論公路項目水泥穩定碎石基層的微裂技術

劉 睿

（貴州省安龍公路管理段,貴州 黔西南 552400）

0 引言

水穩碎石基層是瀝青混凝土路面常用的基層結構，具有優良的水穩性能、抗凍性能，但受材料自身特性及多重因素影響，水穩碎石基層養護初期，易失水干縮產生干縮裂縫，誘發路面反射裂縫病害[1]。微裂技術是治理水穩基層反射裂縫的新技術，經微裂處理的基層受力結構更加分散，可有效預防早期收縮應力集中作用產生寬裂縫，達到道路反射裂縫預防性治理的目的[2]。該文依托具體工程，運用室內試驗及現場試驗，研究了水泥穩定碎石基層微裂技術。

1 微裂技術原理

微裂技術是通過一定的技術手段，使水泥穩定基層產生微細、分散的裂縫網格，分散基層干縮應力，防止早期收縮應力過度集中產生長、寬裂縫[3]。

微裂處理在基層養護初期進行，基層養護中后期、服役期，水穩基層材料自愈作用下裂縫逐漸閉合減少，基層強度持續發育增強，不會對結構強度、剛度及結構整體性造成影響。

2 水泥穩定碎石微裂技術室內試驗

基于以上微裂技術原理分析，可知水穩碎石基層實施微裂技術處理須處理以下三個問題：1）微裂程度確定、控制，防止微裂技術造成基層開裂過大、過密；2）微裂縫愈合特性，確保微裂縫后期愈合完整，防止微裂縫影響基層強度、整體性；3）微裂程度與愈合程度關系[4]。

室內水穩基層微裂試驗設備為DZY-09型振動壓實儀，振動壓實儀參數設置為：振動頻率28 Hz；振幅25 mm；靜壓力1.9 kN。通過振動壓實時間控制微裂程度。

2.1 微裂程度控制

水穩碎石級配采用懸浮密實結構，水泥摻量為5%，用無側限抗壓強度降低百分比表征水穩材料微裂程度，微裂程度控制因素及微裂水平分級見表1。

表1 微裂程度因素及微裂水平

采用統計學分析方法分析大量試驗數據，微裂程度的控制參數見表2。大量試驗現象表明，水穩基層養生1 d后，微裂程度最大為21.05%，因此微損傷程度取L-1一種。

表2 微裂程度的控制

2.2 微裂前后力學性能試驗結果

運用抗壓試驗、劈裂試驗、抗壓回彈試驗等手段，測定試件實施微裂前后，不同微裂程度的試件力學性能，結果見表3。

由表3可知：1）同一微裂程度下，水穩碎石試件抗壓強度、劈裂強度、抗壓回彈模量下降百分比不同，回彈模量降幅最大，劈裂強度降幅次之，抗壓強度回彈模量降幅最小；2）以抗壓強度為基準，抗壓回彈模量降幅為抗壓強度降幅的1.4~1.6倍；劈裂強度降幅為抗壓強度降幅的1.6~1.8倍。

表3 微裂前后力學性能試驗結果

2.3 水泥穩定碎石自愈合力學性能

按照表2微裂實施節點、振動時長控制試件微裂程度，試件分別養生7 d、14 d、28 d齡期，開展無側限抗壓強度試驗、劈裂強度試驗、抗壓回彈模量試驗，評價水穩碎石損傷自愈合力學性能，結果見表4。

表4 養生期微裂后力學強度愈合百分率

由表4可知：1）隨微裂實施節點推移，材料自愈合程度降低，即微裂實施節點為材料養生1 d的材料自愈合程度最高，2 d次之，3 d最低；2）微裂程度為L（4）-L（7）時試件養生28 d愈合率明顯低于L（1）-L（3）工況，表明試件微裂程度過大，材料自愈合作用無法完全閉合微裂縫。

綜合以上數據及水穩碎石微裂作用下干縮應力釋放，微裂實施節點建議選擇水穩基層養護2 d齡期，微裂程度建議在40%以內，即實施微裂后水穩碎石無側限抗壓強度降低百分比率≤40%。

3 水泥穩定碎石基層微裂技術現場試驗

水穩基層微裂技術過程控制采用落球式彎沉儀；現場試驗以抗壓回彈模量下降百分比率表征[5]。

3.1 工程概況及試驗路段劃分

某公路原路面結構由下至上為：15 cm石灰土+15 cm二灰碎石+8 cm瀝青混凝土+4 cm瀝青罩面，受長期車載、環境水害、周期凍融等多重因素作用，道路龜裂、網裂、變形病害嚴重，擬加鋪18 cm水泥穩定級配碎石+9 cm瀝青混凝土補強。

試驗段起訖樁號為K310+600~K311+000，全長400 m，均分為4段，各段碾壓時間及微裂程度控制參數見表5。

表5 試驗路段劃分

3.2 水泥穩定碎石基層微裂技術施工過程

水穩碎石微裂設備為G6224M—I型振動壓路機，自重220 kN，激振力380 kN，振動頻率28 Hz；為防止振動碾壓設備激振力過于集中，致使基層開裂過長、過寬，微裂施工階段，須保持設備最大覆蓋面積施工，確保基層振動碾壓均勻性[6]。

根據試驗路段路基寬、碾壓設備震動碾壓輪寬，確定壓路機按照從左到右順序，分3次碾壓覆蓋路基，壓路機行進速度控制在3~5 km/h。

3.3 基于落球式彎沉儀的微裂技術過程控制

基層攤鋪、碾壓施作完畢并通過驗收后，灑水養生2 d實施微裂施工，微裂施工控制參數見表5。微裂施工階段，采用落球式彎沉儀測定基層彎沉值變化，測點布置見圖1；各試驗段每車道縱向測區布置為20 m/個，橫向布設2個測點，間距2 m。

圖1 測點設置

以微裂施工前各試驗路段基層模量為基準，按表5參數對試驗段實施微裂施工；施工階段，每完成一次之內的碾壓，測定一次基層模量數值，計算模量減少百分比率，直至基層模量接近設計微裂程度；基層碾壓遍數與模量測定結果見表6。

表6 試驗路微裂前后模量測量結果

4 結果分析

水穩碎石基層微裂實施節點為基層養生2 d，微裂設備為振動壓路機，不同微裂程度基層開裂情況如下：

（1）微裂程度為32%時，不可見水穩基層微裂縫；微裂程度為44%時，少數可見水穩基層微裂縫；微裂程度為56%時，微裂縫多數可見，微裂縫分布微細、分散，呈網格結構[7]。

（2）綜合微裂作用機理及基層自愈合特性，水穩基層微裂程度最佳狀態為微裂縫網格少數可見狀態，確保微裂作用有效分散基層早期收縮應力，防止出現長、寬干縮裂縫，同時在基層材料自愈合特性作用下裂縫可封閉愈合，確保基層強度、整體性、承載性能符合設計要求；由此確定水穩基層最佳微裂程度為40%左右[8]。

（3）基于水穩碎石自愈合室內試驗結果，測定試驗段基層微裂前后、養護7 d齡期基層回彈模量數據，分析試驗路段基層自愈合特性，結果見表7。

表7 試驗路7 d抗壓回彈模量檢測結果

（4）由表7可知，室內試驗7 d愈合百分率與試驗段7 d愈合百分率誤差值在0.34%~1.69%范圍，總體較小，表明該次室內試驗研究結果可為現場施工提供參考。

基于微裂技術作用機理可知，微裂基礎可分散基層早期干縮應力，防止基層干縮應力集中產生長、寬裂縫，達到預防、延緩瀝青路面反射裂縫發育的作用。因此，可通過調查道路路面反射裂縫情況，反映微裂技術治理效果[9]。該工程試驗段通車1年后，進行路面反射裂縫調查，結果見表8。

由表8可知，1、2號試驗路段裂縫條數明顯少于3、4號試驗路段，表明該文室內試驗及試驗段確定的施工參數可用于指導路段施工。綜合室內試驗結果、試驗段室外檢測及試驗段通車1年后路面裂縫統計結果，確定微裂技術實施節點為水穩基層養生2 d后，抗壓回彈模量下降百分比率為40%。

表8 瀝青路面裂縫統計

5 結論

該文運用室內試驗、現場試驗及通車1年后跟蹤調查的方式，研究了公路項目水泥穩定碎石基層微裂技術，結論如下：

（1）水泥穩定碎石微裂技術室內試驗結果表明，水泥穩定碎石愈合百分率隨微裂技術實施節點推移而降低，微裂技術實施節點不宜超過水穩碎石基層養生2 d齡期，綜合微裂技術作用機理，微裂技術實施節點宜選在基層養生2 d齡期；經微裂處理基層無側限抗壓強度下降百分比率不宜超過40%[10]。

（2）室內試驗7 d抗壓回彈模量愈合百分率與現場試驗7 d抗壓回彈模量愈合百分率偏差最大不超過1.7%，表明水泥穩定碎石微裂技術室內試驗結果可為微裂施工提供可靠參考。

（3）綜合室內試驗、試驗段施工現場檢測、試驗路段通車1年開裂病害調查結果，微裂技術施工宜在水穩基層養護2 d齡期進行，微裂程度控制以基層回彈模量下降40%為最佳。