市政道路水穩(wěn)層開裂成因與應(yīng)對措施探討

摘 要：水穩(wěn)層因故開裂作為道路常見病害問題，其成因眾多且影響巨大，若未能事先規(guī)避或有效控制，不僅影響自身承重，還會引發(fā)面層開裂、破損，影響道路使用。鑒于此，以某市政道路施工為例，首先對水穩(wěn)層開裂的諸多成因展開分析，并針對性地提出了一系列應(yīng)對舉措，供同仁閱鑒參考。

關(guān)鍵詞：市政道路；水穩(wěn)層開裂；成因分析；應(yīng)對舉措

中圖分類號：U416.2 " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2022）10-0019-03

1 項(xiàng)目概況

某城市主干道全長5 636.5 m，為雙向4車道設(shè)計(jì)，路寬24 m，設(shè)計(jì)時(shí)速40 km/h，采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)形式，基層為水泥穩(wěn)定碎石基層，厚度為35 cm，兩次施工。首次先進(jìn)行200 m試驗(yàn)段鋪筑施工，在經(jīng)過7 d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和施加一定荷載后，對水穩(wěn)基層的裂縫情況進(jìn)行現(xiàn)場采集，發(fā)現(xiàn)不同程度地存在縱、橫向開裂情況（表1）。

通過對發(fā)生開裂的位置進(jìn)行鉆芯取樣發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)裂縫的芯樣密實(shí)度較差，骨料級配不均，存在骨料離析現(xiàn)象，且水穩(wěn)層整體較為松散，并出現(xiàn)貫穿基層、面層的橫向裂縫。由于鉆芯取樣僅能反應(yīng)局部裂縫情況，因此，為查找開裂的具體原因，選取試驗(yàn)段具有代表性的位置，并按照鋪筑的層次結(jié)構(gòu)逐層分塊切割，其中，裂縫最寬位置達(dá)21 mm，裂縫兩側(cè)呈現(xiàn)錯(cuò)臺狀，上、下基層的裂縫處于同一斷面，且斷裂面水穩(wěn)層呈破碎狀，強(qiáng)度較差，并在承載性較差位置出現(xiàn)縱向開裂。

2 市政道路水穩(wěn)層開裂的成因分析

2.1 原材質(zhì)量不合格

2.1.1 水泥質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

部分施工對水泥原材質(zhì)量把控不嚴(yán)格，以致水泥強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，達(dá)不到標(biāo)稱強(qiáng)度等級要求，如若投入水穩(wěn)層施工，則極易導(dǎo)致水穩(wěn)層后期產(chǎn)生較大收縮而形成收縮裂縫。另外，水泥進(jìn)場驗(yàn)收未按要求進(jìn)行原材檢測，不同廠家、批次、標(biāo)號的水泥混合使用，使得水穩(wěn)層出現(xiàn)不均勻收縮，也會加大開裂的幾率[1]。

2.1.2 骨料質(zhì)量不過關(guān)

對水穩(wěn)層混合料所用骨料的篩選、質(zhì)檢不嚴(yán)格，所用骨料的來源、粒徑大小、含水含泥量等沒有認(rèn)真核查、抽檢，且堆放混亂。若骨料的含泥量及泥塊含量超標(biāo)，且粒徑＜6 mm的骨料未按規(guī)定測定液限及塑性指數(shù)，則易導(dǎo)致水穩(wěn)層的干縮穩(wěn)定性較差，當(dāng)干縮應(yīng)力大于水穩(wěn)層中水泥的彎拉強(qiáng)度時(shí)，便會出現(xiàn)干裂。

2.2 配比設(shè)計(jì)不合理

水穩(wěn)混合料的配比設(shè)計(jì)既要有理論參考值，也要結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，如果僅憑以往經(jīng)驗(yàn)，沒有充分考慮材料特性等因素，很可能導(dǎo)致混合料配比不符合實(shí)際要求。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在骨料成分相同、級配一致時(shí)，混合料中水泥的比例和7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度成正比，即水泥占比越大，抗壓強(qiáng)度越高。而如若水泥比例＞6%時(shí)，水穩(wěn)層收縮應(yīng)力就會增大，當(dāng)水穩(wěn)層強(qiáng)度小于收縮應(yīng)力時(shí)，就可能出現(xiàn)收縮裂縫；而如若水泥比例過小，水穩(wěn)層板結(jié)效果較差，強(qiáng)度相對較低，道路交付使用后，在來往車輛的荷載作用下，就可能出現(xiàn)荷載裂縫[2]。

如骨料級配不合理，其中細(xì)骨料比例超標(biāo)，骨料吸水增多，將導(dǎo)致水穩(wěn)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變低。一旦受到超限荷載影響，水穩(wěn)層強(qiáng)度較低的部位就會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。如若骨料級配不連續(xù)，粗、細(xì)骨料分布參差不齊，將導(dǎo)致水穩(wěn)層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不均，彎沉值變異系數(shù)和水穩(wěn)層懸空系數(shù)增加，粗骨料聚集位置強(qiáng)度大，細(xì)骨料集中位置強(qiáng)度小。且骨料分布不均也會造成干縮系數(shù)增大，水穩(wěn)層容易因收縮不均出現(xiàn)貫穿開裂[3]。

2.3 施工作業(yè)不規(guī)范

現(xiàn)場施工工序是否規(guī)范、工藝是否合理、操作是否標(biāo)準(zhǔn)都直接影響水穩(wěn)層質(zhì)量，具有以下幾種情況。

第一，水穩(wěn)層施工前，未按要求對路基質(zhì)量予以嚴(yán)格檢查驗(yàn)收，以致路基因填筑凹凸不平、碾壓松散不實(shí)，導(dǎo)致路基參數(shù)不滿足水穩(wěn)層施工要求，在后期極易出現(xiàn)路基不均勻沉降、不規(guī)則開裂等現(xiàn)象，并逐漸傳遞至水穩(wěn)層，進(jìn)而發(fā)生沉降超限、裂縫等病害。

第二，水穩(wěn)料拌制不滿足要求，拌制時(shí)間短導(dǎo)致骨料分布不均勻，粗骨料聚集處與細(xì)骨料聚集處強(qiáng)度存在明顯差異，由此導(dǎo)致在外界荷載的長期作用下，強(qiáng)度較低部位容易出現(xiàn)荷載裂縫。

第三，水穩(wěn)料運(yùn)輸時(shí)操作不當(dāng)，如運(yùn)輸車輛不夠、交通不暢等導(dǎo)致前后場銜接失衡，出現(xiàn)斷料停工現(xiàn)象；運(yùn)輸車輛速度控制不好，起步過猛或急剎駐停，導(dǎo)致混合料顛簸振動出現(xiàn)離析現(xiàn)象；此外，向攤鋪機(jī)卸料時(shí)，卸料傾角過大、速度過快，也會導(dǎo)致混合料離析，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

第四，水穩(wěn)料攤鋪時(shí)，攤鋪速度控制不好、厚度薄厚不均，造成厚度大和厚度薄的位置強(qiáng)度不同，強(qiáng)度低的部位開裂幾率增大。另外，攤鋪碾壓時(shí)未按要求控制好含水量，以致碾壓難以密實(shí)，若含水量過大會導(dǎo)致碾壓不夠密實(shí)、孔隙率增大，且易于發(fā)生粘輪，并出現(xiàn)彈簧、波浪等問題，若含水量過小會導(dǎo)致混合料無法板結(jié)等問題。

第五，水穩(wěn)層強(qiáng)度損失和延遲時(shí)間成反比，隨著延遲時(shí)間（自拌制出料至碾壓的時(shí)間）變長，水穩(wěn)層強(qiáng)度損失會越來越多，此時(shí)的水穩(wěn)層強(qiáng)度也會變小[4]。如圖1所示。如果延遲時(shí)間超過水泥的初凝時(shí)間，水泥的膠凝性效果將失效，水穩(wěn)層碾壓時(shí)將會松散，很難成型，甚至開裂。

第六，在水穩(wěn)料攤鋪、碾壓時(shí)，考慮到道路建設(shè)速度和要求，一般使用2臺以上攤鋪機(jī)、4臺以上壓路機(jī)，采取階梯式同步作業(yè)，如果設(shè)備自身性能不好、操作失誤、測量不準(zhǔn)等，就會造成攤鋪、碾壓不同步，增加開裂幾率。

2.4 工后養(yǎng)護(hù)不到位

水穩(wěn)層作業(yè)完成后，應(yīng)按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)齡期和水穩(wěn)層強(qiáng)度如圖2所示。如若齡期不夠?qū)?dǎo)致水穩(wěn)層強(qiáng)度不足，在外界荷載作用下，水穩(wěn)層就容易出現(xiàn)裂縫。此外，在水泥凝結(jié)硬化時(shí)，產(chǎn)生水化熱反應(yīng)，水分會大量流失，如若灑水量及頻次不夠，也會影響水穩(wěn)層混合料收縮，造成水穩(wěn)層干裂。

3 市政道路水穩(wěn)層開裂的應(yīng)對措施

3.1 嚴(yán)控材料質(zhì)量

一是嚴(yán)控水泥質(zhì)量。水泥在進(jìn)場前，要嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)檢驗(yàn)收，核查生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、批次批號、強(qiáng)度等級、規(guī)格數(shù)量、出廠合格證明等資料，確保其質(zhì)量符合施工要求。為最大限度降低水穩(wěn)層開裂現(xiàn)象，水泥應(yīng)選擇穩(wěn)定性較好的硅酸鹽水泥，且初凝時(shí)間＞3 h、終凝時(shí)間＞6 h。進(jìn)場后根據(jù)廠家、批號不同，分別儲存在干燥的水泥罐內(nèi)。在混合料拌制前，應(yīng)再次檢查防止水泥混用，并抽取水泥樣本對強(qiáng)度、性能等參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)檢測，確保滿足水穩(wěn)層施工要求。

二是嚴(yán)控骨料質(zhì)量。精心選擇骨料料源，明確篩孔尺寸，對所有骨料過篩，確保符合施工要求。同時(shí)，選擇級配較好的粗、細(xì)骨料，嚴(yán)格控制含泥量，粒徑低于5 mm的細(xì)骨料中粉塵含量＜12%，粒徑低于0.6 mm的細(xì)骨料需對材料液限和塑性指數(shù)進(jìn)行測定，確保水泥干縮性能滿足要求[5]。

3.2 優(yōu)化配比設(shè)計(jì)

考慮到施工過程中的波動性，在拌制水穩(wěn)混合料時(shí)，實(shí)際水泥用量應(yīng)比設(shè)計(jì)用量略多一些，一般為+0.5%，確保在滿足強(qiáng)度要求時(shí)避免過多摻加水泥，防止混合料收縮性降低[6]。另外，對水穩(wěn)層拌制料還要隨機(jī)抽樣測定水泥劑量，采用滴定試驗(yàn)方式，繪制水泥劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線，并將實(shí)際水泥劑量與設(shè)計(jì)進(jìn)行分析對比，防止水泥劑量超標(biāo)引起溫縮裂縫。

水穩(wěn)層施工中，要完善施工組織設(shè)計(jì)和專項(xiàng)施工方案，優(yōu)化配比設(shè)計(jì)，充分考慮材料特性、運(yùn)輸方式和距離、周邊施工環(huán)境等因素，確保配比設(shè)計(jì)更符合現(xiàn)場實(shí)際需要。在配比設(shè)計(jì)中，盡量優(yōu)化調(diào)整骨料比例，減少水泥用量，以防止收縮裂縫。

3.3 強(qiáng)化施工管控

嚴(yán)格控制路基攤鋪、碾壓質(zhì)量，規(guī)范施工，加強(qiáng)質(zhì)檢，并在水穩(wěn)層正式施工前，再次對路基開展質(zhì)量驗(yàn)收，確保平整度、壓實(shí)度等指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范及水穩(wěn)層施工要求后即可開展水穩(wěn)層作業(yè)。

加強(qiáng)拌制時(shí)間控制，既要防止混合料拌制時(shí)間不足就出料，也要防止拌制過度造成離析。拌制時(shí)間盡量控制在35 s，水穩(wěn)料裝車時(shí)，下料斗和車輛底部不得過高，距離＜2 m。伴隨著下料，車輛緩慢移動，分前中后三次裝料，防止混合料堆積出現(xiàn)離析[7]。

混合料運(yùn)輸車輛應(yīng)輕啟、勻速、緩?fù)＃\(yùn)輸過程保持平穩(wěn)，減少顛簸震蕩。卸料時(shí)，運(yùn)輸車和攤鋪機(jī)緊靠一起，車廂緩慢提升且傾角＜30°卸料。攤鋪時(shí)，布料器要?jiǎng)蛩俎D(zhuǎn)動，確保松鋪厚度一致，以免影響水穩(wěn)層強(qiáng)度。

考慮到現(xiàn)場施工環(huán)境，水穩(wěn)層混合料實(shí)際含水量需比最佳含水量高1%～2%，這樣在碾壓時(shí)，混合料不易松散、粘輪、起拱，壓實(shí)效果更好，水穩(wěn)層不易開裂[8]。

通過前期試驗(yàn)段試鋪，驗(yàn)證材料配比、施工參數(shù)是否合理，同時(shí)檢驗(yàn)機(jī)械設(shè)備性能、前后場組織協(xié)調(diào)能力。試驗(yàn)段數(shù)據(jù)要完整記錄，正式施工階段根據(jù)試驗(yàn)段參數(shù)對專項(xiàng)方案進(jìn)一步優(yōu)化，確保攤鋪、碾壓質(zhì)量滿足表2的標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而有效保證水穩(wěn)層施工質(zhì)量。

根據(jù)前期確定的延遲時(shí)間，優(yōu)化混合料拌制、運(yùn)輸、碾壓時(shí)間，防止水泥終凝影響水穩(wěn)層強(qiáng)度。碾壓應(yīng)采用振動、輪胎壓路機(jī)配合，由道路兩邊向中間依次進(jìn)行。每次碾壓錯(cuò)開1/2輪寬，膠輪壓路機(jī)錯(cuò)開1個(gè)輪寬，這樣水穩(wěn)層碾壓會更均勻，也不易開裂。

3.4 規(guī)范工后養(yǎng)護(hù)

水穩(wěn)層施工完成后，要立即用土工布、麻布等材料覆蓋保溫保濕，防止水分蒸發(fā)過快。如果氣溫過高，還要經(jīng)常性在覆蓋材料上灑水，保證水穩(wěn)層的濕潤度，灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少7 d，每日至少2次灑水。在養(yǎng)護(hù)過程中，要注意保護(hù)成品，對已完路段實(shí)行圍擋，嚴(yán)禁機(jī)械、人員隨意進(jìn)入現(xiàn)場，防止碰撞破損或承荷過早引起水穩(wěn)層開裂。待養(yǎng)護(hù)完成后，再去除覆蓋材料，清理表面。

4 結(jié)語

作為道路的關(guān)鍵承重結(jié)構(gòu)層，水穩(wěn)層承受著上部結(jié)構(gòu)自重以及上行人、車帶來的各種作用力，因此其鋪筑施工是否規(guī)范、鋪筑質(zhì)量可否達(dá)標(biāo)極為關(guān)鍵，不容小覷。對此，應(yīng)嚴(yán)控材料質(zhì)量、優(yōu)化配比設(shè)計(jì)、強(qiáng)化施工管控、規(guī)范工后養(yǎng)護(hù)、嚴(yán)格質(zhì)檢驗(yàn)收，從而打造精品道路工程造福民眾。

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