淺析水泥穩(wěn)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(shè)有限公司 宋宇 鄭州騰盛實(shí)業(yè)有限公司

一、水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫形成原因

水泥穩(wěn)定碎石基層是瀝青路面常見的一種基層形式，水泥穩(wěn)定碎石基層初期具有較高強(qiáng)度，隨著齡期的增長，基層強(qiáng)度也迅速增加，并形成一個(gè)板體，其具有強(qiáng)度高、抗?jié)B及抗凍能力良好等特點(diǎn)。但在長期使用過程中，水泥穩(wěn)定碎石基層極易發(fā)生裂縫病害，甚至出現(xiàn)反射裂縫，進(jìn)而影響路面行車舒適性和安全。微裂更好地達(dá)到防裂抗裂效果，必須全面了解水泥穩(wěn)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(wěn)定碎石基層當(dāng)中，在和外界環(huán)境接觸的空隙部位最易發(fā)生材料干縮情況，隨著水分蒸發(fā)量越來越多，材料毛細(xì)管水面逐步下降，進(jìn)一步加大毛細(xì)管張力，導(dǎo)致半剛性材料初期產(chǎn)生體積收縮情況。在失水速率不斷加快的同時(shí)，毛細(xì)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(fā)嚴(yán)重，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。

（二）溫縮裂縫形成原因

溫縮裂縫主要是因?yàn)闇囟茸兓a(chǎn)生，主要分為2大因素，即晝夜溫差、季節(jié)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(jié)施工，主要原因在于日照強(qiáng)、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(yīng)力，這種情況下，很容易產(chǎn)生基層裂縫。其次，季節(jié)溫差作用。于水泥穩(wěn)定碎石基層而言，季節(jié)溫度變化對其影響很大，特別是四季分明的北方地區(qū)。冬季嚴(yán)寒、氣溫零度以下，基層極易出現(xiàn)凍害情況，進(jìn)而加重基層收縮現(xiàn)象。基于面層與底基層的上下約束，基層在面臨氣溫變化時(shí)，往往會出現(xiàn)拉應(yīng)力大幅增長的問題，從而出現(xiàn)基層裂縫。

二、工程概況

某公路工程全長13.4km，原路面結(jié)構(gòu)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(xiàn)了較為嚴(yán)重的病害，比如網(wǎng)裂、龜裂、路面變形、坑槽等，經(jīng)現(xiàn)場勘查可知，路面基層強(qiáng)度不足，為了保證施工質(zhì)量，對本路段進(jìn)行18cm冷再生基層調(diào)拱，并補(bǔ)強(qiáng)水泥穩(wěn)定級配碎石（18cm）和瀝青混凝土（9cm）。按照室內(nèi)試驗(yàn)研究結(jié)果，在養(yǎng)生2d進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石微裂施工，通過抗壓回彈模量下降百分率控制現(xiàn)場試驗(yàn)微裂程度。按照所得結(jié)果可知，抗壓回彈模量下降百分率為抗壓強(qiáng)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(zhì)量，需采取具有代表性的路段作為試驗(yàn)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(shè)為D段，不做微裂施工處治。

三、微裂技術(shù)作用機(jī)理

微裂技術(shù)是指在攤鋪、碾壓水泥穩(wěn)定碎石基層之后，在養(yǎng)護(hù)前期便通過振動壓路機(jī)對基層進(jìn)行碾壓，從而形成又細(xì)又分散的網(wǎng)狀微裂縫。采用此類施工工藝，可以充分利用水泥穩(wěn)定材料的收縮作用，并形成收縮應(yīng)力，防止生成太長或太寬的裂縫，減少反射裂縫的發(fā)生率。通過微裂技術(shù)的應(yīng)用，可以為抑制或控制水泥穩(wěn)定碎石基層反射裂縫提供一個(gè)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(yīng)力。其特點(diǎn)如下：

1.微細(xì)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(chǎn)生，減少裂縫數(shù)量。

2.早期養(yǎng)護(hù)時(shí)期，水泥穩(wěn)定材料強(qiáng)度損失僅是暫時(shí)的，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的不斷增加，其強(qiáng)度將隨之增長，并不會影響基層強(qiáng)度。

3.于基層材料整體結(jié)構(gòu)性能而言，微裂技術(shù)不會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性的不利影響，因此具有良好的施工效果。

四、水泥穩(wěn)定碎石基層微裂施工技術(shù)要點(diǎn)

（一）水泥穩(wěn)定碎石基層微裂技術(shù)施工過程

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

（二）基于落球式彎沉儀的微裂技術(shù)過程控制

基層攤鋪碾壓施工之后，即可進(jìn)入灑水養(yǎng)生階段。在養(yǎng)護(hù)2d之后，便可按照施工方案進(jìn)行微裂施工。在整個(gè)施工過程中，要實(shí)時(shí)通過落球式彎沉儀測定其模量。首先要將各個(gè)試驗(yàn)路段微裂前的基層模量測定出來，并將其作為基準(zhǔn)模量。微裂過程中，振動壓路機(jī)每振動碾壓1遍，便可進(jìn)行一次回彈模量測定，當(dāng)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(jìn)行詳細(xì)觀測。4個(gè)試驗(yàn)段微裂前模量均為845MPa，碾壓遍數(shù)和模量測定結(jié)果如下：

1.1號段，碾壓遍數(shù)為4遍，微裂后模量為580MPa，微裂程度為32%；

2.2號段，碾壓遍數(shù)為5遍，微裂后模量為470MPa，微裂程度為44%；

3.3號段，碾壓遍數(shù)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(jié)果及分析

通過微裂施工之后，可以得出如下結(jié)果。

1.1號段，微裂程度為32%時(shí)，微裂縫肉眼基本不可見；

2.2號段，微裂程度為44%時(shí)，微裂縫大部分肉眼不可見，少數(shù)可見；

3.3號段，微裂程度為56%時(shí)，微裂縫大部分肉眼可見，呈細(xì)而分散的微裂縫網(wǎng)絡(luò)。

按照微裂技術(shù)作用機(jī)理規(guī)定，當(dāng)基層微裂處理之后，最佳狀態(tài)為微裂縫網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)大部分肉眼不可見或少數(shù)可見，這種情況下，將有效釋放材料早期收縮應(yīng)力，且養(yǎng)生后期大部分裂縫均可自動愈合，對路面結(jié)構(gòu)整體承載力不會造成任何影響。基于此，可認(rèn)為當(dāng)微裂程度為40%左右時(shí)，裂縫大部分肉眼不可見，少數(shù)可見，為最佳狀態(tài)。

微裂技術(shù)主要用于提升水泥穩(wěn)定碎石基層材料抗裂能力，同時(shí)，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(yàn)段通車運(yùn)營1年之后，對路面反射裂縫進(jìn)行調(diào)查分析，經(jīng)勘查可知，1、2號段均出現(xiàn)了1條非貫穿裂縫，未見貫通裂縫；但是3、4號段則均出現(xiàn)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(shù)量較少，與此同時(shí)，考慮到在對材料后期強(qiáng)度恢復(fù)不影響的情況下，微裂程度越大，材料釋放收縮應(yīng)力的效果越佳，最終確定微裂技術(shù)可采取養(yǎng)生2d后，40%微裂程度為最佳選擇。

五、結(jié)束語

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