二级公路水稳碎石基层裂缝成因及防治措施浅析

二级公路水稳碎石基层裂缝成因及防治措施浅析
摘要：在近几年的二级公路建设中，水稳碎石基层被广泛应用到路面基层。

随着运输车辆吨位的增加，对路面的承重能力的要求也就越来越高。

基层是路面工程的主要承重层，起着至关重要的作用。

而水稳碎石基层在施工过程中出现裂缝是一个普遍存在的问题。

本文根据现场施工管理总结的经验，分析裂缝产生的原因及提出减少水稳碎石基层裂缝的措施。

关键词：水稳碎石；二级公路；基层裂缝；成因分析；防治措施
中图分类号：x734 文献标识码：a 文章编号：
1 引言
水稳碎石基层作为半刚性基层，具有整体性好、刚度大、水稳性好、早期强度高等优良路用性能，在水泥稳定碎石混合料中掺入适量的缓凝防裂剂，能延长水泥的终凝时间与减少横向收缩裂缝，目前水泥稳定碎石广泛应用于路面基层材料。

但是若对其特点了解不足，施工过程中质量控制不好，易出现干缩、温缩裂缝，大大降低路基的强度。

因此，如何对公路水稳碎石基层施工过程中的裂缝进行合理有效控制是广大技术人员不断探讨的重要课题。

2基层裂缝成因分析
水稳碎石半刚性基层在非荷载作用下产生裂缝的主要原因是干缩和温缩。

影响半刚性材料干缩和温缩的主要因素与含水量、水泥
剂量、集料或粉料的含量、粉料的矿物成分、环境温度和养生情况有密切联系。

根据裂缝形成机理，结合现场调查检测情况，该段水稳基层裂缝形成主要原因有:
（1）干缩作用。

水泥与各种集料和水经拌和压实后，由于蒸发和混合料内部发生水化作用，水份会不断减少。

由于水的减少而发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用，材料矿物晶体或凝胶体间的水化作用和碳化收缩作用等都会引起水泥稳定碎石材料
产生体积干缩，其收缩的程度与水泥、碎石粒料的含量，混合料中小于0.075mm 的细颗粒的含量和塑性指数等相关。

干缩性裂缝的情况有两种，一是水稳基层压实成型到正常养护期结束（一般为 7天）的干缩裂缝; 二是养护期结束到施工沥青混凝土面层这段时间的
干缩裂缝。

两者的机理基本上相同，只是其损害的程度有所不同。

(2) 温缩作用。

组成水稳碎石基层材料的三相，即不同矿物颗粒组成的固相、液相(水)和气相在降温过程中相互作用的结果，使半刚性材料产生体积收缩，即温缩。

就组成固相的矿物颗粒而言，原材料中碎石的温度收缩系数较小；粉粒以下颗粒，特别是粘土矿物的温度收缩性较大,半刚性材料中胶结物有较大的温度收缩性。

水稳碎石基层随混合料水分减少产生干缩和温缩应力，水分减少的愈多愈快，产生的干缩应力愈大，水分减少愈慢，干缩应变愈慢。

因此半刚性基层施工时应合理安排工序，尽量在环境温度适宜时施工，以减小干缩、温缩裂缝对质量造成不良影响。

（3）离析现象。

离析现象是指水稳基层粗细料集中现象，即级
配变异现象，离析使水稳基层的强度不均匀。

造成离析的原因有很多，水稳混合料在搅拌过程中发生的放料离析，在运输过程中发生颠簸离析，在卸料过程中发生卸料离析，在摊铺过程中发生摊铺离析，在找平过程中发生找平离析等。

从在开裂路段取芯情况及室内试验结果来看，水泥稳定碎石抗压强度均大于设计值，只有个别细集料偏多的芯样强度较其他芯样低，易产生离析。

水稳基层发生离析会影响水泥稳定碎石强度，细集料偏多区域为水泥稳定碎石基层强度相对薄弱之处，也是温缩裂缝最容易产生的地方。

（4）养生不及时。

适宜的温度、湿度养生可减少水稳基层的干缩作用。

但是当养生不及时，水化反应的水化热会使水稳基层固体表面的吸附水开始蒸发，使表面水膜减薄，颗粒间分子力增大，导致相邻的颗粒不断紧靠，引起收缩变形。

（5）其它原因。

从基层裂缝段和正常段落现场调查情况看，裂缝段水稳基层芯样成型情况稳定性稍差，变异性较大，其原因主要是秋冬季节施工时水分蒸发较慢，水泥终凝时间缩短；摊铺时没有根据天气情况适当调整水泥用量和拌和用水量。

施工碾压时含水量越大，结构层越易产生干缩性裂缝，应确保碾压时混合料含水量在最佳含水量范围内。

另一方面，施工时应严格控制灰剂量，灰剂量越高越容易产生收缩裂纹。

3 预防措施
根据水稳碎石基层的非荷载作用开裂机理分析，为减少裂缝产生，施工时要在配比设计、含水量控制、水泥剂量的控制、水泥稳
定碎石的养生、压实度控制等方面采取措施，具体如下：
（1）配合比设计。

①应根据室内7天无侧限抗压强度选择水泥剂量，建议采用低水泥剂量。

②集料级配应严格控制细料含量。

③可适量添加粉煤灰、减缩剂，有效改善水泥稳定碎石的温缩性能；可适量掺加聚丙烯纤维，以增加其韧性，增大其抗裂能力。

④集料有变化时应及时调整级配，防止出现水稳基层细集料偏多现象，在保证水泥稳定碎石基层抗压强度的前提下，尽可能地减少集料中细料的比重，最大限度地提高水泥稳定碎石基层的抗裂性能，保证施工质量。

（2）原材料控制。

水泥应选用初凝时间3h以上和终凝时间6h 以上的品种。

水泥剂量是影响水稳碎石强度的重要指标。

如果剂量过大，造成水稳碎石干缩和温缩裂缝增多。

因此其剂量误差范围应控制在0.5%以内，在满足设计强度的同时尽量限制水泥的用量，以减少基层的干、温缩的等非荷载裂缝。

含水量是水稳碎石中的又一项重要控制指标，根据国外有关资料统计表明，每增加1%的含水量是每增加1%的水泥剂量出现裂缝的2～3倍，这种干缩裂缝随着温差的加大而变宽，形成反射裂缝，对路面构成威胁，因此施工过程必须严格掌握。

（3）铺摊及压实。

摊铺机摊铺混合料时，运行速度应与拌和机生产能力相匹配，尽量避免摊铺机停机待料的情况。

运输车卸料有专人指挥，视运输车装料多少，控制好卸料间距，以利于摊铺。

尽量减少摊铺机收放料斗，在摊铺机前后设专人消除粗细集料离析现
象，特别应铲除粗集料窝，然后用新拌混合料填补，以确保配比稳定统一。

水泥稳定碎石混合料压实度的控制是保证强度达到标准的重要手段之一。

尽管面层采取钢筋加固补强措施，但基层的压实度仍需加强。

在压实度的检验中，如果采用同一干密度指标作为标准，很容易出现压实度不合格或超过100%的现象，因此施工中采用灌砂法进行压实度检验时，应对集料筛分，以确定粗骨料的含量，分别选用不同的密度标准。

（4）加强养生。

水泥稳定碎石是水硬性材料，碾压完成后要及时养生，保持混合料的含水量不受损失，决不能让基层曝晒变干裂缝。

有资料表明在同期内通过养生的水泥稳定碎石是不养生的水稳碎石强度的1.5～2 倍，而且养生的水稳碎石出现干缩裂缝比不养生的要少得多。

基层施工完后，表面没及时覆盖受自然环境的影响，表面游离水蒸发过快，产生急剧体积收缩，而此时集体料早期强度低，不能抵抗这种应力也易导致开裂。

因此要求在基层施工完后，对其裸露表面应及时用潮湿材料覆盖，认真养护，同时进行交通管制。

在气温很高风速很大时，施工后应及早喷水覆盖降温、保湿养护。

在气温时较低时，施工后应在覆盖物表面喷温水进行覆盖保温、保湿养护。

（5）选择适宜季节施工
水稳碎石基层施工最佳季节是春末和夏初，气温相对变化不大且风又小，若在秋末冬初施工，由于温差较大，基层强度增长缓慢，温缩裂缝也会产生；若工期紧张，必须在这个季节施工时，可采取
保温措施，避免基层受冻。

保温措施可采用料薄膜加麻袋的方法。

4 水稳基层裂缝处治
水稳碎石基层出现裂缝后，可以采取以下措施进行处理：
（1）在基层清扫时详细调查裂缝，确保裂缝不遗漏，并做好记录。

基层裂缝处着重清理，保证缝内无杂物，清理完毕后向裂缝内灌注改性乳化沥青，其灌注深度为缝深的2/3。

（2）基层裂缝清理后在其上铺设自粘式玻璃纤维格栅，铺设宽
度为100cm，裂缝两侧各50cm，长度为横向满铺，如纵向缝则两端超出裂缝长度50cm。

铺设时间在透层施工之后改性沥青下封层施工之前，固定方式为水泥钉（8～10cm）、铁皮将一端固定，再用人力拉紧。

铺设时应保持其平整度、拉紧、不起皱，并具备有效的张力。

（3）铺设完自粘式玻璃纤维格栅后，应派专人维护，当进行下
封层施工时，洒布车及运输车行驶在其上不可急转弯、掉头，以免自粘式玻璃纤维格栅松弛、扭曲而影响其力学性能。

通过上述处理措施的应用，可以消解基层裂缝处应力集中，可减少裂缝传递反射至面层，从而减少反射裂缝的产生。

其次可以增加基层和沥青面层层间的摩阻力，有效地克服基层收缩裂缝的产生。

参考文献：
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