骨架密实型的水稳基层抗裂结构研究要点

骨架密实型的水稳基层抗裂结构研究摘要：骨架密实级配水泥稳定砾石与常规级配相比，具有较高的密度，较小的含水量，嵌挤形成的强度大，并具有较好抗裂性能和力学性能，能预防沥青面层的缩裂，提高了路面的承载力和耐久性。

因此骨架密实型水泥稳定砾石具有较好的发展前景。

关键词：骨架密实型；抗裂性；承载力；耐久性Skeleton density of crack research Abstract: the skeleton close-grained gradation of the cement stable macadam compared with conventional gradation, has the high density, and smaller water content, form the intensity embedded crowded,And has a good crack resistance and mechanical performance, can prevent shrinkage of asphalt layer, improve the bearing capacity and durability. So skeleton type close-grainedOf the cement stable macadam have good growth prospects.Keywords: Skeleton close-grained type; Resistance; Bearing capacity; Durability1 绪论1.1 研究背景及意义随着水泥稳定砾石基层在工程中的广泛使用，发现在早期出现了比柔性基层沥青路面多而频繁的裂缝。

裂缝的存在会使水危及整个路基路面结构，还易引起沥青面层较快出现网裂、坑槽等病害。

而且随着雨水的浸入，使基层变软，在大量行车荷载反复作用下，结果导致路面强度大大降低，产生冲刷和唧泥现象，使裂缝加宽，裂缝两侧的沥青路面破碎，加速沥青路面的破坏，从而对以水泥稳定砾石材料基层的公路建设造成了潜在地危险。

在某种程度上也限制了水泥稳定类半刚性基层材料的广泛应用。

因此，对以水泥稳定砾石基层的公路建设造成了潜在危险，也限制了水泥稳定类砾石基层的应用。

水泥稳定砾石在温、湿变化作用下产生较大的收缩变形是导致基层裂缝及反射裂缝的主要原因。

在不同地区裂缝严重程度不同，南方地区因温差小、无严寒，裂缝更轻微；而北方地区因温差大、冬季时间长且寒冷，裂缝更严重，如新疆。

图1-1（网状裂缝）图1-2（反射裂缝）图1-1 网状裂缝图1-2 反射裂缝因此，为了改善水泥稳定砾石基层抗裂性能，本文提出了密实骨架结构水泥稳定砾石基层，及其配合比设计方法，并对此进行了大量室内外试验。

研究表明，骨架密实结构水泥稳定砾石基层具有重要的工程路用价值。

[6]1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状水泥稳定砾石基层的裂缝主要源于温度收缩、干燥收缩和疲劳荷载作用。

公路设计者早已经认识到提高其抗裂性的重要性，因为基层的开裂很有可能引起沥青面层的反射裂缝。

但是多年的实践证明，即使是用干缩性小的水泥稳定粒料铺筑的基层，如果设计时考虑不周全，施工时处理不当，或施工完成后没有进行及时的养生，也会产生横向干缩裂缝。

在沥青路面的使用过程中，裂缝会逐渐向上扩展并通过沥青面层出现在表面，行程反射裂缝。

另外，水泥稳定类砂砾基层内部温度变化产生的温度应力与行车荷载应力相结合，也会促使基层开裂。

这种开裂也极有可能引起反射裂缝。

因此，在研究道路裂缝时，必须充分考虑影响基层使用品质得内在与外在因素，即材料的配合比组成和所处的温度、湿度等，科学的进行抗裂设计研究，进而在施工质量得到充分保证的前提下，可以在一定程度上消除或减少反射裂缝。

在国外，应用半刚性基层最为广泛的地区是南非和法国。

美国和澳大利亚研究者认为水泥稳定土干燥与结合料的类型和剂量、被稳定土的类别、粒料的含量等因素有关。

为减少水泥稳定砾石基层的收缩裂缝，澳大利亚的水泥用量为3%以内，日本水泥稳定砾石基层混合料水泥用量一般仅为2%左右；德国冬季寒冷，水泥用量也较低，一般控制在2%+3%左右，南非是应用水泥稳定砾石基层较多的国家，其水泥用量也在较低的水平。

1.2.2 国内研究现状基层要有足够的强度、刚度、平整度，还应有足够的水稳性、冰冻稳定性和抗冲刷能力，同时，要求其收缩性小，并与面层结合良好。

水泥稳定砾石作为半刚性材料，以其整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好等特点在我国公路路面基层施工中被广泛应用。

2006年在S206滁全路一期改造工程6．3km中4．3km采用人工铺筑4～6cm 砾石再用拌和的水稳细集料路拌成型的骨架密实型水泥稳定砾石基层和2km机拌机铺骨架密实型水泥稳定砾石至今没有明显的缩裂和网裂，今年$206滁全路二期快车道改造工程9．7 km中采用机拌机铺骨架密实型。

2009年由晋中公路分局承建的介霍一级公路、307寿阳过境线改建工程、307路面大修改造工程项目的路面水稳砾石基层，均采用了骨架密实级配结构，晋中公路分局试验室专门购置了进行骨架密实级配设计的振动成型机，室内采用了振动成型法，在实际施工中通过使用大吨位的压路机强振，使室内试验与实际施工较为接近，对骨架密实型这种级配结构进行了尝试与探讨。

[1]沪宁高速公路扩建工程上海段，全线长1.37km，扩建为双向8车道。

它是在扩建工程江苏段已经完成，通过近两年的行车考验证明质量优良，在取得较好的经济效益的同时也得到较好的社会评价的背景下开工建设的。

上海公路局领导非常重视上海段扩建工程的质量问题提出了“高起点、高要求、超江苏、超沪宁”的口号。

大胆提出了利用A11 公路建设平台来研究、实施抗裂型水稳缩、干缩裂缝，则是本次研究和施工控制的重点。

连霍国道主干线星星峡至哈密段公路建工程为国道主干线的重要组成部分，交通量较大，路线所经区域为典型大陆性干旱性气候，夏季炎热，冬季寒冷，气温日差较大，干燥少雨雪，春夏季风。

本工程按高速公路标准建设，路面基层为 30cm 水泥稳定砂砾基层，采用骨架密实型结构。

2007年是常-吉高速公路路面基层建设的高峰期,开工前,路面深化设计专家组要求施工单位按骨架密实结构施工,并进行技术指导。

常吉高速公路路面P7合同段,由湖南路桥建设集团机械工程公司施工,重庆正大工程监理咨询公司监理,是新规范施行后,我省高速公路采用骨架密实型水泥稳定砾石基层的第一段,2007年6月29日实验路开工,10月底基本完成上、下基层。

施工过程中,施工单位与监理同理合作,确保施工质量。

在2006年5月施工的S206线滁全一级公路中,骨架密实型的水稳结构得到了推广与应用。

1.3 研究的必要性水泥稳定粒料作为半刚性沥青混凝土路面的基层在我国已经得到越来越广泛的应用, 并且积累了非常宝贵的经验。

水泥稳定类粒料具有整体性强、承载能力高、刚度大、水稳性好等优点,而且可供稳定的材料种类多、选择面广、能就地取材（新疆）, 对保证工程质量, 降低工程造价具有积极的意义。

在目前中国公路, 特别是西部地区的公路中得到了广泛使用。

但半刚性基层也存在内部排水差、重载对半刚性路面破坏大、破坏后修复困难的缺点。

在实际施工及使用过程中, 水稳砾石基层往往会出现由于温缩和干缩变形而产生的裂缝,以及吸水后出现的唧浆现象，严重降低了路用性能。

国内有关防止水泥稳定砾石基层抗裂的研究主要集中在干缩和温缩性方面，研究方法主要有利用不同的温度、含水量、结合料、粒料含量和不同水泥剂量等，低剂量水泥稳定砾石方面研究不足，多数研究是局部的、个案的，有关低剂量水泥的研究文献较少，特别是骨架密实方面的研究缺乏，而针对低剂量水泥稳定砾石的研究在半刚性路面基层抗裂方面有重要的意义，需要深入的探索。

1.4 裂缝产生原因分析1.4.1 干缩裂缝水泥稳定砾石在干燥空气中硬化时, 随着水分的减少, 体积将收缩变形,每隔一段距离产生均匀的干缩裂缝。

水泥稳定砾石产生干缩裂缝的原因与其水泥、水和砾石因为水泥剂量太低, 强度难以满足要求; 而剂量过高时, 混合集料都有很大的关系。

一方面混合料在凝结硬化过程中, 水泥与水起水化反应, 消耗大量的水分。

水泥含量越高, 则消耗的水分越多。

另一方面, 砾石集料表面也要吸附水, 集料稳定砾石基层的强度、平整度和裂缝的产生。

水泥稳定砾石中的细料成分越多, 表面吸附的水分就越多。

再者, 基层施工过程中, 含水量越大, 蒸发散失的水分就越多。

因此就越易产生干缩裂缝。

1.4.2 温缩裂缝水泥稳定砾石由于混合料中有 5% 左右的水泥, 所以具有热胀冷缩的性质, 在混合料硬化初期, 水泥水化放出较多的热量, 但散热较慢, 因此其内部温度较高, 使内部体积膨胀。

而外部如遇气温急剧降低则冷却收缩, 内胀外缩相互制约, 产生较大的应力。

一旦应力超过其极限抗弯拉强度, 将产生温缩裂缝。

温缩裂缝多数是横向分布。

1.2.3 网状裂缝网状裂缝也叫龟裂 , 它是由于局部弯沉太大, 在外力作用下产生结构性破坏的裂缝, 它是一种破坏性较大的裂缝, 如遇下雨, 则渗水, 在外力作用下引起翻浆。

初期时仅为网状细裂纹, 随着时间的推移, 裂纹处基层内部的水分继续蒸发, 裂纹逐渐发展成为发散形裂缝。

在外力作用下, 基层呈塌陷状。

1.4.4 纵缝纵缝如果水泥稳定砾石基层在施工早期产生纵缝, 一定是施工控制方面引起的。

其原因应归结为局部土基压实度或基层压实度没有达到规范要求。

但城市道路基层 7 d养护期满后, 如果管理维护不到位, 也会产生纵缝。

由于基层较厚, 采用分层碾压作业。

第一层摊铺碾压成型时, 其厚度较薄, 一般在 15 cm 左右, 尽管养护期满, 但其承载能力较低。

1.4.5 路基不均匀沉降产生裂缝路基不均匀沉降产生裂缝如果水泥稳定砾石基层产生纵向裂缝, 多是由于局部土基及底基层压实度达不到规范要求引起, 在重车的作用下产生的反射裂缝, 有时呈弧状分布,且表面形成一定的高度差。

3 现有水稳结构类型分析在评价材料的抗裂性能好与坏时，应全面考虑材料的力学性能(尤其是极限抗拉强度或极限抗拉应变)、温缩或干缩应变，而不能仅考虑温缩或干缩系数大小。

而评价干缩性能好坏时还需考虑其失水量，因为两种不同材料平均干缩系数可能相差不大，而由于各自含水量不同和可能产生的干缩应变也就不相同。

水泥稳定砾石基层材料在温度作用或失水作用下的开裂模式可以直观地理解为在温度作用或失水作用下产生的收缩应变超过了材料自身所能承受的最大拉应变，因此采用材料的温度收缩系数或干燥收缩系数与材料极限抗拉应变的比值来表征其抗裂性能，亦即用温缩抗裂系数[]αε1max =T 、干缩抗裂系数 []αεdW max=来表征材料所能承受最大温差或湿差变化范围，[]T 或[]W 值反映了材料的抗温度(或抗湿度)收缩相对能力，其值越大，表明材料抗温度(抗干燥)收缩性能越好，反之亦然。