淺析水泥穩定碎石基層裂縫形成原因及防治措施

陳佳佳 鄭州市路通公路建設有限公司 宋宇 鄭州騰盛實業有限公司

一、水泥穩定碎石基層裂縫形成原因

水泥穩定碎石基層是瀝青路面常見的一種基層形式，水泥穩定碎石基層初期具有較高強度，隨著齡期的增長，基層強度也迅速增加，并形成一個板體，其具有強度高、抗滲及抗凍能力良好等特點。但在長期使用過程中，水泥穩定碎石基層極易發生裂縫病害，甚至出現反射裂縫，進而影響路面行車舒適性和安全。微裂更好地達到防裂抗裂效果，必須全面了解水泥穩定碎石基層裂縫形成原因，具體如下：

（一）干縮裂縫形成原因

在水泥穩定碎石基層當中，在和外界環境接觸的空隙部位最易發生材料干縮情況，隨著水分蒸發量越來越多，材料毛細管水面逐步下降，進一步加大毛細管張力，導致半剛性材料初期產生體積收縮情況。在失水速率不斷加快的同時，毛細管孔徑將逐步減小，張力卻隨之增加，這種情況下，材料干燥收縮情況愈發嚴重，進而產生裂縫。

（二）溫縮裂縫形成原因

溫縮裂縫主要是因為溫度變化而產生，主要分為2大因素，即晝夜溫差、季節性溫差。首先，晝夜溫差作用。一般情況下，基層材料鋪筑，多在高溫季節施工，主要原因在于日照強、氣溫高，但是由于夜間溫度下降，且晝夜溫差較大，將會大大增加基層溫縮應力，這種情況下，很容易產生基層裂縫。其次，季節溫差作用。于水泥穩定碎石基層而言，季節溫度變化對其影響很大，特別是四季分明的北方地區。冬季嚴寒、氣溫零度以下，基層極易出現凍害情況，進而加重基層收縮現象。基于面層與底基層的上下約束，基層在面臨氣溫變化時，往往會出現拉應力大幅增長的問題，從而出現基層裂縫。

二、工程概況

某公路工程全長13.4km，原路面結構為4cm瀝青罩面+8cm瀝青混凝土+15cm二灰碎石+15cm石灰土，由于行車荷載和自然因素的長期作用，路面已出現了較為嚴重的病害，比如網裂、龜裂、路面變形、坑槽等，經現場勘查可知，路面基層強度不足，為了保證施工質量，對本路段進行18cm冷再生基層調拱，并補強水泥穩定級配碎石（18cm）和瀝青混凝土（9cm）。按照室內試驗研究結果，在養生2d進行水泥穩定碎石微裂施工，通過抗壓回彈模量下降百分率控制現場試驗微裂程度。按照所得結果可知，抗壓回彈模量下降百分率為抗壓強度的1.4～1.6倍，為此，可在30%、40%、50%控制抗壓回彈模量下降百分率。為了保證施工質量，需采取具有代表性的路段作為試驗段，共400m，分為4段，每段均為100m，其中A、B、C段分別為微裂程度30%、40%、50%，參照路段設為D段，不做微裂施工處治。

三、微裂技術作用機理

微裂技術是指在攤鋪、碾壓水泥穩定碎石基層之后，在養護前期便通過振動壓路機對基層進行碾壓，從而形成又細又分散的網狀微裂縫。采用此類施工工藝，可以充分利用水泥穩定材料的收縮作用，并形成收縮應力，防止生成太長或太寬的裂縫，減少反射裂縫的發生率。通過微裂技術的應用，可以為抑制或控制水泥穩定碎石基層反射裂縫提供一個新的防治思路。通過這種施工方式，很大程度上可以降低基層材料早期收縮應力。其特點如下：

1.微細裂縫具有良好的傳荷能力，且不會向路面反射，可大大減小裂縫寬度，避免大裂縫產生，減少裂縫數量。

2.早期養護時期，水泥穩定材料強度損失僅是暫時的，隨著養護時間的不斷增加，其強度將隨之增長，并不會影響基層強度。

3.于基層材料整體結構性能而言，微裂技術不會產生結構性的不利影響，因此具有良好的施工效果。

四、水泥穩定碎石基層微裂施工技術要點

（一）水泥穩定碎石基層微裂技術施工過程

微裂施工中，采取XG6224m-1型振動壓路機進行壓實，9.5m為路寬，3.185m為壓路機寬度，按照既定碾壓施工方案，由左至由壓路機分3次完成碾壓，碾壓速度需控制在合理范圍內，保證緩慢、勻速前行，一般為3～5km/h，保證碾壓無死角，可達到壓實度要求。

（二）基于落球式彎沉儀的微裂技術過程控制

基層攤鋪碾壓施工之后，即可進入灑水養生階段。在養護2d之后，便可按照施工方案進行微裂施工。在整個施工過程中，要實時通過落球式彎沉儀測定其模量。首先要將各個試驗路段微裂前的基層模量測定出來，并將其作為基準模量。微裂過程中，振動壓路機每振動碾壓1遍，便可進行一次回彈模量測定，當模量降低至要求微裂程度之后，便可停止碾壓施工，并對微裂情況進行詳細觀測。4個試驗段微裂前模量均為845MPa，碾壓遍數和模量測定結果如下：

1.1號段，碾壓遍數為4遍，微裂后模量為580MPa，微裂程度為32%；

2.2號段，碾壓遍數為5遍，微裂后模量為470MPa，微裂程度為44%；

3.3號段，碾壓遍數為6遍，微裂后模量為375MPa，微裂程度為56%；

4.4號段，無碾壓，微裂前后模量一致，均為845MPa。

（三）微裂施工結果及分析

通過微裂施工之后，可以得出如下結果。

1.1號段，微裂程度為32%時，微裂縫肉眼基本不可見；

2.2號段，微裂程度為44%時，微裂縫大部分肉眼不可見，少數可見；

3.3號段，微裂程度為56%時，微裂縫大部分肉眼可見，呈細而分散的微裂縫網絡。

按照微裂技術作用機理規定，當基層微裂處理之后，最佳狀態為微裂縫網絡呈現大部分肉眼不可見或少數可見，這種情況下，將有效釋放材料早期收縮應力，且養生后期大部分裂縫均可自動愈合，對路面結構整體承載力不會造成任何影響。基于此，可認為當微裂程度為40%左右時，裂縫大部分肉眼不可見，少數可見，為最佳狀態。

微裂技術主要用于提升水泥穩定碎石基層材料抗裂能力，同時，還可改善及抑制瀝青路面反射裂縫。因此，為了全面了解路面抗裂效果，在試驗段通車運營1年之后，對路面反射裂縫進行調查分析，經勘查可知，1、2號段均出現了1條非貫穿裂縫，未見貫通裂縫；但是3、4號段則均出現了1條非貫穿裂縫和1條貫穿裂縫。由此可見，相比微裂程度50%和未做微裂處理路段，微裂程度30%、40%路段裂縫數量較少，與此同時，考慮到在對材料后期強度恢復不影響的情況下，微裂程度越大，材料釋放收縮應力的效果越佳，最終確定微裂技術可采取養生2d后，40%微裂程度為最佳選擇。

五、結束語

綜上所述，隨著通車運營時間的增長，道路使用過程中，極易發生裂縫、水穩定性不足等情況，尤其是水泥穩定碎石基層開裂病害最為常見。為了解決這一技術難題，提高水泥穩定碎石基層施工質量，必須找出病害原因，采取科學、有效的防治措施，從而促進我國公路建設水平不斷進步。