淺析水泥穩定碎石基層開裂病害及防治措施

宋澤亞

摘 要：隨著通車運營時間的增長，道路使用過程中，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、有效的防治措施，從而促進我國公路建設水平不斷進步。

關鍵詞：水泥穩定碎石基層;開裂病害;防治措施

中圖分類號：U418.6 文獻標識碼：A

1 工程概況

某公路工程全長19.6 km，為雙向四車道，沿線存在大型礦企，是煤炭外運的主要通道。建成通車多年，路面出現了大量病害問題，尤其裂縫問題最為嚴重。為此，本文選取具有代表性的路段為試驗段，k4+780～k5+780，共1 000 m，由此展開裂縫病害調查與分析。

2 水泥穩定碎石基層開裂病害路況調查與分析

2.1 裂縫調查與分析

本調查路段共計1 000 m，左、右路幅裂縫調查與分析情況如下：

（1）左半幅。在所調查的1 000 m范圍內，左半幅共有橫向裂縫163條，最短及最長橫向間距分別為0.8 m、29 m。其中貫通裂縫共82條，占橫向裂縫總數量的50.3%。此外，在該范圍內還出現了大量縱向裂縫，共76處，其中最長的一條達到了182 m。

（2）右半幅。在1 000 m試驗段內，右半幅共計橫向裂縫182條，最短及最長橫向間距為1.4 m～27.6 m。其中貫通裂縫共89條，占橫向裂縫總數量的48.9%。此外，本路段同樣存在大量縱向裂縫，共62處，其中最長的一條達到了167 m。

由此可見，本路段路面裂縫病害較為嚴重，不僅貫通裂縫占比較高，還存在較為嚴重的縱向開裂問題。一般情況下，路基、基層沉降或結構承載力不足會引起路面縱向開裂。結合裂縫發展特點來看，初步判定裂縫產生的主要原因在于基層強度不足。

2.2 鉆芯調查與分析

為了更深入地調查裂縫病害情況，針對局部裂縫采取了鉆芯取樣法，以便了解裂縫變化情況和發展走勢。在試驗段上共選取6個測點，具體情況如下：

由表1可見，本路段貫通裂縫較多，面層開裂處，基層已開裂。且在芯樣內發現雜質情況，說明裂縫的產生已對路面整體性帶來了極大影響。

2.3 裂縫處承載能力檢測與分析

為檢驗裂縫處承載能力情況，本文采用了BZZ-100載重車進行試驗段彎沉值的測定與分析。結果如表2所示。

由此證明，裂縫傳荷能力很小，甚至是沒有。由于右半幅車道重載超載車輛較多，所以彎沉值相對較高。

3 水泥穩定碎石基層開裂病害原因

通過對本路段裂縫問題的調查與分析，可以了解到水泥穩定碎石基層開裂的主要原因在于以下幾點：

（1）由鉆芯取樣結果可見，本路段多為貫通裂縫，且面層開裂處，基層已開裂，或部分基層產生裂縫，面層較為完好。這說明很多情況下是基層先產生裂縫，在長期荷載和溫縮、干縮等作用下，導致該處裂縫出現應力集中現象，形成反射裂縫。為此，必須將如何抑制和減少基層裂縫作為防治水泥穩定碎石基層開裂的重要途徑。

（2）從彎沉測定情況分析，相比完好段的彎沉值，裂縫處彎沉值要高出很多，說明，裂縫處承受的路面應變相對較大。尤其是在行車荷載和溫度等因素的長期作用下，裂縫將進一步發展，其長度、寬度也會發生變化，逐步發展為網裂、坑槽、龜裂等病害。為解決此類問題，必須改善裂縫處傳荷能力，提高路面抗裂能力。

（3）除了上述原因，路面材料壓實度達不到設計要求，雨水不斷進入路面內部結構，降低基層強度，加上行車荷載長期作用，進而引發其他病害，如唧泥、松散等，導致基層支撐失效，引發大量裂縫病害。

4 水泥穩定碎石基層開裂病害防治措施

為了有效控制和減少水泥穩定碎石基層開裂問題，本文提出采用抗裂型水穩碎石基層。具體施工措施如下：

4.1 混合料配合比設計

4.1.1 含水量、干密度試驗

為確定抗裂型水穩碎石基層的最佳含水率和最大干密度，本文采用振動壓實成型法和重型擊實成型法對不同水泥摻量的水穩混合料進行試驗測定。試驗結果如下：

水泥摻量3.0%：①振動成型法最佳含水率為4.3%，最大干密度為2.388 g/cm3;②重型擊實法最佳含水率為4.2%，最大干密度為2.337 g/cm3。

水泥摻量3.5%：①振動成型法最佳含水率為4.5%，最大干密度為2.399 g/cm3;②重型擊實法最佳含水率為4.4%，最大干密度為2.351 g/cm3。

水泥摻量4.0%：①振動成型法最佳含水率為4.6%，最大干密度為2.438 g/cm3;②重型擊實法最佳含水率為4.6%，最大干密度為2.372 g/cm3。

水泥摻量4.5%：①振動成型法最佳含水率為4.9%，最大干密度為2.457 g/cm3;②重型擊實法最佳含水率為5.0%，最大干密度為2.385 g/cm3。

4.1.2 強度試驗

成型無側限抗壓強度測定本文分別采用了振動壓實法和靜壓法，按照壓實度（98%）進行混合料試件的制備，在規定要求下進行6d養護，浸水1d后取出，作7d無側限抗壓強度檢測。所得結果如下：

水泥摻量3.0%：①水穩混合料7d靜壓成型強度平均值為3.1 MPa，代表值為2.7 MPa;②水穩混合料7d振動成型強度平均值為4.8 MPa，代表值為4.2 MPa。

水泥摻量3.5%：①水穩混合料7d靜壓成型強度平均值為4.2 MPa，代表值為3.8 MPa;②水穩混合料7d振動成型強度平均值為6.2 MPa，代表值為5.5 MPa。

水泥摻量4.0%：①水穩混合料7d靜壓成型強度平均值為5.1 MPa，代表值為4.6 MPa;②水穩混合料7d振動成型強度平均值為7.9 MPa，代表值為7.1 MPa。

水泥摻量4.5%：①水穩混合料7d靜壓成型強度平均值為5.9 MPa，代表值為5.2 MPa;②水穩混合料7d振動成型強度平均值為9.1 MPa，代表值為8.3 MPa。

按照抗裂型水泥穩定碎石基層施工標準要求，應保證靜壓法成型強度代表值在3 MPa以上的技術要求，結合上述檢測數據，且基于經濟性原則，決定選取3.5%水泥摻量的水穩混合料設計。

由此得出，抗裂型水泥穩定碎石基層水泥用量為3.5%，最大干密度為2.399 g/cm3，最佳含水率為4.5%。

4.2 施工技術要點

相比傳統水穩工藝，抗裂型水穩工藝的關鍵在于拌合站生產配合比設計和現場壓實度控制兩點，通過上述試驗方法已確定配合比。因此，在施工技術要點方面，必須做好壓實度控制工作，根據工程實際情況，為提高碾壓施工效果，本工程應采用噸位較大的單鋼輪壓路機，并對碾壓方案進行優化調整，從而提高水穩基層抗裂性能。基層碾壓施工一般分為3個階段，初壓時，采用DD110振動壓路機進行1遍靜壓，碾壓速度不宜過快，可控制在1.5 km/h～1.7 km/h之間;復壓時，采用徐工220壓路機進行3～5遍重振，速度可適當加快，控制在1.8 km/h～2.2 km/h;終壓時，可采用XP261壓路機進行1遍靜壓，速度緩慢，控制在1.5 km/h～1.7 km/h。終壓后，保證無明顯輪跡，壓實度滿足設計要求。

4.3 質量檢測分析

為檢驗抗裂型水泥穩定碎石基層施工效果，選取試驗段和普通水穩基層路段進行裂縫數量對比與分析。所得結果如下：

（1）抗裂型基層裂縫情況。裂縫數量共17條，裂縫平均間距為113 m。

（2）普通水穩基層裂縫情況。裂縫數量共55條，裂縫平均間距32 m。

由此可見，無論是在裂縫數量方面，還是裂縫平均間距方面，抗裂型水穩基層遠遠低于普通水穩基層，說明抗裂水穩基層具有顯著的抗裂效果。

5 結束語

綜上所述，近年來，我國道路迅猛發展，公路規模持續擴大，里程數量快速增長。隨著交通量的不斷增加，交通荷載越來越大，對路面承載能力提出了更高的要求。目前，我國已建公路多采用半剛性基層材料，比如，水泥穩定砂礫、二灰碎石等，此類材料強度大、剛度高，且具有良好的整體性。將其作為路面基層，可以很好地抵抗路面行車荷載疲勞破壞帶來的問題。然而，在使用過程中發現，水泥穩定碎石基層極易發生開裂等病害，為有效控制和減少基層裂縫，必須找出開裂原因，采取切實可行的防治措施，全面提升工程施工質量。

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