市政道路水穩層開裂的成因分析及防控舉措

黃素云

摘 要：水穩層作為道路的關鍵承重結構層，若出現開裂病害且未及時處治，不僅會影響自身還會波及面層，導致路面開裂。對此，基于實例，就水穩層開裂的成因展開分析，并提出了防控舉措，以供借鑒參考。

關鍵詞：水穩層開裂;成因分析;防控舉措

中圖分類號：U416? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）06-0013-03

1 項目實例

1.1 裂縫描述

某城市瀝青道路全長1 836 m，采用雙向4車道，道路寬度為24 m，路面結構層主要包括：AC-13細粒式改性瀝青砼表面層（4 cm）+AC-20中粒式瀝青砼中面層（5 cm）+AC-25粗粒式瀝青砼下面層（7 cm）;透層油采用乳化石油瀝青，噴灑量為1㎏/㎡;5%水泥穩定碎石基層（20 cm）;12%石灰土底基層（30 cm）。該道路路面結構為半剛性基層，建成通車后僅不到一年就出現了不同程度的縱向及橫向開裂，具體位置為：①右幅路面K12+139～K12+353路段，基層頂面發現橫向、縱向裂縫共21條，其中，橫向裂縫16條，縱向裂縫5條，裂縫長度約在14～32 m。②左幅路面K17+412處，于下面層頂面出現1道縱向開裂，裂縫長度為15.4 m，寬度為4～11 mm。③右幅路面K21+260～K21+605路段，于上基層頂面發現縱向開裂3條，裂縫長度約為12.6～19.5 m，橫向開裂11條，裂縫長度約為7～16 m。④右幅路面K24+237～K24+270路段，于上基層頂面發現縱向開裂2條，裂縫長度為14～33 m，裂縫寬度高達21 mm。

1.2 成因調查

鉆芯取樣。在發生開裂的位置進行鉆芯取樣，以了解形成裂縫的具體結構及嚴重程度。其中，對鉆取芯樣進行分析發現，出現裂縫的芯樣密實度差，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。

刨切路面。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，選取一段具有代表性的裂縫路段，并按照鋪筑的層次結構逐層刨切，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 水穩層開裂的成因分析

依據鉆芯取樣及刨切路面結果，對水穩層開裂的成因進行分析可知，造成水穩層開裂的成因眾多，主要有以下方面。

2.1 原材不合格

水泥質量不達標。從水泥穩定性來看，硅酸鹽水泥的穩定性好，而鋁酸鹽水泥穩定性差，尤其是部分小廠家生產的水泥，質量管控不嚴格，以致水泥的穩定性不滿足要求，一旦用于水穩層施工，就會導致后期出現較大收縮，從而形成收縮裂縫[1]。另外，水穩層施工中，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。

骨料質量不合格。水穩層混合料拌制過程中，所用骨料篩選不嚴格，骨料含泥量及泥塊含量超標，且粒徑<6 mm的骨料未測定液限及塑性指數，以致水穩層干縮性較差，一旦收縮應力超出水穩層強度就會出現干裂。

2.2 配比不合理

水穩料拌制時，試驗部門往往是依照既往類似項目經驗開展配比設計，而若未結合項目實際將材料特性、施工環境等納入考量范圍，則會導致混合料配比不滿足項目實際需要。

結合相關試驗數據可知，在骨料級配、成分一致時，混合料中水泥比例越高，7 d無側限抗壓強度越大（圖1），但在水泥比例超過5%～6%時，水穩層收縮相應增加，在收縮應力超出水穩層強度時就會出現收縮裂縫;而水泥比例過小，就會導致水穩層結構過于松散，強度不滿足要求，在外界車輛荷載的作用下，水穩層抗拉強度不足以抵抗外界拉應力時就會出現荷載裂縫[2]。

粗、細骨料級配不滿足要求，細骨料比例過大，使得骨料吸水率增加，水穩層內部結構變得疏松，結構強度變差，在受到外界超限荷載的作用時，就會在水穩層強度較低的斷面位置發生開裂;其次，使用不良級配的骨料時，存在粗、細骨料分布不均現象，水穩層結構強度變差，彎沉值變異系數相應變大，水穩層懸空系數增加，在粗骨料集中處強度較高，細骨料集中處強度偏低，且干縮系數變大，易于出現干縮裂縫。

2.3 施工不規范

水穩層施工工藝是否合理、操作是否規范，都是造成水穩層開裂的重要因素，具體表現如下。

水穩層施工前，路基填筑不平整、碾壓不密實，以致路基施工參數不滿足施工設計及規范要求，在后期出現不均勻沉降、路基開裂等現象，并逐漸反射到水穩層，導致水穩層出現沉降超限、開裂等質量問題。

水穩層混合料前期拌制不規范，拌制時間過短導致混合料拌制不均，粗、細骨料分布集中或過少，以致水穩層混合料攤鋪后，水穩層強度分布不均，細骨料位置強度偏低而易于出現荷載裂縫。

混合料運輸過程中，運輸車輛速度不均，存在猛起或急剎的情況，導致車輛出現顛簸、振動，或是在向攤鋪機料斗卸料時，傾角過大或卸料過快，均會造成混合料發生離析而影響水穩層的結構強度。另外，混合料攤鋪過程中，攤鋪速度快慢不一致，使得局部混合料厚薄不均，從而導致水穩層強度不一致，厚度較大位置強度高，厚度較薄位置強度低，強度較低位置出現開裂的幾率也大大增加。

混合料攤鋪碾壓過程中，含水量控制不到位，存在含水量過大或過小的情況，其中，若含水量超標則會導致碾壓難以密實，孔隙率過大，并出現粘輪、彈簧、波浪等質量問題，若含水量不足或運輸時防護不到位水分蒸發，就會導致混合料松散難以壓實，并在攤鋪后出現干縮裂縫。

延遲時間（即拌制到攤鋪碾壓的時間）控制不好，也會對水穩層強度造成影響。由下圖2可知，在延遲時間變長時，水穩層的強度損失也會變大，相應的水穩層強度也會降低。若延遲時間過長，且超出了混合料水泥的初凝時間，水泥膠凝效果大大降低，使得水穩層碾壓難以密實，而水穩層壓實度不足，就會導致水穩層強度降低而出現開裂[3]。

水穩層混合料攤鋪過程中，多使用2臺及以上的攤鋪設備采取階梯式攤鋪，受設備性能、操作誤差等的影響，使得攤鋪速度難以保持完全同步，進而加大了開裂幾率。此外，混合料攤鋪不均勻、碾壓不密實、測量不精準等，都可能會影響水穩層的密實度，進而導致其開裂。

2.4 養護不到位

在完成水穩層的攤鋪碾壓后，應按要求進行水穩層養護，并達到相應的養護期限（圖3），如若未按要求的齡期進行養護，就會導致水穩層不滿足設計強度要求，在外界荷載的作用下就會出現水穩層裂縫;其次，在水穩層凝結硬化過程中，因水化熱會導致水分流失過大，如若灑水養護不到位，就會導致水穩層混合料過度收縮而影響后期強度增長，進而致使水穩層出現干裂。

3 水穩層開裂的防控舉措

3.1 嚴控原材質量

抓好水泥質量管控。在水泥進入現場前，應按要求進行質量驗收，包括生產日期、批號、數量、強度等級以及出廠合格證等，確保水泥質量能夠滿足水穩層施工要求。其次，水穩層應選擇初凝時間>3 h，終凝時間>6 h的硅酸鹽水泥，保證水穩層良好的穩定性，水泥投入使用前，應再次進行檢查，以免不同批號、廠家的水泥混用，并對水泥強度、安定性做好試驗檢測，保證滿足施工要求[4]。

抓好骨料質量管控。選擇好骨料料源、確定篩孔尺寸，按要求進行過篩，選擇級配良好的粗、細骨料，保證骨料的質量及穩定性。同時，嚴格控制粗、細骨料含泥量及泥塊含量，3 mm以下細骨料粉塵含量應<12%，0.6 mm以下的細骨料應按要求測定液限及塑性指數，以有效保證水穩層的干縮性能。

3.2 優化配比設計

考慮施工中的波動性，水穩料拌制時的實際水泥劑量應比設計略多，但在強度滿足要求的前提下，還要避免過多使用水泥，確保實際用水泥劑量不超過設計的-0.2%～+0.5%，進而降低水穩料的收縮性，規避收縮裂縫的產生。其次，對于水泥劑量的測定，應隨機抽取拌制后樣品進行水泥劑量滴定試驗，繪制水泥劑量標準曲線，并將每日水泥實際用量與設計用量進行對比，保證水泥劑量的一致性，避免水泥劑量超標水化熱過大而引發溫縮裂縫。

嚴格依照施組設計及項目實際優化配比設計，同時，還要將材料特性、運輸距離、施工環境等因素考慮在內，保證配比設計的合理性與可行性。在實際配比設計時，可在保證水穩層強度的前提下，對骨料比例予以適當調整，以減少水泥用量，避免收縮裂縫。

3.3 強化施工管控

按要求規范路基作業，保證路基攤鋪平整、碾壓密實，并在水穩層施工前，依照路基質量標準要求，對其平整度、壓實度等予以檢查驗收，質量驗收合格后方可進行水穩層攤鋪作業。

嚴格控制水穩料拌制時間，避免拌制時間不足就開機出料，同時還要防止拌制過度而出現離析，拌制時間控制在35 s左右，保證混合料拌制的均勻充分。拌制后的混合料向車廂裝料時，下料斗與車廂底部應<2 m，卸料時車輛保持前后中移動，分3次裝料，以免卸料時出現離析。

運料車起停應輕緩，避免急剎、急停，運輸應勻速平穩，防止顛簸震蕩出現離析，卸料時與攤鋪機緊靠，車廂提升應緩慢、傾角<30°。另外，水穩層攤鋪時，布料器應勻速轉動，保證攤鋪均勻一致，避免混合料厚度不一而影響水穩層強度。

為滿足施工現場要求，混合料實際含水量應比最佳含水量略高1%～2%，以防止碾壓時出現松散、粘輪、起拱，保證水穩層碾壓施工質量，避免壓實度不足而導致水穩層出現開裂[5]。

正式施工前，應首先選擇試驗段進行試鋪，以驗證配比參數、碾壓設備、施工參數等，以保證水穩層的施工質量。正式施工時，應結合試驗段確定的參數予以攤鋪碾壓密實，嚴控水穩層壓實度，保證水穩層施工強度。

根據試驗段確定的延遲時間，控制好混合料拌制到碾壓的時間，以免水泥發生終凝而降低水穩層強度。水穩層碾壓采用振動壓路機與輪胎壓路機搭配作業，碾壓時由兩邊向中間進行，使用振動壓路機先靜壓、再振壓，然后用輪胎壓路機碾壓直至密實度滿足要求，每次碾壓應錯開1/2輪寬，膠輪壓路機錯開1個輪寬，以保證水穩層碾壓的均勻密實，防止碾壓不足而引發的開裂。

3.4 抓好養護管理

水穩層完成碾壓且密實度達標后，應及時覆蓋土工布、麻袋進行保濕，防止水分過快蒸發，同時，根據天氣情況在覆蓋材料上灑水，使水穩層保持濕潤，補水養護時間不得低于7 d，進而有效保證水穩層的后期強度。養護過程中應做好成品保護，防止過早承荷、碰撞而造成水穩層開裂，養護完成后撤去上層覆蓋物，并將表面清理干凈。

4 結語

水穩層作為道路的重要結構組成，其鋪筑質量關系著道路的整體修筑質量及使用壽命。因此，須切實抓好水穩層鋪筑相關環節的施工管控，規范作業施工，嚴格質檢驗收，以打造優質道路工程福澤民眾。

參考文獻

[1] 吳旭彪，賀軍，陳搏.高速公路半剛性基層裂縫影響因素分析及處治措施[J].黑龍江交通科技，2021，44（8）：48-49.

[2] 王星，楊橋禮，韓澤鋒，等.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] 石愛云.水泥穩定碎石基層裂縫病害分析及預防措施[J].交通世界，2019（24）：16-17.

[4] 梁小鵬.如何防治水泥穩定碎石基層裂縫[J].工程建設與設計，2017（22）：112-113.

[5] 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.