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半刚性基层收缩裂缝成因分析及防治方新雨(江苏恒基路桥总公司,中国常州213002)摘要：半刚性基层早期出现收缩裂缝，是目前尚未很好解决的施工技术问题。
结合沪宁高速公路扩建的施工实践，对基层收缩裂缝的成因机理作了分析，并提出了在施工技术上防治产生裂缝的有效措施。
关键词：半刚性基层;收缩裂缝;成因分析;防治措施一、引言半刚性基层，是沥青路面结构的主要承重层。
因其有适宜的结构强度，良好的荷载分布能力，可靠的水稳定性以及较低廉的施工成本，是现代高速公路、高等级路面普遍采取的路面结构型式。
习惯上把由半刚性基层组成的沥青路面称之半刚性基层沥青路面（简称半刚性路面）。
沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）仍然把水泥稳定土或粒料；石灰与粉煤灰稳定土或粒料定义为半刚性材料，水泥稳定集料和石灰、粉煤灰稳定集料是目前高速公路基层采用的主要结构型式，在江苏，水泥稳定集料近年已取代后者成为高速公路路面基层主要结构材料。
半刚性材料固有的温缩与干缩特性，易使半刚性基层产生收缩裂缝，并导致沥青路面在温度应力作用下产生反射裂缝或对应裂缝。
沥青路面过早出现收缩裂缝，不仅成为一种外观质量上的缺陷，更重要的是极易引起沥青路面结构性破坏。
如果对裂缝不及时处理或养护不当，遭受水侵害加上汽车动荷载的反复作用，将直接影响路面的使用功能和使用寿命。
这一技术顽症已成为公路建设者共同关心的问题，普遍研究的结论是：(1)半刚性基层容易产生收缩裂缝，其主要表现形式是在基层顶面出现有规则的横向裂缝，起因是基层内产生温缩、干缩或两者共同作用产生拉应力大于其结构强度时引发表面开裂。
(2)半刚性基层过早出现收缩裂缝，容易引起沥青路面出现反射裂缝或对应裂缝。
尤其在已经开裂的基层上铺筑较薄的沥青面层，路面裂缝更明显，加铺的沥青面层愈薄，反射裂缝形成愈早愈多。
(3)沥青面层摊铺时，基层尚未出现有规则的横向裂缝，可以延缓和减少反射裂缝的产生，但在极端气候条件下，仍有可能出现路面的横向裂缝，但主要以对应裂缝为主。
浅谈半刚性基层裂缝形成机理及防治措施摘要半刚性基层在我国高等级公路建设中得到广泛应用，裂缝问题是其主要缺陷。
本文对半刚性基层裂缝形成机理进行了分析，并提出了相应的防治措施。
关键词半刚性基层裂缝形成机理防治措施1．引言由于半刚性基层具有强度高、水稳性和冰冻稳定性好、刚性较大、材料板体性好，利于机械化施工且工程造价低，能适应重交通发展的需要等优点，我国高等级公路建设中越来越多地采用了半刚性材料基层。
国内已建成高速公路使用调查表明，半刚性基层沥青路面通车后一年最迟两年均出现了大量裂缝，裂缝率最高达640m/1000m2面开裂的原因很多，主要分为两大类，即荷载型裂缝和非荷载型裂缝。
非荷载型裂缝又可分为沥青面层自身的温缩裂缝和由基层温缩、干缩、疲劳引起的反射裂缝和对应裂缝。
在上述诸多类型的裂缝中，非荷载型裂缝是最主要的，尤其是由半刚性基层材料温缩和干缩引起的裂缝问题最为严重，所占比例超过50%。
2．半刚性基层裂缝形成机理半刚性基层的裂缝是由其温度收缩、干燥收缩和疲劳荷载作用产生的，而疲劳荷载作用是次要的，主要因素是温度收缩和干燥收缩。
因而，半刚性基层材料的温度收缩机理和干燥收缩机理便构成了半刚性基层裂缝形成的主要机理。
2.1温度收缩机理半刚性基层材料的基本结构是由固相（组成其空间骨架原材料的颗粒和其间的胶结料）、液相（存在于固相表面与空隙中的水和水溶液）、气相（存在于空隙中的气体）组成，因而半刚性基层材料的外观胀缩性是固、液、气三相不同温度收缩性的综合效应，使得基层材料产生体积收缩即温度收缩。
一般气相大部分与大气贯通，在综合效应中影响较小，可以忽略。
就组成固相的矿物颗粒而言，原材料中砂粒以上颗粒温度收缩系数较小，粉粒以下颗粒，特别是粘土矿物的温度收缩性较大。
存在于半刚性基层材料内部大空隙、毛细孔、凝胶孔中的水主要是通过“扩张作用”、“表面张力作用”和“冰冻作用”这三种过程对半刚性材料产生较大影响的。
半刚性材料在干燥和饱水状态下有较小的温度收缩值，而在一般含水量下有较大的温度收缩值。
半刚性基层裂缝原因分析及防治措施1、表现特征半刚性基层产生收缩裂缝，主要表现为温缩、干缩和水泥硬化收缩三种裂缝形式，导致沥青路面产生反射裂缝或对应裂缝。
2、原因分析(1)水泥剂量偏大或水泥稳定性差。
(2)原材料塑性指数高，石料含泥量超过规范规定，细集料、石粉塑性指数超标。
(3)混合料拌合计量不准，含水量偏大，成型后因水分散失出现干缩裂缝。
(4)基层强度形成之前，未按要求进行养生。
(5)养护结束后未及时铺筑封层，水泥稳定碎石强度未达到龄期即开放交通。
(6)高温季节施工因结构内部水分急剧散失，强度升高，导致基层内部产生干缩应力，产生体积收缩应变，从而出现横向收缩裂缝。
(7)压实度不够,基层孔隙率大。
3、防治措施(1)混合料的级配设计宜采用骨架密实结构，在满足设计强度的条件下尽量降低水泥用量。
(2)选择合适的原材料并确保料源稳定，水泥初凝时间、细度、比表面积、凝结时间、安定性、抗压强度等指标必须满足规范要求；碎石材料加工生产的同时必须配备振动预筛和除尘装置，以减少集料的含泥量。
(3)严格控制拌和和碾压时的含水量，保证计量的准确，在碾压时混合料含水量宜较试验得出的最佳含水量大0.5%~1%。
(4)压实成形后应及时用透水土工布覆盖，保证在7d内及时洒水保湿养生，严禁在终凝前失水影响强度形成，纵横向施工接缝严格按规范要求进行处理。
(5)严禁车辆在基层强度未达到龄期前通行；在水泥稳定基层养生结束后应及时喷洒透层沥青或做下封层，有条件时应立即铺筑沥青面层。
(6) 地表温度低于2～3℃时不宜施工，严防霜冻。
夏天高温施工时，在摊铺前对下层洒水湿润，摊铺压实施工应连续紧凑。
(8)压实要及时,压实度应满足要求。
半刚性基层沥青路面开裂原因及防治措施时代发展推动了物流业发展，人们生活水平的提高，也使私家车保有量增长，人们对交通的关注度越来越高，这也就给公路建设提出了更高的质量目标。
随着我国高等级公路不断增加，各种路面问题严重影响了人们交通出行，阻碍了区域经济健康发展。
要想保证公路质量，则需要在施工流程中做好技术控制，确保公路整体通行效果。
在公路建设过程中，多数公路路面均是采用了半刚性基层沥青路面技术，这种施工技术，能够有效保障公路行车安全、全面延长公路使用寿命。
只有全面做好对半刚性基层沥青路面质量控制与管理，才能有效避免出现公路路面病害，确保通行安全。
文章主要通过对半刚性基层沥青路面施工中影响路面质量的问题进行分析，全面提出治理半刚性基层沥青路面开裂的措施与方法，以此提升公路使用效果。
标签：半刚性基层沥青路面；开裂原因；防治措施经济发展建设，推动了物流行业迅猛发展，同时私家车拥有量的成倍增加，给现在交通带来巨大压力，交通运输安全性得不到保障。
为了全面满足日益增长的交通需求，则需要不断提高公路施工质量，建成高等级标准公路，提升公路容载客量，公路施工质量对使用质量有着重要的影响，只有不断强化管理，提高路面承载能力，才能确保公路交通安全稳定，公路路面施工中主要采用强度、刚度及稳定性良好的半刚性沥青路面，这是当前使用较多的一种施工技术方法，在施工过程中，需要有效管理与控制，全面保证材料对湿度、温度抗性的需要，才能保证公路路面不出现开裂，损坏等问题，全面提升路面安全能力，实现优质交通环境。
1 半刚性基层沥青路面开裂原因分析当前，半刚性基层沥青路面施工是最为常见的一种施工技术，在公路建设中广泛得到应用，但是，这种施工技术也存在一些问题，比如说裂缝现象，就对交通安全产生影响，路面出现裂缝的成因多种多样，形态各异，不同的因素诱导下，出现的裂缝也不一致，一般来讲，公路裂缝有结构性裂缝、疲劳裂缝、收缩裂缝及反射裂缝四种情况。
半刚性基层裂缝成因分析及防治措施半刚性基层作为沥青路面结构的主要承重层，在目前高速公路及高等级路面中普遍应用。
而半刚性基层的裂缝成为沥青路面早期破坏的主要原因，因此分析半刚性基层开裂原因及寻求有效防治措施十分必要。
标签：半刚性基层收缩裂缝成因分析防治措施半刚性基层具有结构强度高、稳定性好、刚度大、荷载分布均匀、水稳性可靠及施工成本低等优点，因此，广泛用于修建高等级路面的基层。
但半刚性基层沥青路面最大的缺陷之一，是随温度和湿度的变化容易产生收缩裂缝，然后自基层向上扩展到沥青表面形成反射裂缝。
反射裂缝是由于受拉疲劳、受拉屈服与剪切屈服单独或联合作用的结果。
在荷载作用特别是重车的反复作用下，使沥青结构层产生拉应力超过材料的疲劳强度，底面先裂并逐渐向上扩展到路表面，当行车通过时，基层裂缝两端之间产生竖向位移，在面层中引起面层剪切搓动和剪切疲劳破坏而导致开裂，随着大面积的使用，人们逐渐发现半刚性基层在强度形成过程中及运营期间容易产生干缩和温缩裂缝进而使沥青面层过早开裂，并引起路面早期破坏。
1 实例分析某路面工程，水稳碎石基层设计厚度20cm，设计强度3.0MPa（7d无侧限抗压强度），水泥计量4.0%，摊铺机摊铺，重型振动压路机+大吨位胶轮压路机组合碾压。
当天施工温度为16～20℃，采用薄膜养生；一周后施工透层和改性乳化沥青稀浆封层，封层厚5mm，做渗水试验，满足规范要求；二周后温度下降10℃，低温天气持续一个星期。
裂缝调查：1道/30米（封层施工前），1道/20米（封层施工两周后），所有裂缝均为横向裂缝。
相关参数如下表：■上述实例表明：水稳碎石基层在施工后一周内已出现了收缩裂缝，主要表现形式是基层顶面出现规则的横向裂缝；封层施工后，随着气温骤降，裂缝数量增多，并继续发展，已反射到封层上。
2 半刚性基层裂缝成因机理分析半刚性基层形成裂缝的直接原因是：材料收缩产生收缩应力，当收缩应力大于材料的抗拉强度时出现裂缝。
半刚性基层裂缝成因分析与防治对策摘要：鉴于半刚性基层裂缝是造成路面早期损坏的主要原因之一，从裂缝的类型入手，着重对裂缝产生的机理和内在原因进行了分析，并针对配合比设计、水泥用量、混合料含水量等关键因素提出防治对策。
关键词：基层裂缝成因分析配合比设计施工控制引言半刚性基层沥青砼路面结构在我国各等级公路建设中得到广泛应用，但是路面裂缝确是困扰公路建设与养护的顽症之一。
路面裂缝多属于基层反射裂缝，一般缝距在20～50米不等，严重者在10米左右。
表面水通过裂缝进入路面结构内部，在行车作用下形成内部动水压力，是造成路面唧泥、坑槽、龟网裂、沉陷等早期破坏的主要原因。
因此对半刚性基层裂缝的成因进行分析研究，提出解决对策具有一定的现实意义。
1、裂缝类型半刚性基层材料的裂缝是由收缩变形引起的收缩裂缝，主要表现为因温度变化而造成的温度收缩、因含水量变化而造成的干燥收缩和因水泥水化作用引起的硬化收缩三种形式。
2 、机理分析水是影响材料温缩的最主要因素，特别是在非饱水状态时影响较大，研究表明，当温度在t＝0～-10℃时，在最佳含水量附近总出现最大的温缩系数。
干缩的基本原理是由于水的蒸发而发生的毛细管作用，吸附作用及分子间的作用和材料矿物品体或凝胶体间水的作用，碳化收缩作用等而引起的整体宏观体积变化。
集料龄期增加，强度提高，干缩降低，可见初期养生不良或含水量太大必将导致很大的干缩变形。
3、裂缝的成因分析3.1 混合料的级配设计规范规定的级配范围太宽，且多数为悬浮密实结构，细集料含量偏高。
片面追求强度指标，增加保险系数，造成水泥掺量偏多。
试件成型采用静压法，室内试验与现场施工条件不匹配。
3.2 原材料塑性指数高原材料生产加工不规范，石料含泥量太大。
特别是细集料、石粉塑性指数严重超标。
3.3 混合料含水量偏大混合料在拌和生产通过水的流速和时间计量加水数量的方法不科学，导致混合料含水量偏大，成型后因水分散失出现干缩裂缝。
3.4 养生养生工作重视程度不够，基层强度形成之前，养生洒水过多造成浸泡或表面忽干忽湿。
半刚性基层收缩裂缝成因分析及防治方新雨,曾辉(江苏恒基路桥总公司,中国常州213002)摘要：半刚性基层早期出现收缩裂缝，是目前尚未很好解决的施工技术问题。
结合沪宁高速公路扩建的施工实践，对基层收缩裂缝的成因机理作了分析，并提出了在施工技术上防治产生裂缝的有效措施。
关键词：半刚性基层;收缩裂缝;成因分析;防治措施Origin analysis and measures on semi-rigid basecrackings of shrinkingFang Xinyu,Zeng Hui(Jiangsu HangJe Road&Bridge Engineering Co.,Ltd,Changzhou213002,China)Abstract:It is a construction technical question not solved well yet that semi-rigid base appears the contraction crack at early time.Based on the construction practice on Huning expressway widen construction,it analyzed the mechanism and the cause of basic unit crackings,meanwhile proposed the effective measures on preventing it as far as construction technology.Key words: Semi-rigid base;Crackings of shrinking;Origin analysis;Preventing measure一、引言半刚性基层，是沥青路面结构的主要承重层。
因其有适宜的结构强度，良好的荷载分布能力，可靠的水稳定性以及较低廉的施工成本，是现代高速公路、高等级路面普遍采取的路面结构型式。
习惯上把由半刚性基层组成的沥青路面称之半刚性基层沥青路面（简称半刚性路面）。
沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）仍然把水泥稳定土或粒料；石灰与粉煤灰稳定土或粒料定义为半刚性材料，水泥稳定集料和石灰、粉煤灰稳定集料是目前高速公路基层采用的主要结构型式，在江苏，水泥稳定集料近年已取代后者成为高速公路路面基层主要结构材料。
半刚性材料固有的温缩与干缩特性，易使半刚性基层产生收缩裂缝，并导致沥青路面在温度应力作用下产生反射裂缝或对应裂缝。
沥青路面过早出现收缩裂缝，不仅成为一种外观质量上的缺陷，更重要的是极易引起沥青路面结构性破坏。
如果对裂缝不及时处理或养护不当，遭受水侵害加上汽车动荷载的反复作用，将直接影响路面的使用功能和使用寿命。
这一技术顽症已成为公路建设者共同关心的问题，普遍研究的结论是：(1)半刚性基层容易产生收缩裂缝，其主要表现形式是在基层顶面出现有规则的横向裂缝，起因是基层内产生温缩、干缩或两者共同作用产生拉应力大于其结构强度时引发表面开裂。
(2)半刚性基层过早出现收缩裂缝，容易引起沥青路面出现反射裂缝或对应裂缝。
尤其在已经开裂的基层上铺筑较薄的沥青面层，路面裂缝更明显，加铺的沥青面层愈薄，反射裂缝形成愈早愈多。
(3)沥青面层摊铺时，基层尚未出现有规则的横向裂缝，可以延缓和减少反射裂缝的产生，但在极端气候条件下，仍有可能出现路面的横向裂缝，但主要以对应裂缝为主。
(4)设计采取加厚沥青面层或设置隔离层，在一定程度上可能推迟或减轻裂缝的产生，却不能彻底解决此问题，同时还可能带来另外一些问题，如使工程造价大幅增加，也使沥青面层自身收缩裂缝以及车辙产生的可能性增加。
(5)加铺后的沥青面层下优质的半刚性基层，可以保持不先裂，只有当沥青面层开始产生收缩裂缝，才会影响或可能使基层产生自上而下的裂缝。
归纳一点，半刚性基层产生横向收缩裂缝，对铺筑后的沥青面层是十分不利的，因此，防治基层产生横向收缩裂缝，对提高沥青路面品质是十分重要的。
为此，研究分析半刚性基层收缩裂缝的成因机理和防治措施有其积极意义。
二、施工背景及效果2.1路面结构层的连续化施工沪宁高速公路扩建采取“两侧拓宽、局部分离”总体设计原则，采取半封闭式的“边通车、边施工”的施工组织方法。
即根据交通组织方案，分幅分段实施，要求工序连续，路面施工从老路铣刨、路床加固、底基层、基层拼接、沥青路面摊铺“一气呵成”，完工后经交验便开放交通。
依此流程进入下一个施工段，因此，路面的各结构层都要在较短时间内被上层封盖。
2.2施工技术标准(1)底基层（水泥稳定再生料）设计厚20 cm，即利用老路面铣刨料，把铣刨的二灰碎石、沥青碎石按比例组合后掺2%水泥的混合料，设计强度要求/1.0 Mpa（7d无侧限抗压强度）。
(2)基层（水泥稳定碎石）设计厚36 cm，分上下二层各18 cm施工。
设计强度/3.0 Mpa（7d 无侧限抗压强度），设计混合料的基本特性是低强度、低水泥剂量。
(3)基层顶面采用稀浆封层，厚度3~5 mm，其防渗及上下联结良好。
(4)沥青面层设计总厚20 cm，其中SUP25厚8 cm；SUP20厚8 cm；SMA厚4 cm；采取了较厚的沥青面层和高性能沥青混凝土。
2.3基层实体质量描述施工过程中未曾发现有规则的横向收缩裂缝，包括两个越冬路段，2005年春季复工前进行检查，也未发现明显裂缝。
基层的钻件完整，强度较好，一般在5~7天左右即能取出芯样。
室内试样无侧限抗压强度单个样本强度在3.5 Mpa以上，代表值满足设计要求。
对已铺好的沥青面层，钻取基层芯样检验，未发现可能因沥青面层的连续施工引起基层裂缝的异常情况，且试样抗压强度已增至7~8 Mpa。
数据详见下表1。
表1 沪宁扩建段DK150+610-DK151+380南幅水稳芯样一览表三、基层裂缝成因机理分析半刚性基层收缩裂缝发育程度，一是基于半刚性材料的温缩与干缩固有特性；二是基于施工方案与工艺水准；三是基于施工外部环境（低温、温差、暴晒、蒸发）等自然营力作用。
3.1 水泥稳定粒料土干缩特性及影响因素水泥和各种粒料土加水拌和与压实后，由于水分蒸发和混合料内部发生水化作用，其含水量会不断减少，在不断失水的过程中，半刚性基层内部产生干缩应力，产生体积收缩应变，由于道路横向约束较小，体积收缩应变主要以产生横向收缩裂缝为主。
干缩特性一般以干缩系数的大小来描述。
经研究与试验分析，影响水泥稳定粒料土的干缩性主要受粒料中土的含量和塑性指数、水泥剂量、制件含水量和失水率等因素有关，国内外对比试验表明：(1)水泥剂量不变时，水泥粒料土的干缩应变小于水泥土的干缩应变，水泥粒料土的干缩应变随土含量增大而增大。
(2)粒料土的塑性指数对水泥混合料的干缩应变的影响是正比关系，即塑性愈大，干缩应变也愈大。
(3)制件含水量对水泥稳定粒料土的干缩应变明显，含水量增加，干缩应变也增加。
(4)失水率愈快，基层内部产生的收缩应力愈早，失水量愈大，混合料的收缩系数愈大。
试验结果证明生产实践中发生的现象，水泥稳定粒料基层失水量小于2.0%~2.3%时，混合料的收缩系数相当小，基层养生结束后，短时间暴露不致产生干缩裂缝，但较长时间暴露（随气候条件而定，可能在5天以上就会产生横向干缩裂缝）。
(5)干缩应变随集料级配和水泥剂量有很大变化，一般说集料平均粒径增大，水泥剂量的影响而减少，对于集料平均粒径在5.7 mm以上时，水泥剂量的影响很小，对于集料平均粒径在1.2~3.3 mm的集料，水灰比对干缩应变的影响特别明显。
(6)骨架密实结构水稳碎石在龄期相同时的干缩系数明显小于悬浮结构。
3.2 水泥稳定粒料土温度收缩特性及影响因素组成水泥稳定粒料土的矿物颗粒（集料）、水和空隙中的气体在降温过程中相互作用的结果，使压实后的混合料产生体积收缩，即温度收缩。
就组成固相的矿物颗粒而言，原材料中砂粒以上的颗粒温度收缩系数较小，粉粒以下的颗粒温缩性较大，粘土及其它胶体颗粒温缩性大小与其扩散层厚度成正比。
存在于半刚性材料内部的较大空隙、毛细孔和胶结孔中的水通过“扩张”作用、“表面张力”作用和“冰冻”作用，三个作用过程对半刚性材料的温缩性质产生极大影响，在干燥状态下有较小的温缩值，而在一般含水量下有较大的温缩值，因此，影响半刚性材料的温缩性质的主要因素是：含水量、集料和土的含量、土的矿物成分、环境温度和龄期等。
室内外的试验研究证明：(1)环境温度对水泥稳定碎石基层的温缩性很敏感。
(2)水泥稳定粒料土的温缩系数明显小于稳定细粒土的温缩系数。
(3)混合料中土的含量增加，温缩系数随之增大。
(4)悬浮式结构的温缩性明显大于密实式结构。
(5)水泥剂量对温缩性的变化影响不大，含水量对温缩性变化有一定影响。
笔者分别对已建成的两条高速公路(高速1代表宁杭高速溧水22标段,高速2代表沪宁高速LM7标段)的水泥稳定碎石基层原材料(特别是细集料)与配合比做了对比。
表2 两条高速公路采用的水稳细集料表3 两条高速公路水稳碎石各项指标比较通过上述对水泥稳定碎石基层原材料的分析，在环境因素相同的条件下，可以得到共同或相似的结论是：(1)水泥稳定集料的收缩特性优于其他半刚性材料。
(2)材料组成设计是关键，要选择合适的原材料，严格控制混合料中土的含量，含土量大，塑性指数高，其材料抗收缩特性差，骨架嵌挤密实结构能提高结构强度，也能提高抗收缩能力。
(3)控制好混合料的最佳含水量，不仅能得到良好的压实度，获取最大的压实干密度。
还能有效降低混合料的收缩性。
(4)控制好水泥剂量，在满足设计强度要求尽可能采用较低的水泥剂量，也能减少混合料的收缩性。
四、施工中防治半刚性基层产生收缩裂缝的措施实践证明：施工质量的好坏，直接影响基层的形成质量。
避免和减少基层过早地产生横向收缩裂缝，防治措施主要有以下几方面：(1)选择好原材料，使其符合施工技术规范中各项质量指标。
路面基层宜采用缓凝型强度等级较低的水泥；水泥各龄期强度、安定性等应达到相应指标要求；要求水泥初凝时间3小时以上，终凝时间不小于6个小时。
集料碎石压碎值一般要求不大于28%;粗集料针片状含量宜不大于15%，集粒中小于0.6 mm的颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限小于28%，塑性指数小于9。
(2)认真做好混合料的组成设计和生产配合比验证，按重型标准击实试验求得可靠的标准密度。
生产过程中按规定检查频率检验混合料各项质量指标，在满足设计强度要求尽可能降低水泥用量，以最佳含水量掌握好施工用水量，施工含水量一般不宜超过最佳含水量的1%。
本工程采用的水稳配比：水泥剂量4.0~4.3%；最佳含水量4.9%；最大干密度2.313 g/cm ；7d无侧限抗压强度代表值不小于3.5 Mpa。
