氣清除，較小裂縫用瀝青填縫。對于較嚴重的采用瀝青混凝土填平。

（2）噴灑改性熱瀝青粘層。聚酯玻纖布宜采用改性熱瀝青粘附，粘層油的用量宜控制在0.6～0.8㎏/m2之間；熱瀝青的噴灑溫度應控制在160℃～180℃之間；噴灑機械宜選用智能灑布機械噴灑，熱瀝青的噴灑寬度宜超出聚酯玻纖布鋪設寬度5cm～10cm左右；施工的關鍵工序是噴灑瀝青粘層，噴灑要均勻，切忌粘層油量不足或條狀噴灑。

（3）鋪設聚酯玻纖布。聚脂玻纖布鋪設應平整無折、皺，在鋪灑瀝青粘層油后及時將聚酯玻纖布對稱鋪設在裂縫兩側，保證裂縫兩側的布寬約50cm，鋪設可采用人工及機械鋪設。

（4）下封層施工。聚脂玻纖布鋪設完成后進行下封層施工。

4.3 施工注意事項

（1）灑布改性熱瀝青粘層油時，施工溫度應在5℃以上，改性熱瀝青的溫度保持在160～180℃。雨天和雨后路面潮濕時不得噴灑改性熱瀝青，必須等路面干燥后方可施工。

（2）聚酯玻纖布要隨粘層油的噴灑而同時展開，可以避免改性熱瀝青的溫度下降太多。鋪設后及時用滾筒等工具將聚酯玻纖布壓實在粘層油上。

（3）聚酯玻纖布不分正反面，可以按任意需要鋪裝，但是儲存過程中應避免潮濕。若在鋪裝過程中出現褶皺或者打折現象，及時用工具刀割開以保證聚酯玻纖布與粘層油的良好的粘結效果。

（4）由于聚酯玻纖布的硬度比較高，在彎道安裝時，遇到褶皺及時將其割開，搭接寬度大于15cm。

（5）聚酯玻纖布攤鋪后，在瀝青粘層油未冷卻至常溫下，任何車輛或行人不得進入。

（6）瀝青混合料的攤鋪時，運輸車輛不得在聚酯玻纖布位置急剎或轉彎。。

參考文獻

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