水泥稳定碎石基层裂缝的防治研究

水泥稳定碎石基层裂缝的防治研究【摘要】文章简要分析了水泥稳定碎石基层裂缝的危害、产生机理，并针对产生裂缝的原因，提出防治措施。

【关键词】水泥稳定碎石基层；裂缝；防治水泥稳定碎石基层是路面结构的主要承重层，由于其具有水稳性好、承载力高、抗冻性好、刚度大且较经济等优点，因而在公路建设中被广泛采用。

然而水泥稳定碎石料也有其与生俱来的缺点，如：脆性大，对温度和湿度敏感性强，极易因为温度变化和湿度变化造成混合料收缩裂缝，也可能由于地下水中的硫酸盐等化学物质侵蚀、路基不均匀沉降等原因而开裂，直至后期反射至沥青路面，产生反射裂缝，造成沥青路面的破坏。

一、裂缝的危害分析（1）降低基层的整体强度。

（2）形成反射裂缝，使沥青混凝土路面相应出现有规则的横向裂缝、起拱。

若不及时处理，雨水从裂缝内向下渗透，沥青混凝土和基层裂缝缝隙处充满自由水，在车辆荷载反复冲击下，就会使沥青混凝土中粘附在碎石表面的沥青剥离，基层的细集料形成泥浆被挤压出路面，沥青混凝土路面出现坑洞、碎裂、松散，造成沥青混凝土路面早期破损，影响其使用寿命。

二、裂缝形成的机理分析（一）收缩裂缝收缩裂缝是工程上发生较普遍的裂缝，这种缝一般在水稳基层完工后20天左右产生，缝宽多为10～15mm，横向贯通或半贯通。

其产生主要是由于压实后的水稳基层中水不断蒸发和水泥水化作用使水分不断减少，产生吸附作用、毛细管作用、材料矿物晶体、凝胶体、层间水的作用以及碳化收缩作用等，使水泥稳定基层压实体积收缩，从而形成裂缝。

（二）内应力裂缝内应力裂缝是工程上发生最多的裂缝，主要是由于水稳基层自身材料干缩和温差应变胀缩产生的拉应力超过其自身的极限抗拉强度，导致水稳基层从强度薄弱断面处断裂而产生。

含集料较多的材料产生的裂缝主要以温缩为主。

而含土或含矿料细粉料较多材料产生的裂缝主要以干缩为主。

（三）荷载性裂缝荷载裂缝一般发生在基层的底部，由于车辆荷载的反复作用，裂缝逐渐向上扩展至表面，乍轮筒载作用下产生的裂缝。

荷载裂缝主要有局部网状裂缝和沉降裂缝两2种形式。

局部网状裂缝亦可称龟裂，是由于局部地区沉降过大，从而在外力的作用下形成的结构性破坏而形成的裂缝，局部网状裂缝对道路的破坏性较大，若是遇到降水天气，那么雨水将随着裂缝下身，与外力共同作用引发路基翻浆。

沉降裂缝表现在水泥稳定碎石基层所产生的纵向裂缝，一般由于局部土基层以及底部基层压实达不到标准的要求，导致路基的不均匀沉降引发的，容易在重车和荷载作用下形成反射裂缝，该种类型的裂缝在某些时候呈现弧状分布，并且其裂缝表面具有一定的高度差异。

此外，填挖交接地段以及桥涵踏板处也呈现横向沉陷裂缝。

三、裂缝产生的原因分析（一）材料原因（1）水泥。

在水泥稳定碎石中，水泥发生水化反应，产生出具有胶结能力的水化产物。

这是水泥稳定碎石强度的主要来源，另外还有离子交换作用、化学激发作用和碳酸化作用。

由于水泥用量的增加，这些作用逐渐加强，在强度增长的同时，干缩系数和温缩系数都随水泥剂量的增加而增大。

（2）集料。

粗集料继配不连续，含泥量较大，小于0.075ram的颗粒含量控制不到位。

碎石压碎值、含泥量等指标达不到要求，造成水泥稳定碎石的干缩性增大，砂太细及含泥量超标，均会导致基层产生裂缝。

（3）含水量。

含水量对水泥稳定碎石的强度影响很大。

当含水量不足时，水泥不能在混合料中完全水化和水解，发挥不了水泥的稳定作用，进而影响强度形成；含水量大时，混合料中自由水多，不但影响混合料的密度和强度，还会明显增大混合料的干缩性，使结构容易产生干缩裂缝。

（二）施工方面的原因（1）混合料的拌和。

如果混合料拌和不均，使局部粗、细集料集中，或局部水泥剂量过大，都可导致裂缝产生。

（2）混合料的运输、摊铺。

混合料拌和后，未能及时运至施工现场，或者因运输距离长、混合料在运输过程中未采取覆盖措施，使混合料的水分散失。

以及摊铺段过长使混合料的水分蒸发过大，都可造成水稳基层表面失水干燥产生干缩裂缝。

如果在运输过程中出现严重颠簸使混合料产生离析，或者摊铺不均时亦可产生粗、细集料集中现象而导致裂缝产生。

（3）碾压方法不当.压实成型是水稳基层施工中的重要工艺，影响压实效果的因素较多，诸如含水量、压实机械及方法等。

如果在初压过程中压路机吨位过大、碾压速度过快，往往会产生施工裂缝。

另外，过振碾压，易造成水稳层表面水泥浆大，从而增大了表面收缩性，同样亦可产生收缩裂缝。

（三）养护不当导致裂缝若施工中温度过高或者晒水不及时则会导致水泥稳定级配碎石基层顶部与底部温差过大，最终产生温度裂缝和干缩裂缝。

四、裂缝的预防措施（一）原材料控制（1）水泥。

水稳碎石使用的水泥必须为缓凝水泥，水泥的终凝时间一般应在6～10小时之间，以保证水泥稳定碎石有足够的时间拌合、运输、摊铺、碾压成型。

不同的水泥的干缩性有所不同，在水泥稳定碎石基层施工中宜选用收缩性小的水泥，如硅酸盐水泥。

同时水泥出厂后应存放一定时间，若直接使用，水泥在拌合中产生大量水化热，会导致裂缝。

（2）集料。

对水稳基层所选用的集料要进行筛分试验，检查矿料是否符合设计及规范中材料的颗粒级配要求，压碎值及塑性指数、含土量等是否超标。

经检查如级配不符合要求，则应做到缺什么材料补什么材料，这是控制粗细集料产生集中现象的重要关口。

集料尽可能采用粒料含量较多、不含塑性细土的材料，同时，为了减少水稳粒料的收缩性，限制集料中小于0.075mm细粉含量不超过5%。

（3）水。

通常情况下，适合人体饮用的水都可直接用于水稳拌合和养护。

当不确定是否可用时，应通过试件抗压强度比对试验进行确定。

（4）外掺剂。

加入粉煤灰添加剂，以延长水泥的初凝时间，减少水化反应的需水量，改善水泥的性能。

（二）严格控制施工配合比为了减少离析和开裂，进行水泥稳定碎石配合比设计时除考虑强度外，还应考虑干缩性和施工和易性。

因为混合料骨架密实结构比悬浮密实结构收缩性小，而且集料平均粒径越大，混合料收缩性越小，所以，在进行配合比设计时，应加强矿料优选，选择级配相对较粗的骨架密实结构。

（三）控制施工温度水稳基层施工最好选择在年平均气温时期施工。

因为这个时候气温变化不大结构内温度应力较小，水稳层不易产生热胀冷缩的现象。

施工时的气温与一年中最冷或最热时的温差越大，越易产生温缩性裂缝。

如果在夏天酷暑条件下施工，最好能选择在早晚的时间，尽可能避开中午时间进行摊铺，并要加强覆盖洒水养护保证水稳层处于湿润状态。

冬天气温低于5℃时，一般不能进行水稳基层的施工。

在有冰冻的地区.应在第一次重冰冻（-3℃～5℃）到来之前半个月到一个月内完成。

（四）控制混合料含水量水泥稳定碎石基层干缩应变随混合料的含水量的增加而增大，施工碾压时，含水量越大，基层越容易产生干缩裂缝，且干缩裂缝越严重。

因此，应严格控制混合料的含水量。

a压实中含水量宜控制在最佳含水量±o.5%的范围之内，但应视具体施工条件选择。

如气候炎热，水分挥发散失速度快，或运输路程较长，在运料过程中水分损失较多，含水量就要上调。

选择的原则是在保证压实质量的情况下，尽量降低含水量。

b碾压过程中混合料表面出现干燥现象时，最好不要用洒水车喷水，防止水分喷洒过量，可采用压路机自身的间歇喷水装置少量补水。

另外，为了避免造成停车处滴漏的水分过量，在铺筑前准备阶段，洒水车不要在底基层上停车。

（五）拌合质量的控制为避免粗细集料集中或局部水泥剂量过大而产生收缩裂缝，必须采用集中厂拌法。

拌和时，根据批复的配合比调试好拌和站的生产配合比，以保证拌和的均匀性和计量的准确性。

拌和站设三个或四个料斗，各料斗出料数量由调速电机控制，水泥罐仓都配备有高精度的电子动态计量器。

经过计量标定，且预先调试。

生产前同监理工程师一块确定好出料曲线，并按水泥、集料与水的重量比例配混合料，并进行混合料的筛分检验级配。

拌和前应检查场内各种集料的含水量，以计算当天的外加水量（气温较高时，混合料的含水量应比最佳含水量高0.5—1%）。

捧和后及时取干混合料进行筛分试验，检查是否符合设计的配合比同时进行混合料含水量、含灰量的抽检工作。

每2小时一次。

高温作业时，早晚与中午的含水量根据温度变化及时调整。

（六）装料和运输在装车和运输中采取了如下措施，以减少在混合料下落过程中及运输中发生离析和水分蒸发：a向运料车中装料时，为了减少离析，分3～5次装；b为了减少水分散失，运料车装满料后，用完整的篷布覆盖，篷布紧固在车厢两侧。

（七）施工工艺选择及控制（1）分层摊铺，一次成型。

分层摊铺，具体来说，就是上下基层连续摊铺，在下基层摊铺碾压结束后，立即摊铺上基层，且上基层碾压成型在下基层初凝结束后，终凝开始前结束。

相当于传统工艺，这种新工艺，对施工组织要求很严格，特别在时间控制上，施工期间不允许存在脱节、疏忽，需连续不间断进行。

在施工组织得当的情况下，实践证明采用这种工艺施工的道路，钻芯取样的芯样完整、无分层现象，形成一个整体，由此提高了水稳层的整体板块稳定性，在反复荷载作用下，还能有效减少裂缝的产生。

（2）碾压成型。

压实度的控制是保证水泥稳定碎石混合料强度达到标准要求的重要指标之一。

水稳摊铺机摊铺至50m左右时，首先进行初压、复压、终压，城市道路各种地下工程管线设施的检查维修井和未能及时迁移的地上杆线给基层的碾压带来了难题。

这些结构设施的周围往往是大型机械碾压的死角。

尽管面层将采用钢筋加固补强措施，但基层的压实度保证仍不能松懈。

井周围混合料的摊铺厚度可比正常路段薄一些，水泥的含水量增加1%左右，使用小型机具夯实多遍，以保证压实度达到标准。

为了保证井周围路面的工作寿命，再配合路面的井圈加固。

（3）施工接头。

基层在施工过程中留有接头是难以避免的。

但接头处往往在温度应力、基层收缩应力和交通何载的反复作用下，容易诱发为裂缝，从而导致沥青面层产生反射裂缝。

因此，基层施工过程中，应尽量减少接头。

无论是土路基还是基层，都应保证以完整的半幅断面施工，并且不得少于一定长度，严禁小面积“鸡窝窝”式的施工方式。

两幅基层之间的衔接处的松散部位应切掉。

两次施工处接头以竖直形式搭接，上下两层接头之间最少错开lm。

（八）养生及交通管制在每一段碾压完成以后应立即开始养生。

将草袋或麻布湿润，然后人工覆盖在碾压完成的基层顶面。

覆盖2小时后，再用洒水车洒水，洒水车的喷头采用喷雾式，严禁使用高压或喷管，避免破坏基层结构。

在7天内保持基层处于湿润状态，28天内正常养护。

上一层路面结构施工时方能移走覆盖物，养生期间定期洒水，养生结束后，将覆盖物清除干净。

值得强调的是，养生期要大于7天。

养生期内洒水车严禁在铺设的基层上行驶，做好交通管制工作，严禁车辆通行。

五、结束语总之，产生水泥稳定碎石基层裂缝的原因是多方面的，但只要我们在施工中，严格控制原材料的质量，进行优化配合比设计，有效防止混合料离析，采取适当的摊铺、压实工艺，并注意混合料养生，就能大大减少基层裂缝，从而降低路面病害的产生。