市政道路水穩層開裂成因與應對措施探討

摘 要：水穩層因故開裂作為道路常見病害問題，其成因眾多且影響巨大，若未能事先規避或有效控制，不僅影響自身承重，還會引發面層開裂、破損，影響道路使用。鑒于此，以某市政道路施工為例，首先對水穩層開裂的諸多成因展開分析，并針對性地提出了一系列應對舉措，供同仁閱鑒參考。

關鍵詞：市政道路；水穩層開裂；成因分析；應對舉措

中圖分類號：U416.2 " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2022）10-0019-03

1 項目概況

某城市主干道全長5 636.5 m，為雙向4車道設計，路寬24 m，設計時速40 km/h，采用瀝青混凝土路面結構形式，基層為水泥穩定碎石基層，厚度為35 cm，兩次施工。首次先進行200 m試驗段鋪筑施工，在經過7 d的標準養護和施加一定荷載后，對水穩基層的裂縫情況進行現場采集，發現不同程度地存在縱、橫向開裂情況（表1）。

通過對發生開裂的位置進行鉆芯取樣發現，發現裂縫的芯樣密實度較差，骨料級配不均，存在骨料離析現象，且水穩層整體較為松散，并出現貫穿基層、面層的橫向裂縫。由于鉆芯取樣僅能反應局部裂縫情況，因此，為查找開裂的具體原因，選取試驗段具有代表性的位置，并按照鋪筑的層次結構逐層分塊切割，其中，裂縫最寬位置達21 mm，裂縫兩側呈現錯臺狀，上、下基層的裂縫處于同一斷面，且斷裂面水穩層呈破碎狀，強度較差，并在承載性較差位置出現縱向開裂。

2 市政道路水穩層開裂的成因分析

2.1 原材質量不合格

2.1.1 水泥質量不達標

部分施工對水泥原材質量把控不嚴格，以致水泥強度低、穩定性差，達不到標稱強度等級要求，如若投入水穩層施工，則極易導致水穩層后期產生較大收縮而形成收縮裂縫。另外，水泥進場驗收未按要求進行原材檢測，不同廠家、批次、標號的水泥混合使用，使得水穩層出現不均勻收縮，也會加大開裂的幾率[1]。

2.1.2 骨料質量不過關

對水穩層混合料所用骨料的篩選、質檢不嚴格，所用骨料的來源、粒徑大小、含水含泥量等沒有認真核查、抽檢，且堆放混亂。若骨料的含泥量及泥塊含量超標，且粒徑＜6 mm的骨料未按規定測定液限及塑性指數，則易導致水穩層的干縮穩定性較差，當干縮應力大于水穩層中水泥的彎拉強度時，便會出現干裂。

2.2 配比設計不合理

水穩混合料的配比設計既要有理論參考值，也要結合項目實際情況，如果僅憑以往經驗，沒有充分考慮材料特性等因素，很可能導致混合料配比不符合實際要求。

根據試驗數據可知，在骨料成分相同、級配一致時，混合料中水泥的比例和7 d無側限抗壓強度成正比，即水泥占比越大，抗壓強度越高。而如若水泥比例＞6%時，水穩層收縮應力就會增大，當水穩層強度小于收縮應力時，就可能出現收縮裂縫；而如若水泥比例過小，水穩層板結效果較差，強度相對較低，道路交付使用后，在來往車輛的荷載作用下，就可能出現荷載裂縫[2]。

如骨料級配不合理，其中細骨料比例超標，骨料吸水增多，將導致水穩層內部結構不穩、結構強度變低。一旦受到超限荷載影響，水穩層強度較低的部位就會出現開裂現象。如若骨料級配不連續，粗、細骨料分布參差不齊，將導致水穩層結構強度不均，彎沉值變異系數和水穩層懸空系數增加，粗骨料聚集位置強度大，細骨料集中位置強度小。且骨料分布不均也會造成干縮系數增大，水穩層容易因收縮不均出現貫穿開裂[3]。

2.3 施工作業不規范

現場施工工序是否規范、工藝是否合理、操作是否標準都直接影響水穩層質量，具有以下幾種情況。

第一，水穩層施工前，未按要求對路基質量予以嚴格檢查驗收，以致路基因填筑凹凸不平、碾壓松散不實，導致路基參數不滿足水穩層施工要求，在后期極易出現路基不均勻沉降、不規則開裂等現象，并逐漸傳遞至水穩層，進而發生沉降超限、裂縫等病害。

第二，水穩料拌制不滿足要求，拌制時間短導致骨料分布不均勻，粗骨料聚集處與細骨料聚集處強度存在明顯差異，由此導致在外界荷載的長期作用下，強度較低部位容易出現荷載裂縫。

第三，水穩料運輸時操作不當，如運輸車輛不夠、交通不暢等導致前后場銜接失衡，出現斷料停工現象；運輸車輛速度控制不好，起步過猛或急剎駐停，導致混合料顛簸振動出現離析現象；此外，向攤鋪機卸料時，卸料傾角過大、速度過快，也會導致混合料離析，進而影響結構強度。

第四，水穩料攤鋪時，攤鋪速度控制不好、厚度薄厚不均，造成厚度大和厚度薄的位置強度不同，強度低的部位開裂幾率增大。另外，攤鋪碾壓時未按要求控制好含水量，以致碾壓難以密實，若含水量過大會導致碾壓不夠密實、孔隙率增大，且易于發生粘輪，并出現彈簧、波浪等問題，若含水量過小會導致混合料無法板結等問題。

第五，水穩層強度損失和延遲時間成反比，隨著延遲時間（自拌制出料至碾壓的時間）變長，水穩層強度損失會越來越多，此時的水穩層強度也會變小[4]。如圖1所示。如果延遲時間超過水泥的初凝時間，水泥的膠凝性效果將失效，水穩層碾壓時將會松散，很難成型，甚至開裂。

第六，在水穩料攤鋪、碾壓時，考慮到道路建設速度和要求，一般使用2臺以上攤鋪機、4臺以上壓路機，采取階梯式同步作業，如果設備自身性能不好、操作失誤、測量不準等，就會造成攤鋪、碾壓不同步，增加開裂幾率。

2.4 工后養護不到位

水穩層作業完成后，應按照設計規范要求進行養護，養護齡期和水穩層強度如圖2所示。如若齡期不夠將會導致水穩層強度不足，在外界荷載作用下，水穩層就容易出現裂縫。此外，在水泥凝結硬化時，產生水化熱反應，水分會大量流失，如若灑水量及頻次不夠，也會影響水穩層混合料收縮，造成水穩層干裂。

3 市政道路水穩層開裂的應對措施

3.1 嚴控材料質量

一是嚴控水泥質量。水泥在進場前，要嚴格進行質檢驗收，核查生產廠家、生產日期、批次批號、強度等級、規格數量、出廠合格證明等資料，確保其質量符合施工要求。為最大限度降低水穩層開裂現象，水泥應選擇穩定性較好的硅酸鹽水泥，且初凝時間＞3 h、終凝時間＞6 h。進場后根據廠家、批號不同，分別儲存在干燥的水泥罐內。在混合料拌制前，應再次檢查防止水泥混用，并抽取水泥樣本對強度、性能等參數進行試驗檢測，確保滿足水穩層施工要求。

二是嚴控骨料質量。精心選擇骨料料源，明確篩孔尺寸，對所有骨料過篩，確保符合施工要求。同時，選擇級配較好的粗、細骨料，嚴格控制含泥量，粒徑低于5 mm的細骨料中粉塵含量＜12%，粒徑低于0.6 mm的細骨料需對材料液限和塑性指數進行測定，確保水泥干縮性能滿足要求[5]。

3.2 優化配比設計

考慮到施工過程中的波動性，在拌制水穩混合料時，實際水泥用量應比設計用量略多一些，一般為+0.5%，確保在滿足強度要求時避免過多摻加水泥，防止混合料收縮性降低[6]。另外，對水穩層拌制料還要隨機抽樣測定水泥劑量，采用滴定試驗方式，繪制水泥劑量標準曲線，并將實際水泥劑量與設計進行分析對比，防止水泥劑量超標引起溫縮裂縫。

水穩層施工中，要完善施工組織設計和專項施工方案，優化配比設計，充分考慮材料特性、運輸方式和距離、周邊施工環境等因素，確保配比設計更符合現場實際需要。在配比設計中，盡量優化調整骨料比例，減少水泥用量，以防止收縮裂縫。

3.3 強化施工管控

嚴格控制路基攤鋪、碾壓質量，規范施工，加強質檢，并在水穩層正式施工前，再次對路基開展質量驗收，確保平整度、壓實度等指標滿足設計規范及水穩層施工要求后即可開展水穩層作業。

加強拌制時間控制，既要防止混合料拌制時間不足就出料，也要防止拌制過度造成離析。拌制時間盡量控制在35 s，水穩料裝車時，下料斗和車輛底部不得過高，距離＜2 m。伴隨著下料，車輛緩慢移動，分前中后三次裝料，防止混合料堆積出現離析[7]。

混合料運輸車輛應輕啟、勻速、緩停，運輸過程保持平穩，減少顛簸震蕩。卸料時，運輸車和攤鋪機緊靠一起，車廂緩慢提升且傾角＜30°卸料。攤鋪時，布料器要勻速轉動，確保松鋪厚度一致，以免影響水穩層強度。

考慮到現場施工環境，水穩層混合料實際含水量需比最佳含水量高1%～2%，這樣在碾壓時，混合料不易松散、粘輪、起拱，壓實效果更好，水穩層不易開裂[8]。

通過前期試驗段試鋪，驗證材料配比、施工參數是否合理，同時檢驗機械設備性能、前后場組織協調能力。試驗段數據要完整記錄，正式施工階段根據試驗段參數對專項方案進一步優化，確保攤鋪、碾壓質量滿足表2的標準要求，進而有效保證水穩層施工質量。

根據前期確定的延遲時間，優化混合料拌制、運輸、碾壓時間，防止水泥終凝影響水穩層強度。碾壓應采用振動、輪胎壓路機配合，由道路兩邊向中間依次進行。每次碾壓錯開1/2輪寬，膠輪壓路機錯開1個輪寬，這樣水穩層碾壓會更均勻，也不易開裂。

3.4 規范工后養護

水穩層施工完成后，要立即用土工布、麻布等材料覆蓋保溫保濕，防止水分蒸發過快。如果氣溫過高，還要經常性在覆蓋材料上灑水，保證水穩層的濕潤度，灑水養護時間至少7 d，每日至少2次灑水。在養護過程中，要注意保護成品，對已完路段實行圍擋，嚴禁機械、人員隨意進入現場，防止碰撞破損或承荷過早引起水穩層開裂。待養護完成后，再去除覆蓋材料，清理表面。

4 結語

作為道路的關鍵承重結構層，水穩層承受著上部結構自重以及上行人、車帶來的各種作用力，因此其鋪筑施工是否規范、鋪筑質量可否達標極為關鍵，不容小覷。對此，應嚴控材料質量、優化配比設計、強化施工管控、規范工后養護、嚴格質檢驗收，從而打造精品道路工程造福民眾。

參考文獻

[1] 郭川.水穩碎石基層裂縫成因及防治措施分析[J].工程技術研究，2020，5（21）：163-164.

[2] 王星，楊橋禮，韓澤鋒，王緒正，韓雷昌.晉紅高速公路水泥穩定碎石基層裂縫原因分析與防治[J].云南水力發電， 2019，35（S2）：43-45.

[3] 梁志通.道路水泥穩定碎石基層縱向通長裂縫成因分析及處理措施[J].城市建筑，2019，16（6）：139-140.

[4] 賀旭洲，張曉明.水泥穩定碎石基層產生縱向裂縫的原因分析及處治措施[J].北方交通，2019（6）：70-72.

[5] 余志剛.城鎮道路水泥穩定碎石基層施工與質量控制研究[J].安徽建筑，2021，28（7）：185+194.

[6] 石帥.某高速公路抗裂型水泥穩定碎石基層技術研究及應用[J].工程技術研究，2021，6（3）：66-68.

[7] 游劍峰.水泥穩定碎石基層開裂成因與處治方法探析——以漳州市某市政道路工程為例[J].江西建材，2021（4）：154-155.

[8] 崔先覺，史秀平，龔育超.水泥穩定碎石基層路面裂縫的防治研究[J].北方交通，2017（5）：56-58.