半剛性基層常見病害及處置措施分析

孫海寶

（北京交科公路勘察設計研究院有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

根據《城鎮道路路面設計規范》（CJJ 169-2011）[1]，半剛性基層通常分為水泥穩定類基層、石灰穩定類基層、水泥粉煤灰穩定類基層、石灰粉煤灰穩定類基層等四種類型。福州市道路設計主要采用水泥穩定碎石作為半剛性基層材料。在交通荷載和不利天氣影響下，城市道路半剛性基層易出現各種病害，如斷裂、破碎、裂縫、水毀等損壞形式，進而導致路面交通功能下降，影響車輛正常通行。

針對半剛性基層病害問題，國內外相關研究多集中于病害特征、成因和處置特殊工藝。Xiuli Du等[2]分析了半剛性基層的疲勞破壞、溫差影響和干縮等病害特征。Xuntao Wang等[3]采用層間接觸粘接模型，用于仿真研究半剛性基層的層間連接關系，進而探討半剛性基層在超載和高溫影響下病害發生規律。張銳[4]探討了半剛性基層道路在大溫差地區獨特的氣候賦存條件下誘發橫向帶狀隆起病害，進而研究了半剛性基層材料的導熱系數影響因素。曹春生[5]對高聚物注漿施工工藝進行研究,通過試驗路段注漿前后彎沉值對比分析,結果顯示高聚物注漿施工可有效提高半剛性基層穩定性。國內外相關研究的系統性尚有不足，且在沿海省份的適用性有待驗證，因此本文在分析半剛性基層材料的強度、收縮和聯結等特點的基礎之上，探討半剛性基層主要的病害，然后以新城中路為例，提出半剛性基層的病害處置措施。

1 半剛性基層材料的特點

1.1 強度特點

半剛性基層強度的主要影響因素為無機結合料與集料之間的粘結力、集料之間自身的嵌擠力。因此在初期，其強度較低，而隨著養護的進行，其強度會隨時間的延長而增長。此外，半剛性基層的強度還與水泥用量、集料級配密切相關。水泥用量越大，集料級配越好，該基層結構強度越高。

1.2 收縮特點

半剛性基層材料存在固、液、氣三相物質。而其所處的環境相對濕度和溫度又在不斷變化。因此，在建成初期，其內部含水量大，隨著溫度和相對濕度的不斷變化，其內部水分不斷蒸發，體積不斷減小，形成干燥收縮特性。而經過一定時間的養護后，半剛性基層的含水量趨于平衡，干燥收縮作用減弱，但隨著溫度的降低，材料產生熱脹冷縮效應，形成溫度收縮。

1.3 聯結特點

受無機結合料劑量所限，半剛性基層中的細集料并未完全由結合料聯結。因而一旦基層頂面遇水，細集料顆粒之間的聯結力減弱，甚至喪失。在此情況下，由于重載車輛的反復碾壓，基層內部形成的動水壓力將細集料帶走，形成坑槽。

2 半剛性基層常見病害分析

2.1 路基承載力不足引起的半剛性基層斷裂

半剛性基層的強度特性介于柔性基層和剛性基層之間，其抗壓強度較大，而抗折強度較低。因此其下臥層的路基承載力越高，越能發揮出其抗壓特性，路面質量越有所保障。而一旦路基存在軟弱地基或地基壓實度不足，造成路基承載力不足，進而在重型車輛反復碾壓下，路基產生不均勻沉降，半剛性基層極易形成斷裂，甚至形成粉碎性破壞，進而影響路面質量。

2.2 強度不足引起的半剛性基層破碎

半剛性基層的原材料質量不過關，易導致其強度不足，常見水泥強度不足、粗集料抗壓強度不足等造成的基層強度不足，材料級配不合理造成的基層強度不足，以及在重載車輛的碾壓下，基層所受荷載超過了其抗壓強度造成的基層破壞。

2.3 施工或養護不當引起的半剛性基層裂縫

福州作為四大“火爐城市”之一，夏季白天溫度較高。在此環境下，福州城市道路半剛性基層表面噴灑透層瀝青后形成黑色吸熱層，導致其溫度相對更高。而到了夜間，氣溫降低，促使道路半剛性基層溫度下降。在熱脹冷縮效應下，若施工方法存在缺陷，城市道路半剛性基層易產生收縮，進而形成收縮裂縫。這種裂縫通常全幅貫通、上下貫穿，裂縫寬度相對較大。

若施工單位未根據天氣、原材料供應狀況等因素精心組織施工，特別是半剛性基層施工完成后，后續工序一直無法施工，易造成基層暴露在空氣中的時間過長。此時在溫度變化的影響下，半剛性基層不斷產生熱脹冷縮效應，反復伸縮，進而產生溫度疲勞裂縫，影響路面質量。這種裂縫一般縫寬較小，間距較密。

施工單位完成半剛性基層施工后，若未按設計要求采用薄膜覆蓋養生，或薄膜覆蓋不及時，或氣溫較高，基層水分蒸發過快時，未能及時補水，此時半剛性基層長時間處于干燥環境中，易導致基層水分不斷揮發，形成干縮裂縫。

2.4 雨水沖刷引起的半剛性基層水毀

福州常見雨水天氣，但半剛性基層一旦遇水，細集料聯結作用減弱，進而雨水沖刷細集料，形成坑槽。因此，常見施工單位的不當施工組織方法，包括半剛性基層在雨天沒有停止施工；半剛性基層在養護期遭遇暴雨沖刷，而未采取薄膜覆蓋等防雨措施；瀝青路面產生裂縫后未及時處理，造成雨水沿著裂縫下滲至基層。這些施工問題，必然存在雨水沖刷引起半剛性基層的水毀。

3 半剛性基層病害處置措施

上文在分析半剛性基層材料的強度、收縮和聯結等特點的基礎之上，探討了半剛性基層主要的病害，現以新城中路為例，提出半剛性基層的病害處置措施。

新城中路為城市次干路，路線長1.12km，設計速度為30km/h，道路紅線寬度為24m，設計為雙向四車道。該道路路面結構形式采用瀝青混凝土路面，設計使用年限為15年。項目所在地區為浙閩沿海山地中濕區IV-4，且根據交通量預測及車型構成，結合設計年限內交通量年增長率，計算出車道累計當量軸次為1147.689×104次，可見交通量等級為中等交通。在此基礎上，通過計算確定本項目路面結構層如下：

4cm 細粒式改性瀝青混凝土AC-13C，LS=22.2(0.01mm)；

0.5kg/m2PC-3乳化瀝青粘層油；

5cm中粒式瀝青混凝土AC-16C，LS=24.4(0.01mm)；

0.5kg/m2PC-3乳化瀝青粘層油；

8cm粗粒式瀝青混凝土AC-25C，LS=27.5(0.01mm)；

1cm 3.0kg/m2PC-1乳化瀝青下封層，在施工熱瀝青表面處下封層之前，應先灑布高滲透乳化瀝青透層油；

20cm 5%水泥穩定碎石，LS=33.2(0.01mm)；

15cm 3%水泥穩定碎石，LS=75.5(0.01mm)；

20cm級配碎石，LS=178.9(0.01mm)；

土基Eo≥35MPa，LS=212.9(0.01mm)。

路面結構設計見圖1所示：

圖1 新城中路路面結構設計圖

針對半剛性基層的主要特點和主要病害，在新城中路的基層設計過程中，采取了一系列的處置措施，以防基層產生病害。

3.1 加強路基處理與壓實

為避免地基承載力不足引起的半剛性基層斷裂，在新城中路路面設計過程中，根據地勘資料，對軟土厚度較淺的路段進行換填處理，對軟土厚度較深的路段采用砂樁處理，而對一般路基段，路基壓實度按照次干路標準進行壓實（具體要求見表1），以提高路基承載力，防止因路基承載力不足而引起半剛性基層斷裂甚至破碎。

表1 路床土最小承載比和壓實度要求

3.2 嚴格控制原材料質量及級配

為避免強度不足引起的半剛性基層破碎，在新城中路的路面設計中，嚴格控制原材料的質量，從根源上保證基礎具有足夠的強度。要求半剛性基層采用的水泥為強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥或火山灰質硅酸鹽水泥，且粗集料的壓碎值應不大于30%，細集料的有機質含量不宜超過2%，應堅硬、干燥、無風化、無雜質。

同時嚴格控制新城中路半剛性基層的級配范圍（見表2）。在滿足設計強度的前提下，盡量減少水泥用量（控制水泥用量不超過5%），以保證基層級配良好，進而形成較高的強度。

表2 水泥穩定碎石層混合料的參考級配范圍

3.3 優化施工與嚴格養護

為避免施工或養護不當引起的半剛性基層裂縫，在新城中路設計中，對施工組織和養護提出了相應的要求，以減少基層裂縫的產生，具體有以下幾點：

（1）優化施工組織。在半剛性基層完成后，及時進入養護施工，保證養護期滿后及時施工下一道工序，以避免基層長時間暴露在空氣中產生的溫度疲勞裂縫；

（2）嚴格施工養護。半剛性基層完成后，應及時覆蓋薄膜養護（見圖2），并且當氣溫較高時，針對基層水分蒸發較快的情況，及時補水，用于減少基層干縮裂縫；

圖2 新城中路半剛性基層薄膜覆蓋養護

（3）半剛性基層施工的日最低氣溫應在5℃以上；

（4）應在混合料處于或者略大于最佳含水量時，進行半剛性基層碾壓，直至其達到按照重型擊實方法確定的壓實度；

（5）半剛性基層施工完成后，應進行車輛通行管制，禁止重車行駛。對施工車輛進行限速，要求車速不超過30km/h。

3.4 強化防水施工與養護

為避免雨水沖刷引起的半剛性基層水毀，在施工期間和通車后，采取相應措施，減少雨水侵入，防止基層沖刷損壞，具體有以下幾點：

（1）盡量避免在雨季施工，防止基層材料受潮；

（2）下雨前應及時停止施工，并對已完成施工的基層盡快完成碾壓，并覆蓋薄膜進行防水養護；

（3）基層施工完成后，應及時施工下封層，并控制下封層施工質量，做好基層的防排水工作；

（4）后期道路運營時，應對路面出現的裂縫進行及時養護處理，以防雨水下滲，造成基層損壞。

4 結束語

（1）半剛性基層材料具有強度、收縮和聯結等特點。這些特點受材料、溫度、濕度和荷載等因素影響。

（2）由于地基承載力不足、強度不足、施工或養護不當、雨水沖刷等工程問題，半剛性基層易出現斷裂、破碎、裂縫、水毀等病害。

（3）針對半剛性基層病害，可采取加強路基處理與壓實、嚴格控制原材料質量及級配、優化施工組織與嚴格施工養護、強化防水施工與養護等處置措施。

（4）本文以新城中路為例，探討半剛性基層常見病害和處置措施，通過對不同等級的道路半剛性基層進行深入研究，提出了定量化的病害發展規律和處置方法。