水泥穩定碎石基層反射裂縫防治措施

李洪軍

（湖北交通職業技術學院道橋系，湖北 武漢 430079）

0 引言

我國很多高速公路采用水泥穩定碎石半剛性基層的瀝青路面結構，半剛性基層開裂及其反射裂縫是這一路面結構主要破壞形式之一[1]。反射裂縫本身對罩面層使用性能的影響不大，但環境因素（雨水、氧化等）的負效應，常常使得裂縫迅速向四周擴展，致使基層乃至路基失穩，甚至使路基軟化下陷承載能力降低，從而縮短罩面層壽命。所以，從某種意義上講，反射裂縫比其他類型裂縫具有更大的破壞性，加速了面層的早期破壞，影響了路面的使用質量，縮短了道路的使用年限。

1 反射裂縫的產生

水泥、石灰、粉煤灰穩定類的半剛性基層不可避免的產生收縮（溫縮和干縮），并使半剛性基層出現開裂，在溫度變化與車輛荷載綜合作用下，裂縫逐漸向上層延伸，甚至貫通整個瀝青面層[2]。這種由于基層裂縫引起瀝青面層開裂而形成的裂縫稱為反射裂縫（如圖1所示）。

圖1 裂縫產生和發展示意圖

根據斷裂力學理論，裂縫縱向擴展的運動方式有三種：張開模式（Ⅰ型），剪切模式（Ⅱ型）和撕開模式（Ⅲ型）（見圖2）。溫度應力對應著張開模式（Ⅰ型），行車荷載對應著張開模式（Ⅰ型）和剪切模式（Ⅱ型）[3]。荷載位于裂縫正上方時，以張開模式引起反射裂縫，在裂縫兩側，則以剪切模式引起反射裂縫；撕開模式中基層作平行運動，此類情況很少見，只在側向不穩定時才會發生。

圖2 裂縫模式圖

2 反射裂縫的防治措施

本項目路面結構設計根據交通量及其組成和使用要求，結合山區自然條件，遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養護、節約投資的原則，采用的路面結構為上面層5cmSMA-16（SBS改性瀝青+聚酯纖維），中面層6cmAC-20C（SBS改性瀝青），下面層7cmAC-25C（AH-70瀝青），基層結構為2cm×18cm水泥穩定級配碎石。水泥穩定級配碎石設計抗壓強度3～4MPa，壓實度＞98%。

半剛性基層具有較高的強度和抗沖刷能力等的特性，但不可避免地會產生裂縫，對路面的外觀和耐久性產生較大的影響，路面的使用性能也大大的降低。為了防止和延緩反射裂縫的產生，采取了以下措施。

2.1 混合料組成設計

2.1.1 在規定的級配范圍內，盡可能地采用粗級配，限制細集料和粉料比例。集料級配中0.075mm以下顆粒含量不宜大于5%。水泥穩定碎石基層級配如表1、圖3所示。

表1 水泥穩定碎石基層級配

圖3 水泥穩定碎石基層的級配

2.1.2 在滿足設計強度的基礎上限制水泥用量。水泥用量不準超過6%。

2.1.3 根據施工時氣候條件限制含水量。含水量不宜超過最佳含水量的1%。

2.2 材料要求

2.2.1 水泥

采用P32.5級、配合比設計時應用的水泥。水泥初凝時間3h以上、終凝時間在6h以上。快硬、早強水泥以及受潮結塊變質的水泥不得使用。

2.2.2 集料

粗集料碎石密度為2.752g/cm3，針片狀含量為8.3%，壓碎值為18.5%；細集料液塑限1.9，含泥量為4.3%。

2.2.3 生產配合比

1#料∶2#料∶3#料=35%∶35%∶30%，室內最佳含水量為5.5%，實際加水量計算為：實際加水量=最佳含水量+施工損失含水量-各種原材料的含水量之和。施工時水泥劑量采用4%（外摻）。

2.3 基層雙層連續施工工藝

雙層連續施工指先攤鋪下基層并碾壓，檢測合格后，在水泥穩定顆粒料終凝前攤鋪上基層并碾壓完畢，然后及時養生。連續施工工藝不僅減少了一次養生工序，而且上基層與下基層連續施工后層間粘結緊密，整體板塊受力結構好，裂縫明顯減少。

2.4 玻璃纖維格柵防止反射裂縫

玻璃纖維格柵是一種土工格柵產品，它的表面經有機涂層處理以后，與瀝青混合料的瀝青具有很好的相容性，而且瀝青混凝土混合料穿過玻璃纖維土工格柵結構，可形成復合嵌鎖結構[4]。這種格柵對混合料顆粒的限制能夠阻止瀝青混合料的運動，使瀝青混凝土混合料可以得到更好的壓實，獲取更大的承載力，達到提高傳遞荷載能力、減少變形、增強瀝青混凝土路面的目的。

2.4.1 玻璃纖維格柵防止反射裂縫的作用機理

使用玻璃纖維格柵，可增強瀝青混合料的整體抗拉強度，有效地改善路面結構應力分布，有效的延緩和抵抗由于路面的基層裂縫引起的瀝青混凝土路面反射裂縫的發生，從而提高路面的使用壽命。它的增強作用主要表現在：

a）阻滯早期裂縫的產生 網格性的肋條可為初始荷載提供一個系統時支承點和錨固點，起到應力傳輸作用，從而增加瀝青底層的抗拉強度，吸收層間的大部分水平拉力，對裂縫的產生和發展起到阻滯作用；

b）分散裂縫，使裂縫轉向水平 格柵將瀝青層內溫度和荷載反復作用產生的應力擴散到一個較大范圍內，從而招集中的寬裂縫分散成若干細小的裂縫，延遲了裂縫的擴散和貫通，而且格柵為改變裂縫方向提供了足夠的剛度，裂縫擴展到夾層底，然后轉向水平，阻止其垂直向上擴展，提高了路面的抗裂能力和耐疲勞能力；

c）提高了韌性 這種格柵能起到比鋼筋更致密的連續作用，一直到纖維斷裂或被拉出才最終失去承載能力，表現出較高的韌性。

2.4.2 玻璃纖維格柵的應用

公路所處地區溫度變化大，半剛性基層易產生裂縫，基層產生的裂縫會沿豎向擴展到路表，從而形成反射裂縫。基層頂面每隔15m一條預鋸縫，同時在瀝青面層與基層間鋪設玻璃纖維格柵（鋸縫處），以抵抗和延緩由于基層裂縫引起瀝青混凝土路面反射裂縫的發生，從而提高路面的使用壽命。

玻璃纖維土工格柵抗拉強度高、耐熱性好、耐寒性好、化學穩定性好、膨脹系數低、尺寸穩定性好。技術參數見表2。

表2 玻璃纖維隔柵技術要求

基層頂面鋸縫+玻纖格柵的鋪設如圖4。

圖4 玻纖格柵的應用

具體施工步驟為：

第一步：施工養生期結束后，在其表面預鋸縫，間隔15m距離進行切縫，鋸縫深度以板厚的1/3為宜，約為6～7cm，鋸縫寬度以一個鋸片厚度為宜，約5mm。

第二步：鋸完之后用高壓風機清縫，并用改性瀝青對所切的縫進行灌縫處理。

第三步：在切縫處平鋪玻璃纖維格柵，縫在所鋪玻璃纖維格柵的中線處，平鋪寬度有2m。

施工中要注意以下事項：

a）施工前舊路面應清掃干凈，對局部的坑洞和路面嚴重不平的段落進行整平；

b）攤鋪玻璃纖維格柵時，應先噴灑粘層油，再鋪開玻纖格柵，并先將玻纖格柵一端固定，然后用機械或人工拉緊，固定另一端，固定器包括固定釘和固定鐵皮，固定釘可用水泥釘、射釘或膨脹螺釘，釘長8～10cm，固定鐵皮可用厚1mm、寬3cm的長鐵皮等；

c）如上基層除了預鋸縫后還出現不規則的橫向裂縫，對于間距＜5m的段落返工，對于間距＞5m的段落，擴縫、清理、灌縫，做上標記，下面層施工前騎縫鋪2m寬玻璃纖維格柵。

2.4.3 裂縫調查

本路段2009年1月通車，2010年7月調查路基段落路面裂縫情況如表3所示。

表3 裂縫調查表

由調查數據可以看出，裂縫每百米條數最大為1.09條/百m，最大縫寬2.5mm。結果說明基層設計使用骨架級配水泥穩定碎石基層，采用雙層連續攤鋪，并在基層頂面預鋸縫+鋪玻璃纖維格柵對基層延緩反射裂縫的發生是有效的。

3 結論

通過實際使用的情況來看，可得出如下結論：

a）基層采用骨架級配整體性較好，在保證基層強度的基礎上，減少了水穩碎石的收縮變形，減少了基層的開裂，防裂效果顯著；

b）基層施工采用雙層連續施工，減少了一次養生工序，使得基層整體性更好，減少開裂；

c）切縫后鋪設玻璃纖維格柵，由于玻璃纖維格柵良好的抗拉性能，對基層裂縫的反射起到了很好的防止效果。

[1]沈金安.國外瀝青路面設計方法總匯及預防[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]周富杰，孫立軍.防止反射裂縫的措施及其分析[J].華東公路，1996，（10）：25-31.

[3]周富杰，胡凡.反射裂縫產生和發展的機理[J].國外公路，1997，（4）：12-17.

[4]周志剛，張起森，鄭健龍.交通荷載作用下土工格柵防止瀝青路面開裂的橋聯效應[J].中國公路學報，1999，（3）：27-35.