水穩(wěn)基層施工工藝對瀝青路面裂縫產(chǎn)生的影響

劉明泉

（攀枝花公路建設集團有限公司， 四川 攀枝花 617000）

水泥穩(wěn)定碎石基層，一般被稱為水穩(wěn)基層，剛度與強度非常高，抗凍性、耐久性、面層粘合性良好，屬于高等級路面基層結(jié)構(gòu)。基層出現(xiàn)裂縫問題，將會使基層耐久性降低，相應縮短路面使用壽命。導致路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因較多，例如路基強度、基層材料特性、路基穩(wěn)定性與均勻等。合理控制影響因素，可以減少瀝青路面裂縫數(shù)量，同時減緩裂縫出現(xiàn)時間，延長使用壽命。

1 水穩(wěn)基層特點

水泥穩(wěn)定碎石，在標準級配碎石中，摻加水泥與水，遵循技術(shù)要求，做好拌和、攤鋪操作。在最佳含水率指標下，做好壓實、養(yǎng)護處理，將其作為公路工程基層，可以應用到公路半剛性基層路面建設與改造中。水穩(wěn)基層剛度、強度比較大，且成型速度快，具備良好抗凍性、抗疲勞性、水穩(wěn)性，且施工操作簡便[1]。然而，水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)抗變形能力差，脆性高，隨著溫度的變化，極易產(chǎn)生溫縮裂縫；隨著含水量變化，極易產(chǎn)生干縮裂縫。

2 基層斷面形成機理

基層裂縫形成原因，多是由于基層使用材料溫縮、干縮應變，從而產(chǎn)生拉應力，明顯高于基層自身極限抗彎拉強度。當強度較低時，將會產(chǎn)生溫度裂縫。在夏季常溫、高溫天氣下，半剛性基層成型。進入冬季之后，溫度下降幅度大，基層混合料遇冷收縮。在收縮過程中，由于受到底基層影響，會相應產(chǎn)生收縮拉應力。當收縮拉應力大于材料極限抗拉強度，基層就會出現(xiàn)溫縮裂縫。裂縫一般為橫向裂縫，溫度變化速度快，則底基層約束比較大，基層極易產(chǎn)生裂縫。針對干燥收縮裂縫，干縮系數(shù)、材料特性、混凝含水量均具備相關(guān)性，粗集料干縮變形明顯不足細集料，開裂難度小[2]。混凝土硬化之后，水分持續(xù)蒸發(fā)，會縮小混合料顆粒間孔隙，從而出現(xiàn)基層干燥收縮問題。基層干燥收縮成因比較多，比如集料級配不佳、水泥使用量大、細料含量多、混合料水分多等。當施工建設溫度較高時，將會造成基層干縮影響。通常情況下，基層完工之后，將會形成裂縫。由基層兩側(cè)邊緣產(chǎn)生裂縫，逐漸擴展到中間部位。在不斷發(fā)展中，裂縫數(shù)量與寬度都會持續(xù)加大，從面層貫穿至基層。比如某高等級公路瀝青路面，施工時間為 7-10月，建設工期為2-3個月。公路工程基層在8月份出現(xiàn)裂縫。

通過工程建設實例可知，隨著時間的推移，高等級公路瀝青路面裂縫數(shù)量持續(xù)增加，尤其是8月份之后，橫向裂縫寬度明顯增加。基層低溫收縮，產(chǎn)生橫向溫縮裂縫，反射至面層，相應擴大面層裂縫寬度。

3 瀝青路面裂縫產(chǎn)生機理

半剛性基層瀝青路面，材料特點特殊，因此極易出現(xiàn)裂縫影響。對裂縫形成過程進行分析，可以劃分為收縮裂縫、應力裂縫、荷載外力裂縫。

3.1 收縮裂縫

水泥穩(wěn)定基層完工 1個月，局部路段出現(xiàn)橫向裂紋，寬度約為 1-3m，橫向貫通、半貫通，垂向深度為水泥穩(wěn)定基層厚度0.4倍。收縮裂縫多為壓實水泥穩(wěn)定基層水蒸發(fā)、水泥水化作用影響，導致水分持續(xù)減少，會產(chǎn)生毛細管作用、吸附作用、凝膠體層間隙水作用、材料礦物晶體、分子間力作用，從而導致水泥穩(wěn)定基層壓實體收縮，從而產(chǎn)生收縮裂縫。

3.2 內(nèi)應力裂縫

瀝青碎石下面層鋪筑3個月，會產(chǎn)生反射裂縫。水泥穩(wěn)定基層鋪筑6個月，基本形成裂縫。多數(shù)裂縫橫向、垂向貫通水泥穩(wěn)定基層、瀝青碎石面層。水泥穩(wěn)定基層可以形成獨立受力板塊。開裂地段裂縫間距控制在50-100mm；嚴重開裂地段裂縫間距控制在6-30mm[3]。在公路運營12個月后，會產(chǎn)生裂縫增加與擴展問題，裂縫數(shù)量在上一年基礎上增加 6%左右，裂縫寬度比較大，通常為5mm。局部地段增加10mm。

通過上述分析可知，水泥穩(wěn)定基層竣工后，歷經(jīng) 12個月時間，會形成內(nèi)應力裂縫。水泥穩(wěn)定基層內(nèi)，可以釋放和消減90%以上內(nèi)應力，打破原有內(nèi)應力體系，同時形成新型受力體系。中期內(nèi)應力裂縫產(chǎn)生原因如下：水泥穩(wěn)定碎石基層，由于溫度應變脹縮、材料干縮等，極易產(chǎn)生拉應力，當高于水泥穩(wěn)定基層極限抗拉強度后，將會導致薄弱斷面位置產(chǎn)生斷裂影響。應力裂縫特點在于縱向裂縫少、橫向裂縫多，裂縫比較順直，無垂向錯位。

3.3 荷載外力裂縫

路面使用時間持續(xù)延長，相應增加橫向裂縫數(shù)量，且縫隙寬度持續(xù)擴大。在橫向裂縫位置，附生縱向裂縫，可以形成網(wǎng)裂片區(qū)，半剛性基層路面產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞。在形成應力裂縫后，水泥穩(wěn)定基層形成無限連續(xù)簡支板體系[4]。當水泥穩(wěn)定基層板塊長度不同、且相互獨立時，受底基層支承，高支承強度部位，極易形成相對支點。低強度部位，會形成相對懸空。通過相對懸空系數(shù)，可以反映出懸空程度。懸空系數(shù)為0時，則可以完全接觸，比較滿足多層彈性體系理論。當懸空系數(shù)持續(xù)增加時，會減弱層間接觸力，板塊處于連續(xù)簡支梁受力體系中。懸空系數(shù)增加到1時，層間接觸力消失，板底懸空。水泥穩(wěn)定基層板塊，位于連續(xù)簡支板受體體系中。相對懸空跨度、懸空系數(shù)大小，會受到支撐面彎沉值變異系數(shù)影響。當變異系數(shù)越大時，則懸空程度就越大。如果路基出現(xiàn)應力裂縫，在路面滲水影響下，會逐漸降低裂縫位置路床強度，且裂縫兩側(cè)水泥穩(wěn)定基層懸空，會形成相對懸臂板。

通過上述分析可知，當受到車輛荷載影響后，會導致水泥穩(wěn)定基層板塊斷裂，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，同時反射至面層部位。后期荷載外力裂縫特點如下：裂縫發(fā)展速度加快，會相應增加裂縫寬度，裂縫呈現(xiàn)出不規(guī)則結(jié)構(gòu)。水泥穩(wěn)定基層形成不同獨立板塊。受到車輛荷載影響后，會導致路面凹凸不平。

半剛性基層瀝青路面開裂影響因素較多，分析和研究基層瀝青路面可知，開裂因素涉及到材料特性、路面結(jié)構(gòu)設計、車輛荷載等，且路基強度、均勻性、底基層強度、均勻性因素影響。水泥穩(wěn)定基層礦料級配、塑性指數(shù)、細粉料含量、路面結(jié)構(gòu)、車輛荷載大小等，都會影響基層瀝青路面開裂[5]。

4 水穩(wěn)基層施工工藝對路面裂縫的影響控制

4.1 施工工藝流程

圖1為水穩(wěn)基層施工工藝流程圖。

圖1 水穩(wěn)基層施工工藝流程圖

4.2 原材料控制

第一，集料控制：首先，合理控制級配：注重集料內(nèi)細料含量控制，通過連續(xù)級配，注重級配優(yōu)化。比如應用骨料密實性結(jié)構(gòu)礦料級配，可以降低半剛性基層干縮系數(shù)。其次，集料最大粒徑控制：針對集料最大粒徑，則應當小于 30mm。預先使用碎礫石分級，之后摻配其他材料。篩分破碎加工使用礫石，確保使用級配碎石穩(wěn)定性。再者，合理控制含水量：在拌和操作之前，注重集料含水量檢測，同時按照加水量、最佳含水量、石料含水量予以控制。施工操作時，按照標準時間間隔，科學檢測混合料含水量。當發(fā)現(xiàn)異常情況時，必須及時做好優(yōu)化調(diào)整。比如，碾壓操作時，確保混惡化料含水量接近最佳含水量。初期碾壓操作水分越多，成型之后裂縫產(chǎn)生量就越多.

第二，水泥劑量控制：基層裂縫產(chǎn)生，也會受到水泥劑量影響，必須優(yōu)化調(diào)整集料級配，以此增加基層強度。聯(lián)合材料性質(zhì)，合理選擇基層強度值。選擇水泥穩(wěn)定砂礫為基層時，基層強度應當小于3.5MPa，對水泥使用劑量進行控制，確保其小于5%。當基層強度值大于3.5MPa時，則將水泥穩(wěn)定碎石作為基層[6]。采用試驗方式，將粉煤灰摻加到水泥穩(wěn)定砂礫中。上述方法均可以降低基層收縮系數(shù)，同時減少裂縫數(shù)量。

4.3 施工過程控制

第一，拌和過程控制：混合料拌和之前，嚴格控制集料含水量，注重覆蓋細集料，例如砂石、石屑等，避免日曬雨淋導致含水量過多，影響配料準確性、拌和均勻性。合理應用廠拌法拌和混合料，確保混合料均勻性.

第二，控制攤鋪過程：在攤鋪操作時，合理預防粗集料、細集料離析現(xiàn)象，將模板支設在兩側(cè)，可以增加邊緣位置密實度、強度，避免邊緣薄弱位置出現(xiàn)裂縫。攤鋪操作時，確保攤鋪機均勻前進，避免中間停車，維護路面平整度，以防混合料離析。針對攤鋪機設備，應當配置螺旋配料機，控制布料器高度，確保混合料高于布料器，以此提升料體輸送效率，還可以降低轉(zhuǎn)速。防止在慣性影響下，致使物料出現(xiàn)明顯差異。布料器埋設在混合料內(nèi)，攤鋪操作期間攪拌混合料，防止混合料離析。沿著整個斷面，擠壓出物。當混合料處于不同寬度位置時，極易出現(xiàn)橫向離析，料體滾動也會產(chǎn)生縱向離析，螺旋面料上部未暴露在空間內(nèi)，因此不會出現(xiàn)面層離析問題。

第三，碾壓過程控制：碾壓操作時，合理控制混合料含水量，確保其處于最佳含水量范圍。不僅要對最佳含水量進行控制，還必須做好壓實處理。延遲時間應當小于2h，當時間越長時，基層強度成型后就越低，相應降低基層抵抗干縮應力能力，加大裂縫產(chǎn)生幾率。在碾壓施工時，如果出現(xiàn)黏輪問題，可以將清洗劑溶液噴灑在鋼制碾壓輪上。如果為膠質(zhì)輪，則需要將植物油涂刷在輪表面。使用鋼輪碾壓時，注重輪表面噴灑霧狀水，在不黏輪情況下，嚴格控制噴水量。碾壓操作時，在高溫條件下，確保混合料一次碾壓成型，避免溫度差過大，從而產(chǎn)生黏輪問題。

4.4 養(yǎng)生控制

養(yǎng)生控制過程中，嚴禁重型車輛通過，確保基層表面處于濕潤狀態(tài)。按照現(xiàn)場實際情況，合理延長養(yǎng)生時間，使其達到面層施工之前。基層成型后，應用薄膜覆蓋方式養(yǎng)生，灑水養(yǎng)生處理時，應當減少邊緣位置灑水。當晝夜溫度差較大時，應用覆蓋物做好保濕處理[7]。養(yǎng)生處理之后，按照公路工程施工標準，測量水泥碎石穩(wěn)定基層，維護基層施工質(zhì)量。

4.5 底基層與墊層處理

當沉降不均勻時，會導致基層上部開裂，相應增加裂縫，還會反射至面層，從而使瀝青面層產(chǎn)生裂縫。在路基土石方施工中，遵循規(guī)范分層填筑和壓實處理，加強基層、墊層壓實度。科學處理底基層與墊層表面，同時確保濕潤度，減少基層薄土夾層，確保剛度、強度、穩(wěn)定性滿足標準要求。此外，當半填、半挖路段，舊路改造階段，必須注重填挖過渡段、新舊部位結(jié)合位置處理，確保強度一致性，同時嚴格控制底基層、墊層表面高程。

5 結(jié)束語

綜上所述，在公路工程建設中，開始廣泛應用水泥穩(wěn)定碎石基層，有助于提升工程質(zhì)量，延長瀝青路面使用壽命。當水穩(wěn)基層裂縫反射至瀝青面層，將會增加路面安全隱患，使路面耐久度降低。因此，優(yōu)化設計公路工程，做好施工環(huán)節(jié)管理與控制，科學組織施工養(yǎng)生、基層處理環(huán)節(jié)，以此展示出水泥穩(wěn)定碎石基層優(yōu)勢，以此消除不良影響，從根本上促進瀝青路面質(zhì)量效益。