市政道路水泥穩定碎石基層裂縫防治研究

李 超，王 俊，段 宇 帆, 楊 博

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

水泥穩定碎石基層是根據水泥、碎石、砂和水按一定比例配制拌合的路面承重結構層[1]，主要承受車輛荷載的豎向力，并將來自面層的應力下傳擴散至路基且為面層施工提供穩定而堅實的工作面，控制或減少路基不均勻凍脹或沉降變形對面層產生的不利影響。其具有強度高、成型快、剛度大、施工方便、抗疲勞、水穩定、抗凍性好等優點。但因其結合料為水泥，抗變形能力差，施工工藝要求較高且需要較好的施工管理環境，否則極易產生裂縫而影響到道路設計使用年限和行車安全。

通江縣環高明湖經濟帶建設PPP項目為綜合市政工程，市政道路共有19條，包括城市次干路和城市支路。其行車道水泥穩定碎石基層分兩層設置：20 cm厚、4%水泥穩定碎石下基層+20 cm厚、5%水泥穩定碎石上基層。

縱二路隸屬于博覽園區市政道路建設子項目，道路類型為城市次干路，當4%和5%水穩基層鋪筑完成78 d后，其水穩基層表面不同程度地出現了橫向裂縫病害，引起施工技術人員的高度重視。通過現場勘查，分別從原材料、施工工藝及養護管理等方面著手進行分析研究，有針對性地提出了預防和治理措施并予以實施，確保了市政道路的施工質量滿足設計要求。

2 產生裂縫的原因分析

項目施工技術人員對縱二路水泥穩定碎石基層橫向裂縫的相關數據進行調查時發現，橫向裂縫間隔為25～30 m一道，縫寬為1～4 mm，深度不大于5 cm。經施工技術人員根據水泥穩定碎石基層的配合比、攤鋪碾壓工藝、養護管理、外界環境因素、管理維護、施工控制以及裂縫的形狀、大小、位置等方面對其進行了分析，總結出水泥穩定碎石基層產生橫向裂縫的原因主要有以下幾方面。

2.1 干縮裂縫

水泥穩定碎石攤鋪碾壓完成后，養生期間水泥與水發生水化反應產生水化熱，水分蒸發造成水泥穩定碎石中的水分快速流失，體積收縮[2]，導致道路基層每隔一段距離會產生寬度比較均勻的干縮裂縫。總之，基層施工中，水泥穩定碎石中含水量越大，養生期間水化熱反應蒸發的水分越多，越容易產生干縮裂縫[3]。

2.2 溫縮裂縫

水泥穩定碎石上基層混合料中水泥含量為5%，而水泥具有膨脹性，養生初期，水泥發生水化熱反應，釋放出較多熱量，體積膨脹。隨著時間的推移，其內部溫度降低，水泥穩定碎石混合料體積收縮，一旦收縮應力超過水泥的抗彎拉強度就會出現溫縮裂縫。

2.3 路基不均勻沉降產生裂縫

為完善市政道路周圍的市政管網體系，路基中有很多條橫穿的過街管道，過街管道大多數采用混凝土滿包處理，因水泥穩定碎石混合料基礎為土路基，過街管道為剛性基礎，隨著時間的推移，兩種不同屬性的基礎之間會產生不均勻沉降，進而形成橫向裂縫。

根據縱二路裂縫產生的時間、位置及外界因素影響并結合以上裂縫產生的主要原因進行分析后得知：縱二路水泥穩定碎石基層裂縫主要屬于溫縮裂縫。

3 裂縫的防治

3.1 原材料的選擇

通過以上裂縫產生原因可知：水泥硬化速度的快慢、劑量的高低，碎石粒料的強度、粒徑大小、含泥量的多少均為形成裂縫的關鍵因素。為防止水泥穩定碎石基層中裂縫的出現，水泥穩定碎石采用標號為42.5的普通硅酸鹽水泥(禁止使用快硬水泥、早強水泥以及其他易受外界影響而變質的水泥)，其物理性能和化學成分應符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175-2007的規定。水泥穩定碎石中采用的碎石應選擇針片狀含量不大于15%、軟石含量不大于5%、含泥量不大于3%、壓碎值不大于28%的碎石，能夠減少因混合料中含泥量偏大、水泥劑量高而形成的裂縫。

3.2 配合比設計

合理的級配是半剛性基層強度形成的重要保證，也是防治裂縫產生的重要環節。連續級配不僅能保證骨料與骨料之間密實相接,減少細料的填縫，進而使細集料減少，水泥穩定碎石基層的收縮應力隨即減少，可以有效地減少裂縫的發生概率。

為了保證今后其它市政道路水泥穩定碎石基層的施工質量，防止和減少橫向裂縫的再次產生，施工中合理的配合比設計就顯得尤為重要，歸根結底就是確定最佳的粒料級配和水泥含量。項目部所屬試驗室結合設計要求，經過反復進行配合比試驗，最終確定了水泥摻量和粗細集料比例，同時確定了最大干密度。最終確定的配合比見表1、2。

表1 4%水泥穩定碎石配合比表

表2 5%水泥穩定碎石配合比表

3.3 施工控制

項目部通過對縱二路裂縫位置進行取芯試驗，發現所取芯樣不夠密實、孔隙較多，又因水泥穩定碎石基層裂縫產生的原因主要屬于溫縮裂縫，若要減少和防止水泥穩定碎石基層水化后產生裂縫，保證水泥穩定碎石基層，必須碾壓密實、集料之間相互嵌擠嚴密，這兩點是施工中的控制重點。為減少水泥穩定碎石基層成型后因集料碾壓不密實、孔隙較大產生裂縫，項目部針對4%、5%水泥穩定碎石基層制定了不同的攤鋪、碾壓施工工藝：

水穩層下基層采用推土機結合平地機全斷面攤鋪，上基層采用1臺攤鋪機分幅攤鋪，2臺振動碾碾壓。

攤鋪前需做好施工設備工況檢查工作，確保設備運轉正常，并將路床表面適當灑水濕潤。初步擬定松鋪系數為1.3，根據單層設計鋪筑厚度計算出攤鋪混合料松鋪厚度為26 cm。下基層利用布置于道路兩側的標高控制線設定松鋪高程并做好標記。攤鋪機調整好熨平板高度，并用木塊支墊，其厚度與松鋪厚度相等，將熨平板牢固放在上面。為防止混合料離析，施工時派專人在攤鋪機兩側將堆積的粗粒料散開，平地機、攤鋪機攤鋪后，設專人消除集料離析現象，特別注意鏟除局部粗集料“窩”，并用新拌混合料填補。拌和站拌制的混合料含水量稍高于最佳含水量0.5%～1%，以補償運輸、攤鋪及碾壓過程中的水分損失。

根據該工程所在地情況，縱二路采用2臺單鋼輪壓路機進行碾壓作業。攤鋪、修整后立即用壓路機進行碾壓，按靜壓→弱振→強振→靜壓的程序進行碾壓施工。碾壓施工過程中將壓路機的行駛速度控制在1.5～2.5 km/h，碾壓時重疊1/2輪寬。根據上下基層碾壓壓實度和彎沉值、水泥用量不同，分兩個方案進行碾壓作業：

方案一(上基層)采用單光輪壓路機，通過6遍碾壓(振動碾一個來回算碾壓一遍)完成：

第一次光輪壓路機(22 t)靜壓，速度為1.5～1.7 km/h;

第二次光輪壓路機(22 t)弱振，速度為1.5～1.7 km/h;

第三～五次光輪壓路機(26 t)重振，速度為1.5～1.7 km/h;

第六次光輪壓路機(22 t)靜壓，速度為2～2.5 km/h。

碾壓結束后，由試驗人員采用灌砂法檢測壓實度，6點全部合格,即大于設計要求的98%。

下基層采用單光輪壓路機通過5遍碾壓完成：

第一次光輪壓路機(22 t)靜壓，速度為1.5～1.7 km/h;

第二次光輪壓路機(22 t)弱振碾壓，速度為1.5～1.7 km/h;

第三～四次光輪壓路機(26 t)重振碾壓， 速度為1.5～1.7 km/h;

第五次光輪壓路機(22 t)靜壓，速度為2～

2.5 km/h。

碾壓結束后，由試驗人員采用灌砂法檢測壓實度，4點全部合格,即大于設計要求的97%。

壓實度達到要求后，測量人員恢復各檢測點并測量各測點高程，計算出合適的松鋪系數。

3.4 養 生

每一段碾壓完畢，經壓實度、標高檢查合格后，立即采用塑料薄膜覆蓋，養生期間用水車噴霧灑水使基層表面潮濕，避免溫度過高而導致水分蒸發快使表面產生裂縫而影響強度。對于晝夜溫差大的天氣可采用覆蓋物保溫。我們采用灑水養生7 d的方式，始終保持其表面濕潤，要求7 d無側限抗壓強度不小于2 MPa[4]。清除覆蓋物后，繼續灑水養生7 d，且每天上午、下午至少灑水兩次。灑水養生期間，道路應封閉交通，嚴禁其他車輛通行。

4 裂縫的處理

針對縱二路水泥穩定碎石基層已經形成的淺層橫向裂縫，如果將裂縫位置及周圍不符合設計和規范要求的路段破除，重新鋪筑合格的水泥穩定碎石，重新進行碾壓成活及養生，不僅費時費料，增大工程成本，延遲工期，而且新老水穩基層結合面也不能夠保證達到預期效果。因此，如果裂縫深度、寬度在可控范圍內，形狀比較規則，裂縫口及周邊沒有發生嚴重破損及脫落現象，在綜合考慮成本、進度以及保證工程質量的前提下，項目部認為采用直接修補的方法是比較理想的裂縫處理方法。

4.1 修補材料的確定

針對水泥穩定碎石基層淺層橫向裂縫，如果采取直接修補的方法，其修補材料的選擇尤為重要。項目部針對裂縫的成因以及危害，通過網絡、相關規范、論文并與設計人員進行溝通、協商、聽取相關有經驗的施工人員和專家的建議，經綜合考慮后最終確定采用高性能抗裂貼對裂縫進行直接修補。因為高性能開裂貼具有較大的抗拉強度[5]、不透水性、低溫柔韌性、粘結性，不僅能很好地與路面粘結牢固，防止雨水深入裂縫加深病害，還能起到消能緩沖的效果，而且其價格相較于其它材料較便宜。總而言之，高性能抗裂貼是修補水泥穩定碎石基層淺層裂縫最快、最有效、最經濟的處理方法之一。

4.2 直接修補

(1)首先在水泥穩定碎石基層發生橫向裂縫前后各1 m范圍內用高壓水槍沖洗干凈，清除縫內雜物，保持修補的基層表面干燥、無積水。

(2)對于寬度超過50 mm的橫向裂縫或坑槽，需先將裂縫內的雜物清理干凈，并將坑槽用熱瀝青填充并碾壓至基層平整面。

(3)貼上高性能瀝青抗裂貼，抗裂貼與裂縫位置的道路基層表面兩者之間緊密結合，抗裂貼應鋪設平整、不翹邊、不起皺，然后再在其上鋪筑瀝青混凝土面層。如果接觸面地面溫度過低，高性能抗裂貼與修補位置的道路基層表面不能很好地粘接，可以使用噴水槍加熱抗裂貼與接觸面的溫度，以使兩者之間緊密連接。

(4)鋪設高性能抗裂貼后，按照瀝青鋪筑施工規范撒布透層油、粘層油，為防止車輛或攤鋪機在運料和攤鋪過程中粘結高性能抗裂貼，需提前在高性能抗裂貼上撒些混合料或細粒碎石。

采用高性能抗裂貼直接修補的路面不僅可以防止因垂直荷載及溫度影響引起的裂縫反射到瀝青面層，減少路面車轍，延長路面的使用壽命，而且其施工方法相對簡單，省工、省時。

5 結 語

在市政道路建設中，水泥穩定碎石基層橫向裂縫普遍存在，只能采取有效的措施預防裂縫數量的增加并防止裂縫危害的擴大。由上述可知：應從施工人員、原材料、施工機械、施工方法和施工過程等方面予以預控，可減少或杜絕基層裂縫、排水檢查井周邊下沉和局部管線溝槽下沉的頑癥。隨著科學技術的進步、市政基礎設施工程施工各方主體施工、管理手段的不斷完善健全，基礎設施的使用功能將越來越完善，城市建設和管理將更加規范、秩序、和諧、文明、可持續發展，市民生活的幸福指數將越來越得到提高。