水穩基層裂縫成因分析及防治措施技術總結

盛孝欽 SHENG Xiao-qin

（中國核工業華興建設有限公司，南京 232000）

0 引言

水穩基層易產生裂縫的問題是施工單位一直致力于研究解決的問題。該類型裂縫容易發生，一般以橫縫出現在基層頂面，縫寬0.5～2mm 左右，水穩基層施工完成后兩周內就開始出現。本文從原材料管理、細集料含量、水泥含量、施工時間等角度分析裂縫產生的原因，并提出切實可行的預防措施及裂縫處理方案，使工程質量得到了有效保障。

1 工程概況

本工程位于某市山南新區，為東西向重要的主干路。本次工程范圍起自南經十四路，為東西向重要的主干路。設計起點樁號為K0+044.502，終于新國道206，終點樁號為K6+021.15，道路全長5976.648m。

基層采用36cm 水泥穩定碎石（壓實度≥98%，7d 無側限抗壓強度3.0～4.0MPa），分為上下兩層攤鋪，各層壓實厚度均為18cm，基層與基層之間、基層與底基層之間均噴灑水泥凈漿。（圖1）

圖1 路面結構設計圖

2 施工工藝

2.1 原材料選用及混合料配合比設計

①水泥：P.S.A32.5 硅酸鹽水泥，在施工過程中經多次檢測，其初終凝時間分別在4 小時和6 小時以上。②碎石：選用4 種規格的石料，其規格材料粒徑分別為1#料（碎石20～30mm）、2#料（碎石10～20mm）、3#料（碎石5～10mm）、4#料（石屑0～5mm）四種規格。所用粗集料的壓碎值為16.6%，針、片狀顆粒含量為13.8%，0.075mm 以下的顆粒含量為9.7%。③混合料配合比：采用水泥劑量為5.0%，集料摻配比例為1#料∶2#料∶3#料∶4#料=22∶24∶25∶29。根據實驗結果，最大干密度2.326g/cm3，最佳含水量為5.8%，無側限抗壓強度為5.3MPa。

2.2 施工工藝

①施工時間：2020年7～9月，從攤鋪到壓實時間2.5h。②攤鋪寬度：本工程道路寬度為15m，采用兩臺攤鋪機前后相隔5～8m 成梯隊向前攤鋪，兩臺攤鋪機攤鋪寬度為7.6m（前后兩臺攤鋪機攤鋪重疊100mm），攤鋪速度：1.2m/min。③碾壓組合：根據試驗段得出的結果，擬采用碾壓組合如表1。④養護：將土工布濕潤，然后人工覆蓋在碾壓完成的基層頂面。2 小時后，專人灑水養護，保持基層處于濕潤狀態至少7 天，正常養護至少28 天。

表1 碾壓組合

3 裂縫情況與原因分析

3.1 裂縫情況

在該工程施工過程中，水泥穩定碎石基層攤鋪完成后兩周左右，部分路段水穩基層開始出現不同程度的橫向裂縫，裂縫寬度0.5～2mm，且部分裂縫隨著基層裸露時間的增加，發展為網狀裂縫。另據目測觀察，有部分裂縫橫向貫穿。（圖2）

圖2 水穩基層橫向裂縫

3.2 原因分析

根據現場調查分析，結合該段水泥穩定碎石基層現場實際施工情況，分析現場裂縫產生原因如下：

3.2.1 原材料管理不當

本項目水穩基層碎石用量較大、時間短，拌合站儲料場地不足，同時使用多個料場供料，雖然材料分了不同檔級進行堆放，但是還是出現混堆儲料的現象。因此導致產生兩個較嚴重的問題：第一，由于不同料場篩網規格不一致，造成同檔集料內各類粒料數量不一致，各檔材料混合后，生產配合比變化無常，無法保證生產配合比穩定，容易超出上限或下限；第二，各料場集料的密度不同，為確定最大干密度的工作帶來較大的困難，即無法在多種混合集料中得到一個最具代表性的最大干密度，最終導致施工時的壓實度檢測和控制無法正常進行。而水泥穩定碎石基層級配和壓實度的好壞，嚴重影響水泥穩定基層的干縮性，因此不排除該項因素是導致裂縫產生的原因之一。

3.2.2 骨料中細集料偏多

通過裂縫處和非裂縫處取芯對比分析得出，水穩基層級配細集料偏多，通過現場調查，該路段中0.075mm 以下的粉塵大于10%，集料中0.075mm 以下顆粒含量增大時，既容易增大水泥用量，又容易使水穩基層表面起砂，對水穩基層的質量產生了較為嚴重的影響。并且，當集料中0.075mm 以下顆粒含量增大時，隨著水穩混合料的溫度降低，其溫縮系數變化幅度亦越來越大。故該項因素可能是導致裂縫產生的原因之一。（圖3）

圖3 水穩基層裂縫處鉆取芯樣

3.2.3 水泥用量偏高

根據現場所取芯樣檢測結果顯示，該路段水穩基層結構密實強度高，易產生裂縫，說明施工中水泥用量偏高。而水泥用量越大，水穩基層剛性則越大，同時也越容易產生干縮性裂縫，縫寬也增大。因此不排除該項因素是導致裂縫產生的原因之一。

3.2.4 施工時間選擇不當

該段水泥穩定碎石基層施工完成時間在2020年9月高溫季節段施工，施工期間平均氣溫高達30℃，且該時間段多晴少雨。當進入10月份后，基本上3 至5 天就有雨水。水穩基層從“較干燥→飽水狀態→較干燥→飽水狀態”循環反復作用，水分重復循環“蒸發、飽和、蒸發、飽和”，反復多次干縮過程，必然會使水穩基層出現嚴重的拉裂現象，并且在薄弱地方積少成多，最終就產生出裂縫，隨著氣溫的逐漸降低，裂縫的張開寬度有所增大。故該項因素是導致裂縫產生原因的可能性較大。

4 裂縫預防措施

4.1 嚴格控制原材料

粗集料只用一個料場供料，拌合站集料分倉堆放，生產時項目技術人員、試驗人員嚴格把控生產質量，既能保證每次生產時的生產配合比與理論配合比較為吻合，也能保證集料的最大干密度始終穩定，這對于現場施工時，準確的控制壓實度提供了有力保障。實踐證明，水穩基層生產配合比和壓實度的控制，既影響了水穩基層的干縮性，又影響到水穩基層的耐凍性。所以，控制好生產配合比和壓實度，對于預防水穩基層裂縫的產生具有較好的現實指導意義。

4.2 嚴格控制小于0.075mm 以下的顆粒含量

在實際施工時，要控制集料中0.075mm 以下顆粒的含量，想通過事后在堆料場用篩網過篩，或是用水直接沖洗的方法，是不現實也不經濟的。而在礦場破碎時，在破碎機的皮帶運輸過程中加裝一個可旋轉的滾動篩網，或者直接加裝水洗裝置，通過實踐證明，經過這個工序，集料中0.075mm 以下的顆粒含量會極大減小。

4.3 嚴格控制碾壓時的最佳含水量和水泥用量

拌制混合料時，應按設計配合比嚴格控制混合料中的水泥用量及礦料級配，配料計量準確。拌和機由技術熟練的人員專人操作、保養和維修。拌和機的自動計量系統準確靈敏，每次開工前事先應對自動計量系統檢查和調試。

在施工時，應根據當時天氣情況，同步增加或減少混合料的用水量。攤鋪完成后，應立即用濕潤土工布覆蓋，并進行灑水養護，防止水穩基層因為水分的過分蒸發及水化作用，而造成水穩基層表面出現干縮性裂縫。

4.4 選擇合適的時間段進行水穩基層施工

水泥穩定碎石基層施工，應該選擇在氣溫最接近年平均氣溫時施工。因為此時水穩基層的內溫度應力較小，熱脹冷縮的現象在水穩基層中不易產生。如果施工時的氣溫，與年平均氣溫的溫差越大，則越容易產生溫縮性裂縫。如果工期緊，且正值酷暑時期，應當選擇在早晨或者傍晚時氣溫相對較低時施工，并應立即用濕潤土工布覆蓋，加強灑水養護，確保水穩基層始終處于濕潤狀態。

可能的情況下，養護期結束后，立即對水穩基層進行透層或封層施工，及時攤鋪瀝青砼面層，確保水穩基層露裸的時間短，可以有效地減少因“多次反復干縮”而產生裂縫。通過本工程后期實踐證明，這個措施的效果非常良好。

5 裂縫處理措施

5.1 裂縫處理方案

根據《公路路面基層施工技術細則》JTG-TF20-2015對基層收縮裂縫處理意見，結合本項目實際情況，我部經研究決定擬采用如下處理方案：①在鋪筑上層結構之前應對水泥穩定碎石基層的橫向裂縫進行統計：如果橫向裂縫間距D＜10m、網狀裂縫等為嚴重裂縫；10m≤D＜20m 為一般裂縫；20m≤D＜30m 為輕度裂縫；D＞30m 以上為輕微裂縫。②對于水泥穩定碎石基層下層橫向裂縫，嚴重裂縫的路段應返工重鋪，返工的長度為延路線走向長度10m 的倍數。③對于水泥穩定碎石基層上層橫向裂縫，嚴重裂縫路段和一般裂縫的路段應返工重鋪，其余路段在噴灑透層瀝青之前，在水泥穩定碎石基層頂面裂縫位置貼鋪不小于1m 寬的聚酯玻纖布進行處理。鋪筑聚酯玻纖布前，裂縫灌注熱瀝青進行封縫處理。本工程通過上述處理方案的應用，取得了較好的效果，瀝青面層未出現反射裂縫，工程質量滿足設計使用要求。其中采用聚酯玻纖布來處理水穩基層裂縫，它具有的低延伸性以及高抗拉強度，可以在瀝青混合料路面下形成一個完整、連續且不變形的防水層，可較大程度地阻止雨水滲入，從而有效避免因為雨水侵入水穩基層而導致的破壞，并且可以消除水穩基層裂縫處的應力集中，可減少傳遞反射至瀝青面層的裂縫，從而降低面層出現反射裂縫。還可以增加瀝青面層與基層層間的摩擦阻力，較大程度地克服了水穩基層產生收縮裂縫。

5.2 裂縫處理施工工藝

5.2.1 工藝流程

普查裂縫→清縫→灌封→涂粘結層→鋪聚酯玻纖布→壓實→鋪筑瀝青下面層。（圖4）

圖4 裂縫處理結構示意圖

5.2.2 清縫

首先將水穩基層表面的雜物清理干凈，調查清楚水穩基層裂縫的長度、位置及縫寬等情況，作上標記并記錄成冊。再用手持式鼓風機將縫內殘渣清理干凈，并保持表面干燥。（圖5）

圖5 手持式鼓風機清縫

5.2.3 灌縫

為防止雨水滲入造成進一步損害，采用熱瀝青進行灌縫。人工用勺進行熱瀝青滴灌，每道裂縫滴灌不少于2遍，直到灌滿為止。（圖6）

圖6 熱瀝青灌縫

5.2.4 涂刷粘結層

為保證防裂貼與裂縫面牢固地粘結，灌縫后以裂縫為中心將其表面涂刷寬度為不小于120cm（涂刷范圍比聚酯玻纖布寬10cm）的熱瀝青粘結層，聚酯玻纖布搭接部分也應涂抹上粘結材料。

5.2.5 鋪設聚酯玻纖布

在涂刷粘結層的部位鋪設上聚酯玻纖布，為保證粘結層的粘結性能，涂刷粘結層后及時鋪設不小于1m 寬的聚酯玻纖布。聚酯玻纖布鋪設完畢后，為保證密實性，應用膠輪壓路機將其壓實。為保證防裂效果，我部將在裂縫處理完畢的層面上及時鋪筑瀝青混凝土下面層。（圖7）

圖7 涂刷熱瀝青粘結層及聚酯玻纖布鋪設

6 結語

通過本工程實踐，瀝青砼面層與水泥穩定碎石基層之間鋪筑聚酯玻纖布是一種經濟且效果良好的措施，聚酯玻纖布可以有效阻止水穩基層裂縫繼續擴大。并且，合理的組織協調施工，及施工機具的好壞，同樣是保證工程質量的重要措施，預防水穩基層裂縫，還應從施工工藝、材料設計、結構設計及厚度計算等多方面綜合考慮。