水穩(wěn)碎石基層裂縫成因及防治探討

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作者：王新合　賈向磊　孫利凱摘 要：水泥穩(wěn)定碎石基層是根據(jù)水泥、碎石、砂和水按一定比例進(jìn)行配制的路面結(jié)構(gòu)層承重結(jié)構(gòu)，也是底基層與路面兩層的中間結(jié)構(gòu)，它具有強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。但它和水泥砼路面一樣施工工藝要由于水泥穩(wěn)定碎石具有強(qiáng)度高且水穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)作為高等級(jí)路面的基層，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，且取得了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。但由于其結(jié)合料為水泥，施工工藝要求較高，而且需要較好的施工管理環(huán)境，否則就極易產(chǎn)生早期裂縫。從原材料、施工及養(yǎng)護(hù)管理等方面的提出了綜合的防治措施，以保證公路路面的正常使用。 

  關(guān)鍵詞：高速公路；水穩(wěn)碎石；基層裂縫；防治    1 裂縫產(chǎn)生原因分析    1.1 干縮裂縫    水泥穩(wěn)定碎石在干燥空氣中硬化時(shí)，隨著水分的減少，體積將收縮變形，每隔一段距離產(chǎn)生均勻的干縮裂縫。水泥穩(wěn)定碎石產(chǎn)生干縮裂縫的原因與其水泥、水和碎石集料都有很大的關(guān)系。一方面混合料在凝結(jié)硬化過程中，水泥與水起水化反應(yīng)，消耗大量的水分。水泥含量越高，則消耗的水分越多。另一方面，碎石集料表面也要吸附水，集料中的細(xì)料成分越多，表面吸附的水分就越多。再者， 基層施工過程中，含水量越大，蒸發(fā)散失的水分就越多。因此就越易產(chǎn)生干縮裂縫。    1.2 溫縮裂縫    水泥穩(wěn)定碎石由于混合料中有5%左右的水泥，所以具有熱脹冷縮的性質(zhì)，在混合料硬化初期，水泥水化放出較多的熱量，但散熱較慢，因此其內(nèi)部溫度較高，使內(nèi)部體積膨脹。而外部如遇氣溫急劇降低則冷卻收縮，內(nèi)脹外縮相互制約，產(chǎn)生較大的應(yīng)力。一旦應(yīng)力超過其極限抗彎拉強(qiáng)度，將產(chǎn)生溫縮裂縫。溫縮裂縫多數(shù)是橫向分布。    1.3 網(wǎng)狀裂縫    網(wǎng)狀裂縫也叫“龜裂”，它是由于局部彎沉太大，在外力作用下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞的裂縫，它是一種破壞性較大的裂縫，如遇下雨，則滲水，在外力作用下引起翻漿。初期時(shí)僅為網(wǎng)狀細(xì)裂紋，隨著時(shí)間的推移，裂紋處基層內(nèi)部的水分繼續(xù)蒸發(fā)，裂紋逐漸 發(fā)展 成為發(fā)散形裂縫。在外力作用下，基層呈塌陷狀。    1.4 縱縫    如果水泥穩(wěn)定碎石基層在施工早期產(chǎn)生縱縫，一定是施工控制方面引起的。其原因應(yīng)歸結(jié)為局部土基壓實(shí)度或基層壓實(shí)度沒有達(dá)到規(guī)范要求。但城市道路基層7d養(yǎng)護(hù)期滿后，如果管理維護(hù)不到位，也會(huì)產(chǎn)生縱縫。由于基層較厚，采用分層碾壓作業(yè)。第一層攤鋪碾壓成型時(shí)，其厚度較薄，一般在15cm左右，盡管養(yǎng)護(hù)期滿，但其承載能力較低。    1.5 路基不均勻沉降產(chǎn)生裂縫    如果水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生縱向裂縫，多是由于局部土基及底基層壓實(shí)度達(dá)不到規(guī)范要求引起，在重車的作用下產(chǎn)生的反射裂縫，有時(shí)顯弧狀分布，且表面形成一定的高度差。    2 裂縫防治    2.1 原材料控制    水泥：為保證水泥穩(wěn)定碎石基層施工時(shí)有足夠的時(shí)間運(yùn)輸、攤鋪和壓實(shí)，應(yīng)對(duì)水泥的終凝時(shí)間有限制，一般需要6～10h。夏季施工時(shí)，氣溫較高，表面層的凝結(jié)硬化速度較快，水泥終凝時(shí)間應(yīng)盡可能達(dá)到10h；春秋季施工時(shí)水分蒸發(fā)較慢，終凝時(shí)間可縮短至6h。水泥標(biāo)號(hào)不能太高，最好不要超過32.5R，采用普通硅酸鹽水泥。劑量控制范圍為5% 左右。因?yàn)樗鄤┝刻?，?qiáng)度難以滿足要求；而劑量過高時(shí)，混合料的收縮系數(shù)增大，裂縫增加。故水泥劑量一定要經(jīng)過試配并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試合適之后確定；石料：石料的粗細(xì)直接影響水泥穩(wěn)定碎石基層的強(qiáng)度、平整度和裂縫的產(chǎn)生。水泥穩(wěn)定碎石的粒料越粗，強(qiáng)度越高，穩(wěn)定性越好，預(yù)防溫縮、干縮裂縫的能力越強(qiáng)。但粒料過于粗糙，則粒料間的粘接力不足，一旦車輛上路，表面層極易跑散，使得基層的平整度難以達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。如果粒料偏細(xì)，基層強(qiáng)度難以合格。而且石粉含量偏多時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石的收縮性增大，裂縫也就增多。 2.2 施工控制    壓實(shí)度：水泥穩(wěn)定碎石混合料壓實(shí)度的控制是保證強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的重要手段之一。盡管面層將采取鋼筋加固補(bǔ)強(qiáng)措施，但基層的壓實(shí)度保證仍不能松懈。為保證壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)， 檢查井周圍混合料的攤鋪厚度可比正常路段薄一些，水泥的含量增加1% 左右，使用小型機(jī)具夯實(shí)多遍。再配合路面的井圈加固，以保證井圈周圍的路面的工作壽命。由于基層材料來源的生產(chǎn) 企業(yè) 規(guī)模相對(duì)較小，機(jī)械化程度不高，石料加工質(zhì)量普遍不夠穩(wěn)定，存在粒徑不均勻現(xiàn)象，骨料時(shí)而偏粗，時(shí)而偏細(xì)。因此水泥穩(wěn)定碎石混合料的最大干密度呈變化狀態(tài)。在壓實(shí)度的檢驗(yàn)中，如果采用同一干密度指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)，很容易出現(xiàn)壓實(shí)度不合格或超過100%的現(xiàn)象。因此施工中采用灌砂法進(jìn)行壓實(shí)度檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)集料篩分，以確定粗骨料的含量，分別選用不同的密度標(biāo)準(zhǔn)；水量：水泥穩(wěn)定碎石是水泥與集料的水化凝結(jié)硬化的產(chǎn)物。含水量的控制影響到壓實(shí)度的保證和裂縫的產(chǎn)生。考慮到混合料在運(yùn)輸、碾壓過程中還有水分散失，尤其夏季施工時(shí)水分蒸發(fā)快，施工過程中對(duì)水的含量應(yīng)控制在比最佳含水量大1% 左右。含水量過小時(shí)，基層表層松散，碾壓容易起皮，難以壓實(shí)；含水量過大碾壓時(shí)粘輪，表面起拱，而且基層成型后水分散失愈多，形成的裂縫愈多。所以施工過程中含水量要控制適宜；施工接頭：基層在施工過程中留有接頭是難以避免的。但接頭處往往是應(yīng)力的集中區(qū)，在溫度應(yīng)力、基層收縮應(yīng)力和 交通 荷載的反復(fù)作用下，容易誘發(fā)為裂縫，從而導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生反射裂縫。    2.3 養(yǎng)護(hù)控制    水泥穩(wěn)定碎石基層碾壓成型后應(yīng)及時(shí)覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)。由于水分參與了水泥的水化反應(yīng)，水分的散失將影響其正常的反應(yīng)，從而影響凝結(jié)硬化后形成的強(qiáng)度，特別是夏季施工，氣溫較高，基層表面的水分蒸發(fā)更快，極易產(chǎn)生均勻的裂紋。養(yǎng)護(hù)的方法可以采用草袋、麻袋或塑料薄膜覆蓋，保證基層不直接暴露在外。冬季施工時(shí)，要及時(shí)采取防凍措施。因?yàn)閺?qiáng)度未形成的混合料中的自由水在氣溫0℃以下時(shí)結(jié)冰，體積膨脹，使基層結(jié)構(gòu)變得松散，達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。    2.4 外力影響    水泥穩(wěn)定基層是半剛性路面結(jié)構(gòu)，只有2.5～3Mpa 的強(qiáng)度，在不鋪面層時(shí)，嚴(yán)禁超重車輛通行，過早通過超重車輛會(huì)使水穩(wěn)基層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受到破壞，產(chǎn)生不規(guī)則的細(xì)小裂縫。車輛超載是造成瀝青路面損壞的主要原因，路政管理部門要加重、加大對(duì)超載、超重車輛的處罰和監(jiān)管力度。而設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要親自對(duì)路線的交通量及車輛組成進(jìn)行調(diào)查，充分考慮到超載車輛的影響，避免出現(xiàn)反射裂縫。    2.5 管理維護(hù)及施工協(xié)調(diào)控制    基層攤鋪碾壓成型到噴灑透層油鋪筑瀝青面層的這段時(shí)間的管理維護(hù)工作非常重要。由于各種工程管線相繼進(jìn)場施工，道路的施工作業(yè)面將被占用。特別是第一層成型后，一旦現(xiàn)場管理維護(hù)不及時(shí)，各種工程管線和構(gòu)件集中堆放在基層上，基層將受到極大的破壞。這時(shí)應(yīng)嚴(yán)禁堆放重物，不允許車輛上行。第二層7d 養(yǎng)護(hù)期滿后方可開放交通，但僅允許部分施工車輛放行。各種工程管線施工時(shí)， 應(yīng)與道路施工協(xié)調(diào)配合。尤其開挖管線溝槽時(shí)，嚴(yán)禁將周圍水泥穩(wěn)定碎石基層下部基礎(chǔ)掏空?；鶎邮┕ね戤吅?，為保證水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)不繼續(xù)失水，減少干縮裂縫產(chǎn)生，最好在一星期后即噴灑透油層或進(jìn)行下封層施工，盡早鋪筑瀝青面層。     參考  文獻(xiàn)     ［1］李建鑫.淺析水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫產(chǎn)生原因及防治方法［J］.科技信息，2007.    ［2］肖建芳.高速公路建設(shè)期土壤侵蝕及防治措施體系研究［D］.北京林業(yè)大學(xué)，2007.    ［3］李宇.超載車輛對(duì)公路路面的損害及其防治措施［D］.吉林大學(xué)，2007.