淺談水泥穩定基層裂縫產生原因及控制措施

吳文利

摘要：水泥穩定基層在高等級公路中應用極為廣泛，但是，早期裂縫的出現，以及由此引起的瀝青層反射裂縫的出現，嚴重影響道路的平整度和行駛的舒適性，加大了養護資金投入，對道路耐久性構成了威脅。因此，如何防治水泥穩定基層裂縫的產生是施工過程中需要解決的一個問題。

關鍵詞：水泥穩定；基層；裂縫；原因；控制措施

引言

隨著我國公路建設的不斷增多，高等級公路建設也得以迅猛發展，特別是高等級瀝青路面有較多優點，車輛行駛噪聲低，振動小，感覺舒適。其優點是強度高、水穩定性好、易操作、抗疲勞能力強、遠期成本低等。這種路面結構卻普遍存在著裂縫較多的缺點，早期裂縫存在不僅影響水泥穩定基層的整體性，并且必然降低結構層的強度和剛度，鋪筑瀝青路面后將使瀝青面層出現反射裂縫，造成不同程度的路面病害，降低了道路的使用質量和耐久性。

1.水泥穩定基層裂縫對道路的危害

水泥穩定碎石基層具有強度高、造價低、整體性及水穩定性好等優點，在我國公路建設中得到了廣泛的運用：但它在運營期間易產生干縮和低溫收縮裂縫，在交通荷載的重復作用下，水泥穩定碎石基層的這種收縮裂縫很容易擴展到瀝青面層而形成反射裂縫。反射裂縫一旦產生，不僅影響路面的美觀和行車舒適性，更重要的是大大的縮短了路面的使用壽命。

由于水泥穩定碎石基層材料屬于水硬性材料，當水泥穩定碎石基層建成以后，其內部的物理化學反應要持續一個相當長的時間，強度和剛度隨著齡期的增長而不斷加強。水泥穩定碎石材料的溫度和溫縮裂縫，而其下臥層與該層之間的磨阻力作用抑制了其收縮，從而在水泥穩定碎石基層內部產生拉應力，當此應力超過其抗拉強度時則發生斷裂。這種裂縫多發生運營期初冬季節和施工期的夏季基層鋪筑后尚未覆蓋瀝青面層之前。

當水泥穩定碎石基層開裂以后，在瀝青面層與半剛性基層層間的裂縫處形成一個薄弱點，在使用過程中，由于荷載應力與溫度應力的共同作用下，在該點的瀝青面層底面產生應力集中，如瀝青面層較薄則會引起開裂。隨之，在行車和大氣因素的反復作用下，裂縫逐漸向上擴展，直至瀝青表面。這種裂縫通常稱為反射裂縫。反射裂縫一般為橫向裂縫，其間距大小取決于當地氣候條件、瀝青面層的厚度，以及瀝青面層材料的抗裂性能。當日溫差變化較大，瀝青面層較薄、半剛性基層和瀝青面層材料的抗裂性能較差時，則裂縫間距較小；反之，則較大。

反射裂縫不僅使路面使用性能老化，影響行車舒適性，而且導致路表水下浸，影響到整個路基的強度與穩定陛。更為重要的是，在行車荷載反復作用和周期性變化環境溫度的影響下，常常使得裂縫迅速向四周擴展，大大縮短面層的使用壽命。

2.水泥穩定基層裂縫原因分析

2.1路基不均勻沉降產生裂縫

正常情況下路基施工完成后應對其進行沉降觀測，沉降速率小于規定的要求時方可進行路面施工，由于工期緊、任務重，路基工程一結束馬上進行路面工程的大規模施工，這就導致路面施工過程中由于路基的不均勻沉降引起基層裂縫的產生，特別是高填方、填挖交界和橋頭臺背回填等位置，都表現為在相同或不同，施工時間內出現左右幅對稱性橫向裂縫或縱向不規則裂縫，且整個結構全部斷裂。

2.2干縮裂縫

水泥穩定碎石混合料在施工中隨著水分的減少及混合料硬化時體積的收縮變形，產生均勻縱橫向的干縮裂縫，它產生的原因主要和水泥、水與礦石集料之間所占的比重有關。水泥越多，水泥與水起水化反應的作用越強，消耗水分越大，干縮也越大。集料中的細料成分越多，則所需水分越多，干縮也越大；水泥穩定碎石基層施工時氣溫太高引起表面水分散發太大，也會引起干縮裂縫。基層施工時由于拌和機出現故障，所拌的混合料時濕時干，水泥時多時少，引起干縮裂縫較為明顯，但干縮裂縫多是局部裂縫。

2.3溫縮性開裂

溫度收縮裂縫發生的較多，比較有規律，絕大部分為橫向裂縫。且為上下貫通，裂縫冬季較大，夏季微小，裂縫間有一定的間隔，盡管間距不等，但還是比較有規律。主要原因是由氣溫驟升驟降形成溫差太大。當氣溫驟然升降時，水泥穩定基層的表面溫度和水泥穩定基層內部溫度不一致時，產生的收縮量也不一致，當他們之間的收縮應力大于水泥穩定基層的抗拉強度時，自然而然產生了開裂現象。

2.4水泥泥劑量過大或不穩定

《公路路面基層施工技術規范》中明確指出，水泥劑量在5%-6%時，其收縮量最小。但在半剛性基層施工中，施工單位為了追求取芯效果，水泥劑量一般采用上限，加之水泥穩定基層類拌和設備在拌和過程中存在不穩定現象，水泥拌和不均勻，導致基層強度比規范要求高出大約30%，收縮系數增大，溫縮裂縫和干縮裂縫增多，在施工過程中要嚴格控制水泥劑量上限，保證強度符合規范要求即可。

2.5含水量過大

由于拌和時用水量不準，造成水灰比時大時小，混合料性能不穩定，致使基層的強度存在差異，增大了裂縫產生的機率。

2.6養生工作不到位

養生的目的是為了防止水份快速地蒸發，確保基層的抗壓強度及抗折強度，但受炎熱、干燥或大風天氣的影響，使水份蒸發得特別快，水車養生難以保證養生質量，從而造成基層混合料干縮變形，產生裂縫。養生不到位，施工中溫度高，灑水不及時，水泥穩定級配碎石基層頂面與底部溫差大，溫縮裂縫和干縮裂縫密集。

2.7網狀裂縫

水泥穩定碎石產生網狀裂縫的部位多在排水檢查井、電信井、自來水井等結構物的周圍。初期時僅為網狀細裂紋，隨著時間的推移，裂紋處基層內部的水分繼續蒸發，裂紋逐漸發展成為發散形裂縫。在外力作用下，基層呈塌陷狀。究其原因，一是檢查井周圍壓實度未得到真正的保證，存在著不均勻沉降的隱患。二是檢查井是大型壓路機工作面的死角，尤其是集料粒徑偏粗時，基層本身的壓實度也難以保證，故強度難以達到設計要求。而檢查井周圍是溫度應力、彎拉應力的集中區，在外力的綜合作用下，基層就被破壞，產生裂紋進而發展成裂縫。

2.8材料級配

混合料級配控制偏細，以至于不能形成有效的骨架密實結構以阻止裂縫的產生。

3.水泥穩定基層裂縫的防治措施

3.1嚴格控制級配和壓實度

作為水泥穩定基層用的碎石要求不是很高，規范中只有4個指標：相對密度、壓碎值、有機質含量、硫酸鹽含量。因此很多巖礦都可作為基層碎石的料礦。高速公路基層石用量是很大的，而一般外購的一個石料場的產量卻很小，就必須同時使用幾個料場進料，并且由于儲料場地不足而又混堆儲料，這就產生兩個很嚴重的問題：一是由于不同礦源篩網不同造成同一檔料內各粒料數量不同，幾檔材料混合后，生產配合比經常變化，極易超出上限或下限。二是各料場碎石的密度不同，在確定最大干密度時帶來很大的困難，無法在幾種混合料中得到一個最具代表性的最大干密度，最終導致現場無法進行正常壓實度檢測和控制，壓實度經常超過100%或小于極限值。

如果只使用一個巖礦做粗集料的料場，既能保證生產配合比與理論配合比吻合較好，也能保證最大干密度不至于經常變化，有利于壓實度的現場控制。事實證明，水泥穩定碎石基層級配和壓實度的好壞，不但影響水泥穩定基層的干縮性，而且還影響到水泥穩定基層的耐凍性。所以，控制好級配和壓實度可預防裂縫的產生。

3.2嚴格控制水泥用量

在施工過程中，要嚴格控制好水泥穩定基層的水泥劑量。水泥穩定碎石基層設計強度一般為3-5MPa，相應水泥用量為5%-6%。如果水泥劑量太小，水泥穩定基層強度則不能滿足承載力要求；而水泥用量越大，其水化作用越強，收縮也越大，水泥穩定碎石基層越容易產生橫向干縮裂縫。干縮裂縫一般表現為20-30m/道，嚴重3-5m/道，基本呈現規律變化。因此，在保證強度的前提下，應盡量使水泥用量控制在經濟、合理的目標上。

3.3含水量控制

水泥穩定基層是水泥與集料的水化凝結硬化的產物。含水量的控制影響到壓實度的保證和裂縫的產生。考慮到混合料在運輸、碾壓過程中還有水分散失，尤其夏季施工時水分蒸發快，施工過程中對水的含量應控制在比最佳含水量大1%左右。含水量過小時，基層表層松散，碾壓容易起皮，難以壓實；含水量過大碾壓時粘輪，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。

水箱要求裝配高精度電子動態計量器，電子動態計量器應經有資質的計量部門進行計量標定后方可使用，保證含水量穩定。

拌和時應根據集料和混合料含水量的大小，及時調整加水量，拌和機加水裝置處應有專人嚴格管理。

運料車裝料出廠時，為防止表層混合料含水量損失過多，特別是在氣溫較高、陽光充足和有風的氣候條件下，車廂必須覆蓋，并應盡快將拌和的混合料運送到鋪筑現場，減少水分損失，從拌和到碾壓完成的延遲時間不能超過2h。

施工單位必須隨時檢測所用集料的含水量，并根據集料的含水量以及天氣等因素及時調整水穩材料的加水量，控制水穩材料的生產質量。有條件時，要對4.75mm以下的細集料進行遮蓋，以保證其含水量不出現大的波動。

水泥穩定基層混合料含水量要根據天氣情況，通過試驗段施工確定，以最佳含水量為控制要求，初始含水量過大，振動壓路機壓實過程中，水泥漿上浮，導致干縮裂縫出現增加，拌和站含水量檢測要根據天氣情況提高檢測頻率，經過長時間總結后，確定含量水量調整方式，確保水泥穩定級配碎石混合料在最佳含水量規定范圍內完成壓實，在基層施工前，下承層要充分灑水，保證水泥穩定級配碎石下層混合料中水泥充分水化。

3.4離析的控制

施工過程中，混合料表面碾壓完成后出現的局部塊狀或者條狀離析現象對基層裂縫的產生也會有一定的影響，因為離析就是粗、細集料分離，細集料集中的地方就容易產生裂縫；因此應該從以下幾個方面防止攤鋪離析現象：

（1）拌和機出料時，運輸車輛應分前、后、中移動三次裝料，以減少裝料過程中粗、細集料離析。

（2）攤鋪機應保持連續、緩慢、勻速的攤鋪，盡量避免攤鋪機等料現象，等料處容易發生塊狀離析；螺旋布料器應緩慢勻速旋轉且其中料位應位于其2/3高度；攤鋪過程中盡量減少攤鋪機收斗攏料次數，刮板輸送器裸露時禁止收斗。

（3）為防止攤鋪機機械離析，可在攤鋪機變速箱處和螺旋掛桿處安裝反向葉片，并根據實際情況可以調整反向葉片的角度。

3.5養護控制

水泥穩定碎石基層碾壓成型后應及時養護，由于水分參與了水泥的水化反應，所以充足及時的養護是保證水泥穩定基層強度和避免干裂不可缺少的方法。可以采用草袋、麻袋或塑料薄膜覆蓋等養護方法，保持基層在養護期間不直接暴露在外。養生期結束后，如果不及時鋪筑瀝青封層（透層）和瀝青面層而讓其曝曬，同樣會散失水分，產生干縮裂縫。

基層過冬時，應采取冬季覆蓋保溫措施，以防止基層開裂或表面受損，可采取先鋪塑料薄膜后覆蓋粘土的措施，減少和避免因溫差過大產生溫縮裂縫。

3.6選擇有利的季節或時間進行水穩基層的施工

水穩基層施工最好選擇在年平均氣溫時期施工。由于此時氣溫變化不大，結構內溫度應力較小，水穩層不易產生熱脹冷縮的現象。施工時的氣溫與一年中最冷或最熱時的溫差越大，越易產生溫縮性裂縫。

如果在夏天酷暑條件下施工，最好能選擇在早晚的時間，盡可能避開中午時間進行攤鋪，并要加強覆蓋灑水養護，保證水穩層處于濕潤狀態。

冬天氣溫低于5時，一般不能進行水穩基層的施工。在有冰凍的地區，應在第一次重冰凍（3-5）到來之前半個月到一個月內完成。

總而言之，水泥穩定基層是路面的承重層，對路面荷載起著支承作用，如果施工中沒有控制好，出現早期裂縫，以及由此引起的瀝青面層反射裂縫的出現，將嚴重影響道路的平整度和行駛舒適性，加大了養護資金投入，對道路耐久l陛構成了威脅。因此，水泥穩定基層的質量極其重要。

4.結語

水泥穩定基層裂縫問題是目前公路建設領域一個典型性的問題也是一個長期困攏性的問題。要嚴格按照規范和設計要求進行施工，否則，影響路面的使用奉命，同時，給后期的養護工作帶來不必要的費用。