水泥穩定碎石基層的裂縫成因分析與防治對策

邵鵬，何艾雨

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司，成都610081）

1 引言

水泥穩定碎石基層由于其一系列優秀的特性，如強度大、承載力高、水穩定性好、抗凍性好等，在道路施工中得到了非常廣泛的應用。但是，作為一種半剛性結構，水泥穩定碎石基層在使用中因為各種因素的影響容易導致其產生裂縫，使整體性、強度、剛度、水穩定性等均受到影響[1]，甚至導致瀝青路面產生裂縫，出現嚴重的路面病害，影響道路的使用壽命。

2 水泥穩定碎石基層裂縫的分類及危害

根據水泥穩定碎石基層裂縫產生原因的不同可將裂縫分為：干縮裂縫、溫度裂縫以及網狀裂縫。

2.1 干縮裂縫

由于水泥自身的特點，在其硬化過程中，會產生干縮體積變小現象。當水泥穩定碎石基層碾壓施工完成后，在外界溫度的影響下，基層中的水分逐漸蒸發出來，基層中的水泥發生干縮，體積逐漸變小。基層水泥中富含的水分為毛細水與結合水，首先蒸發掉的是毛細水，隨著毛細水的不斷蒸發，水泥逐漸干縮，結合水也開始蒸發，結合水的蒸發進一步加劇了水泥的干縮。隨著水泥干縮現象的加劇，水泥穩定碎石基層中會產生裂縫，影響其成活質量，導致路面質量的下降。

2.2 溫度裂縫

水泥穩定碎石基層中的水泥摻和量一般在4.5%～5.5%[2]。根據大量試驗結果以及現場經驗，水泥混凝土內外部溫差大于25℃時會產生溫度裂縫。水穩混合料在凝固過程中由于水泥產生大量的水化熱，導致基層內部溫度比外部溫度高，當溫差達到一定程度時基層中就會產生溫度裂縫。

2.3 網狀裂縫

當道路局部彎沉值過大時，會導致道路局部應力過于集中，超過了水泥穩定碎石基層的抗壓強度極限值，導致它發生結構破壞，產生網狀裂縫，這種裂縫對路面結構的破壞作用特別大，對其使用帶來一系列的隱患。當遇到降雨時，雨水自這些裂縫中滲入路基中，導致路基的承載力下降，當受到上部車輛荷載時，會進一步加劇網狀裂縫的發育。

2.4 水泥穩定碎石基層裂縫的危害

水泥穩定碎石基層裂縫的危害主要有2 方面：（1）降低結構的整體強度；（2）導致路面產生反射裂縫[3]。基層中產生的裂縫會破壞基層的結構完整性，使其整體強度下降，剛度、水穩定性等均會不同程度地受到影響。當基層中產生的裂縫導致路面發生反射裂縫時，若裂縫沒有及時修補好，就會導致路面上的水沿著裂縫不斷滲入到路面的結構層中，直至路基中，加之車輛的荷載作用，路面結構層以及路基都會遭受破壞，路面會出現一系列病害，嚴重影響道路的使用壽命。如圖1 所示，基層破壞導致路面開裂。

圖1 基層裂縫導致路面開裂

3 水泥穩定碎石基層裂縫成因分析

水泥穩定碎石基層裂縫的成因有許多種，根據因素的不同，大致可分為4 種，即水泥摻和量過大、含水量高、細集料多及養護不到位。

3.1 水泥摻和量過大

在水泥穩定碎石基層施工完成后要進行鉆芯取樣，如圖2所示。水泥的摻和量普遍采用上限值，這種做法主要是基于能滿足取芯的要求。再者，水穩拌和設備在拌和過程中由于機器自身的原因導致粒料拌和不是很均勻，基層碾壓成活之后的強度會偏大，導致后期產生干縮裂縫及溫度裂縫的概率顯著增大。

3.2 含水量過大

圖2 鉆芯取樣

在水泥穩定碎石基層的施工中，考慮到運輸、攤鋪及碾壓過程中混合料中水分的流失，通常情況下出料時的含水率比最優含水率會大一些，以確保達到最佳壓實效果。在實際施工中，粒料很難控制其含水率剛好等于最優含水率，如果含水率過大，碾壓效果不好，后期就會產生裂縫，尤其是溫縮裂縫的產生。

3.3 細集料含量過大

當粒料中粒徑小于0.075mm 細集料成分過多，含量超過一定比例時，會導致基層的施工質量不佳，容易產生干縮裂縫。

3.4 養護不到位

水泥穩定碎石基層在施工完成后要在表面鋪一層養護膜，同時應該進行灑水養護，一方面是減緩基層表面過快干燥，另一方面是對基層整體進行降溫。如果養護工作不到位，基層表面干燥過快，內部溫度過高，就會導致溫縮裂縫與干縮裂縫的出現。

4 水泥穩定碎石基層裂縫防治對策

水泥穩定碎石基層產生裂縫與材料自身的性質有關，同時也受到施工的影響，因此，要從水泥穩定碎石基層裂縫的防治對策入手。

4.1 做好原材料控制

4.1.1 水泥

拌和料中摻加的水泥必須要確?；旌狭嫌凶銐虻臅r間從拌和場出料、運輸到現場直至攤鋪碾壓，這對水泥的初凝時間及終凝時間均有嚴格的要求，必須要滿足規范與設計的要求。正常情況下，水泥的初凝時間不小于4h，終凝時間不小于6h，在高溫天氣施工時由于混合料中水分蒸發速度很快，為防止在碾壓完成之前混合料就硬化，夏季施工時混合料中水泥的終凝時間要延緩，盡可能大于10h。混合料中水泥的用量及標號要經過配合比試驗確定，同時，在正式攤鋪之前要修筑試驗段，以確定最優的水泥摻加量。

4.1.2 集料

水泥穩定碎石所采用的集料根據粒徑的不同可分為粗集料與細集料，其中粗集料采用石子，細集料采用石屑或者砂。粗集料控制著水泥穩定碎石基層的強度及平整度，集料粒徑越大，基層的強度越高、穩定性越好，抵抗產生裂縫的能力就越強。但是，粗集料之間的黏結力不足，會導致基層頂面容易受到外界荷載的影響而變得松散。如果細集料含量過高，基層的承載力又會受到影響，也會導致基層的收縮性增大，加大產生裂縫的概率。在施工中要嚴格控制集料的級配，尤其是控制好粒徑小于0.075mm 粒料的含量。

4.1.3 配合比設計

在進行配合比設計時應優先選用骨架密實型級配。骨架密實型集料中粗集料的含量大，大量的實踐證明，骨架密實型集料的強度高、穩定性好、水泥水化充分，攤鋪后出現收縮裂縫及非結構裂縫的概率明顯小于懸浮密實型級配混合料。

4.2 合理選擇施工工藝

4.2.1 控制含水量

水泥穩定碎石基層的工作原理就是由水泥與集料經過水化凝結之后形成具有高強度與承載力的硬化結構。含水量對其壓實度具有重要的控制作用，對裂縫的產生也有很重要的影響。由于在水泥穩定碎石的運輸、攤鋪以及碾壓的過程中，混合料中的水分會不斷地流失，因此，在出料的時候含水量都要比最佳含水量高一些，以確?？梢赃_到最佳壓實效果，尤其是在高溫季節施工時，出場含水量要更高一些。

4.2.2 分層攤鋪、一次成型

由于水泥穩定碎石基層的厚度一般比較厚，因此，在攤鋪時常采用的工藝是分為2 層進行施工，第一層施工完成之后養護7d 時間，再進行第二層的施工。這種工藝施工周期長，而且2 層之間的結合不是很緊密，整體性比較差，易產生裂縫。針對這種問題，目前已經開始使用一種新型的工藝，即分層攤鋪、一次成型。在攤鋪過程中第一層碾壓成型后立即開始攤鋪第二層，第二層的碾壓在第一層初凝之后進行，在其終凝之前完成。這種新工藝能使上下2 層結合更加緊密，有效地防止出現裂縫，但這種工藝對施工組織要求嚴格，尤其是在時間上要求非常嚴格，施工質量要求很高。

4.2.3 碾壓成型

壓實度是基層施工質量的主控項目，是基層的強度、承載力與水穩定性的前提，較高的壓實度能有效避免基層產生裂縫。攤鋪之后要進行初壓、復壓及終壓3 道工序，在碾壓過程中要嚴格遵守經試驗確定的施工參數，控制碾壓質量。對于邊角以及各種管線檢查井周邊等大型機械碾壓不到的地方要采用小型機械碾壓或者人工夯實，確保壓實度。

4.2.4 養護到位

碾壓成型之后要及時進行覆蓋灑水養護?；鶎又兴嗟乃磻兴膮⑴c，如果基層中的水分蒸發過快，水化反應就會受到影響，進而對基層的凝結硬化產生影響，從而產生裂縫導致基層的強度不足。尤其是在高溫天氣，這種現象更加明顯。常用的養護方法就是利用土工布覆蓋碾壓好的基層并灑水養護，在冬季施工時還要注意采取防凍措施，防止基層中的水分結冰，導致基層內部產生空洞，強度達不到設計要求。

4.2.5 維護管理與協調施工

在養護完成之前不能開放交通，達到養護期限之后可允許施工車輛通行，但重載車輛嚴禁通行。在進行管線施工的時候，應與道路施工相互協調配合，開挖管線溝槽時，不得將基層底部的路基掏空?；鶎羽B護完成之后應盡快進行面層的施工，防止基層長期暴露。

5 結語

水泥穩定碎石是目前道路基層施工中普遍采用的一種材料，它具有一系列的優點，如承載力大、強度高、整體性好、水穩定性好等，但其容易產生裂縫的缺點也不容忽視。本文通過對水泥穩定碎石基層在施工中產生的裂縫進行分類，分析裂縫的成因，并提出一些防治措施，具有一定的工程指導意義。