公路水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的成因及防治

【關鍵詞】公路；高等級公路；水泥穩(wěn)定碎石基層；裂縫處理

　　0.工程概況

　　陽休線是山西省呂梁市主要連接國道108線和國道307線的重要省道干線公路之一，起迄里程為 K0+000～K29+264，全長為29.264km；設計行車速度為80km/h，路基寬度為24m，路面寬度為21.5 m，其路面基層自上而下設計為：基層采用 5%水泥穩(wěn)定碎石 20cm，底基層采用 4%水泥穩(wěn)定砂礫20cm組成，面層采用瀝青混凝土路面6+4cm厚，下面著重對基層裂縫成因與防治進行分析探討。

　　1.水泥穩(wěn)定碎石基層施工過程中裂縫產生的原因分析

　　水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層在非荷載作用下產生裂縫的主要原因是干縮和溫縮。影響半剛性材料干縮和溫縮的主要因素與含水量、水泥劑量、集料或礦料的含量、礦料的礦物成分、環(huán)境溫度和養(yǎng)生情況有密切聯系。

　　1.1水泥穩(wěn)定碎石強度形成原理

　　1.1.1嵌擠作用

　　由于水泥穩(wěn)定碎石中碎石按級配規(guī)律，小顆粒填補大顆�？障兜囊患壧畛湟患壍脑瓌t進行排列組合。它在外力(碾壓)的作用下，級配碎石能緊密地嵌固在一起，依靠顆粒之間的嵌擠和摩阻作用而形成的內摩阻力具有一定的強度和穩(wěn)定性。

　　1.1.2水泥硬化反應

　　水泥礦物質與水發(fā)生強烈的水解和水化反應，形成水化碳酸鈣、水化硅酸鈣等水化物，水泥的各種水化物生成后，有的自行繼續(xù)硬化，形成水泥石骨架，有的則與碎石中的其它礦物質發(fā)生硬凝反應和碳酸化反應，增大了水泥穩(wěn)定碎石的強度。

　　1.2干縮裂縫

　　水泥與各種集料和水經拌和壓實后，由于蒸發(fā)和混合料內部發(fā)生水化作用，水份會不斷減少。由于水的減少而發(fā)生的毛細管作用、吸附作用、分子間力的作用，材料礦物晶體或凝膠體間的水化作用和碳化收縮作用等都會引起水泥穩(wěn)定碎石材料產生體積干縮，其收縮的程度與水泥、碎石粒料的含量，混合料中小于 0.075mm 的細顆粒的含量和塑性指數等相關。根據累積干縮應變可計算出干縮系數。

　　1.3溫縮裂縫

　　組成水泥穩(wěn)定碎石基層材料的三相，即不同礦物顆粒組成的固相、液相(水)和氣相在降溫過程中相互作用的結果，使半剛性材料產生體積收縮，即溫縮。就組成固相的礦物顆粒而言，原材料中碎石的溫度收縮系數較小；粉粒以下顆粒，特別是粘土礦物的溫度收縮性較大,半剛性材料中膠結物有較大的溫度收縮性。水泥穩(wěn)定碎石基層隨混合料水分減少產生干縮和溫縮應力，水分減少的愈多愈快，產生的干縮應力愈大，水分減少愈慢，干縮應變愈慢。因此半剛性基層施工時應合理安排工序，盡量在環(huán)境溫度適宜時施工，以減小干縮、溫縮裂縫對質量造成不良影響。

　　2.水泥穩(wěn)定碎石基層施工過程中預防與控制干縮、溫縮裂縫的具體措施

　　根據水泥穩(wěn)定碎石基層的非荷載作用開裂機理分析，為減少裂縫產生，施工時要在配比設計、含水量控制、水泥劑量的控制、水泥穩(wěn)定碎石的養(yǎng)生、壓實度控制等方面采取措施，具體如下：

　　2.1嚴格控制施工配合比

　　混合料配合比正確與否是影響碎石半剛性基層開裂的一個因素。根據部頒《公路路面基層施工技術規(guī)范》(JTJ034-2000)要求，水泥穩(wěn)定碎石配合比設計中，碎石應占80%～85%(混合料為密實式穩(wěn)定粒料)。

　　2.2選擇適宜季節(jié)施工

　　水泥穩(wěn)定碎石基層施工最佳季節(jié)是春末和夏初，氣溫相對變化不大且風又小，若在秋末冬初施工，由于溫差較大，基層強度增長緩慢，溫縮裂縫也會產生；若工期緊張，必須在這個季節(jié)施工時，可采取保溫措施，避免基層受凍。保溫措施可采用料薄膜加麻袋的方法。

　　2.3水泥劑量的控制

　　品種不同的水泥具有程度不同的收縮性，如礦渣水泥要比硅酸鹽水泥收縮性大，標號高的水泥收縮性比標號低的水泥收縮性大，抗折強度愈大，混合料抵抗內部溫度應力的抗拉強度越大，越不易產生溫縮裂縫。水泥應選用初凝時間3h以上和終凝時間6h以上的品種。水泥劑量是影響水泥穩(wěn)定碎石強度的重要指標。如果劑量過大，造成水泥穩(wěn)定碎石干縮和溫縮裂縫增多。因此其劑量誤差范圍應控制在0.5%以內，在滿足設計強度的同時盡量限制水泥的用量，以減少基層的干、溫縮的等非荷載裂縫。

　　2.4含水量控制

　　含水量主要控制碾壓含水量和養(yǎng)生用水量，碾壓時的含水量大，產生裂縫機率就愈高，就會導致面層產生反射裂縫。含水量是水泥穩(wěn)定碎石中的又一項重要控制指標，本工程施工實踐證明，含水量過低，小于最佳含水量2 個百分點以上時，混和料難以成型，壓實度達不到要求，板結性差，其強度達不到設計要求；含水量偏大于最佳含水量2個百分點時，碾壓有明顯輪跡，且局部出現彈簧，成型 3 天后可以看出有明顯的干縮裂縫，根據有關資料統計表明，每增加1%的含水量是每增加1%的水泥劑量出現裂縫的2～3倍，這種干縮裂縫隨著溫差的加大而變寬，形成反射裂縫，對路面構成威脅，因此施工過程必須嚴格掌握。

　　2.5壓實度控制

　　壓實度也是影響路面基層開裂的一個因素。水泥穩(wěn)定碎石基層混合料應在處于或略大于最佳含水量時碾壓。碾壓應一次完成，直至達到按重型實驗法確定的要求壓實度98%(高速公路、一級公路基層)。實驗表明重型標準比輕型標準干縮應變小，提高水泥穩(wěn)定碎石基層的壓實度對減少于縮應變非常有利。

　　3.水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的處理

　　水泥穩(wěn)定碎石基層出現裂縫后，可以采取以下措施進行處理：

　�、旁诨鶎忧鍜邥r詳細調查裂縫，確保裂縫不遺漏，并做好記錄�；鶎恿芽p處著重清理，保證縫內無雜物，清理完畢后向裂縫內灌注改性乳化瀝青，其灌注深度為縫深的2/3。⑵基層裂縫清理后在其上鋪設自粘式玻璃纖維格柵，鋪設寬度為 100cm，裂縫兩側各 50cm，長度為橫向滿鋪，如縱向縫則兩端超出裂縫長度50cm。鋪設時間在透層施工之后，改性瀝青下封層施工之前，固定方式為水泥釘、鐵皮將一端固定，再用人力拉緊。鋪設時應保持其平整度、拉緊、不起皺，并具備有效的張力。⑶鋪設完自粘式玻璃纖維格柵后，應派專人維護，當進行下封層施工時，灑布車及運輸車行駛在其上不可急轉彎、掉頭，以免自粘式玻璃纖維格柵松弛、扭曲而影響其力學性能。通過上述處理措施的應用，可以消解基層裂縫處應力集中，可減少裂縫傳遞反射至面層，從而減少反射裂縫的產生。其次可以增加基層和瀝青面層層間的摩阻力，有效地克服基層收縮裂縫的產生。

　　4.結語

　　綜上所述，本工程通過施工過程中采取嚴格的控制措施，使水穩(wěn)級配碎石基層施工過程中常見的干縮、溫縮裂縫得到了有效控制，取得了良好的效果。當然，在水穩(wěn)級配碎石基層設計與施工時，無論哪一個環(huán)節(jié)都不能放松質量要求，特別是對于容易出現質量問題的影響因素，應積極采取預防措施，避免施工過程中出現質量問題。出現裂縫后可以采取鋪設玻璃纖維格柵進行處理，確保水泥穩(wěn)定碎石基層整體質量。

　　【參考文獻】

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