水泥穩定碎石基層裂縫原因及防治措施

呂月麗

（河南省公路工程局集團有限公司，河南 鄭州 450000）

1 水泥穩定碎石基層裂縫形成原因

水泥穩定碎石基層是瀝青路面常見的一種基層形式，此類基層以級配碎石為骨料，采用一定數量膠凝材料和充足的灰漿體積進行骨料空隙填充。基于嵌擠原理，完成攤鋪、碾壓一系列施工。水泥穩定碎石基層初期具有較高強度，隨著齡期的增長，基層強度也迅速增加，并形成一個板體，其具有強度高、抗滲及抗凍能力良好等特點。當遇到降雨天氣，水泥穩定碎石基層仍具有良好的施工效果，表面堅實，是一種良好的路面基層材料。但是長期使用過程中，水泥穩定碎石基層不可避免將會產生干縮、溫縮裂縫，甚至向面層反射，形成反射裂縫，從而對路面行車舒適性和安全造成不利影響。為保證采取的裂縫防治措施科學、有效，必須裂縫形成原因有所了解，具體如下：

1）干縮裂縫形成原因。（1）毛細管張力作用。在和外界環境接觸的空隙處最易發生水穩碎石基層材料干縮現象，伴隨水分蒸發量的不斷增加，半剛性基層材料毛細管水面逐步降低，致使毛細管張力增加，進而出現半剛性材料初期體積收縮問題。伴隨失水速率的進一步加快，毛細管孔徑越來越小，張力逐步增大，則材料干燥收縮率將隨之增大，引發裂縫。（2）吸附水及層間水作用。在水分持續降低的情況下，水穩碎石基層材料吸附的水分也將逐步減小，在顆粒表面包裹著的水膜越來越薄，顆粒間距日漸減小，基層材料總體積也隨之降低。基于吸附作用影響，體積收縮并不顯著，究其根本在于顆粒之間存在分子斥力現象。隨著吸附水和分子間斥力作用的降低，層間水將發揮重要作用。一般來講，在水泥穩定碎石基層當中，集料含泥量內黏土含量的多少，將會嚴重影響層間水的作用。（3）水泥水化作用。水泥的凝結作用是水泥穩定碎石基層強度的主要來源，水化程度對基層強度起決定作用。一般來講，水泥可分為初凝、終凝兩種形式，水化作用加快，在水化作用下，水化產物逐步形成、生長，微結構持續發展，終凝時期結構密實度慢慢滿足要求。硬化過程時間相對較長，無論是在水化過程中，還是在硬化環節，均離不開自由水的作用。因此，水泥摻量的多少將會對失水率造成一定影響，這也是產生干縮的主要原因。

2）溫縮裂縫形成原因。由于溫度變化而產生的收縮裂縫，一般引發原因可分為2種，即晝夜溫差、季節性溫差。于水泥穩定碎石基層而言，干縮系數會對基層造成很大影響，同時，溫度變化也會產生裂縫。（1）晝夜溫差作用。一般多在高溫季節鋪設基層材料，日照強度大，氣溫高，但夜間溫度相對偏低，晝夜溫差作用下，將會導致基層溫縮應力增大，并持續積累，這種情況下，基層開裂概率大大增加。若在基層上面覆蓋一定厚度基層面層，在溫度梯度效應下，按照“由上至下”的溫度遞減變化規律，基層底面受溫縮作用將大幅下降，因此，鋪設一定厚度瀝青面層，將會降低溫縮應力的影響作用，減少基層開裂機會。（2）季節溫差作用。于水泥穩定碎石基層而言，季節溫度變化對其影響很大，特別是四季分明的北方地區。冬季嚴寒、氣溫零度以下，基層極易出現凍害情況，進而加重基層收縮現象。基于面層與底基層的上下約束，基層在面臨氣溫變化時，往往會出現拉應力大幅增長的問題，從而出現基層裂縫。

2 工程概況

某公路工程全長13.4km，原路面結構為4cm瀝青罩面+8cm瀝青混凝土+15cm二灰碎石+15cm石灰土，由于行車荷載和自然因素的長期作用，路面已出現了較為嚴重的病害，比如網裂、龜裂、路面變形、坑槽等，經現場勘查可知，路面基層強度不足，為了保證施工質量，對本路段進行18cm冷再生基層調拱，并補強水泥穩定級配碎石（18cm）和瀝青混凝土（9cm）。按照室內試驗研究結果，在養生2d進行水泥穩定碎石微裂施工，通過抗壓回彈模量下降百分率控制現場試驗微裂程度。按照所得結果可知，抗壓回彈模量下降百分率為抗壓強度的1.4～1.6倍，為此，可在30%、40%、50%控制抗壓回彈模量下降百分率。為了保證施工質量，需采取具有代表性的路段作為試驗段，共400m，分為4段，每段均為100m，其中A、B、C段分別為微裂程度30%、40%、50%，參照路段設為D段，不做微裂施工處治。

3 水泥穩定碎石基層微裂施工技術要點

1）水泥穩定碎石基層微裂技術施工過程。微裂施工中，采取XG6224m-1型振動壓路機進行壓實，9.5m為路寬，3.185m為壓路機寬度，按照既定碾壓施工方案，由左至右壓路機分3次完成碾壓，碾壓速度需控制在合理范圍內，保證緩慢、勻速前行，一般為3～5km/h，保證碾壓無死角，可達到壓實度要求。

2）基于落球式彎沉儀的微裂技術過程控制。基層攤鋪碾壓施工之后，即可進入灑水養生階段。在養護2d之后，便可按照施工方案進行微裂施工。在整個施工過程中，要實時通過落球式彎沉儀測定其模量。首先要將各個試驗路段微裂前的基層模量測定出來，并將其作為基準模量。微裂過程中，振動壓路機每振動碾壓1遍，便可進行一次回彈模量測定，當模量降低至要求微裂程度之后，便可停止碾壓施工，并對微裂情況進行詳細觀測。4個試驗段微裂前模量均為845MPa，碾壓遍數和模量測定結果如下：（1）1號段，碾壓遍數為4遍，微裂后模量為580MPa，微裂程度為32%；（2）2號段，碾壓遍數為5遍，微裂后模量為470MPa，微裂程度為44%；（3）3號段，碾壓遍數為6遍，微裂后模量為375MPa，微裂程度為56%；（4）4號段，無碾壓，微裂前后模量一致，均為845MPa。

3）微裂施工結果及分析。通過微裂施工之后，可以得出如下結果。（1）1號段，微裂程度為32%時，微裂縫肉眼基本不可見；（2）2號段，微裂程度為44%時，微裂縫大部分肉眼不可見，少數可見；（3）3號段，微裂程度為56%時，微裂縫大部分肉眼可見，呈細而分散的微裂縫網絡。

按照微裂技術作用機理規定，當基層微裂處理之后，最佳狀態為微裂縫網絡呈現大部分肉眼不可見或少數可見，這種情況下，將有效釋放材料早期收縮應力，且養生后期大部分裂縫均可自動愈合，對路面結構整體承載力不會造成任何影響。基于此，可認為當微裂程度為40%左右時，裂縫大部分肉眼不可見，少數可見，為最佳狀態。

微裂技術主要用于提升水泥穩定碎石基層材料抗裂能力，同時，還可改善及抑制瀝青路面反射裂縫。因此，為了全面了解路面抗裂效果，在試驗段通車運營1年之后，對路面反射裂縫進行調查分析，經勘查可知，1、2號段均出現了1條非貫穿裂縫，未見貫通裂縫；但是3、4號段則均出現了1條非貫穿裂縫和1條貫穿裂縫。由此可見，相比微裂程度50%和未做微裂處理路段，微裂程度30%、40%路段裂縫數量較少，與此同時，考慮到在對材料后期強度恢復不影響的情況下，微裂程度越大，材料釋放收縮應力的效果越佳，最終確定微裂技術可采取養生2d后，40%微裂程度為最佳選擇。

4 結束語

綜上所述，隨著通車運營時間的增長，公路使用過程中，極易發生裂縫、水穩定性不足等情況，尤其是水泥穩定碎石基層開裂病害最為常見。為了解決這一技術難題，提高水泥穩定碎石基層施工質量，必須找出病害原因，采取科學、有效地防治措施，從而促進我國公路建設水平不斷進步。