水泥碎石稳定道路基层裂缝的成因、处置及控制

许昌市农村公路管理处 程新相

水泥碎石稳定道路基层裂缝的成因、处置及控制

许昌市农村公路管理处 程新相

水泥碎石稳定道路基层（以下简称水稳层）是目前应用比较广泛的路面基层材料，由于其自身存在缩变或受其他因素的影响常常产生明显的裂缝，如，裂缝反射到面层即形成路面裂缝，当雨水经路面裂缝流渗到路基内，浸润弱化基层及路基时，在车辆反复碾压下被雨水浸润弱化的部位就会快速损坏。这不仅影响路面外观，最主要的是大大缩短了道路的使用年限。水稳层裂缝是一个普遍存在且危害很大的道路病害。本文，笔者根据多年工作经验，结合相关新工艺、新技术的推广使用，就道路水稳层裂缝成因、处置方法及预防控制措施进行了简要阐述。

一、裂缝现状

笔者通过对10条水稳层沥青碎石面层道路的长期跟踪调查发现，路面均存在不同程度的横向裂缝，部分伴有纵向裂缝，个别部位存在网裂现象。调查的10条道路均为2004-2009年建设完成并投产使用的，单幅宽度在15～50m之间。道路裂缝按照严重程度分为以下3种情况。

1.裂缝程度轻微型。其中2条道路横向裂缝轻微，裂缝平均间距182m以上，裂缝宽度0.5～2mm，基本无纵向裂缝。道路结构形式：两层（10%～12%）石灰稳定土+两层骨架密实型级配水稳层+沥青面层。

2.裂缝程度显著型。其中6条道路横向裂缝比较明显，裂缝平均间距约22m，裂缝宽度2～4mm，伴有少量纵向裂缝。道路结构形式：两层（10%～12%）石灰稳定土+两层悬浮密实型级配水稳层+沥青面层。

3.裂缝程度严重型。其中2条道路横向裂缝严重，裂缝平均间距约16.5m，裂缝宽度4mm以上，伴有纵向裂缝和支缝。道路结构形式：两层（10%-12%）石灰稳定土+一层悬浮密实型级配水稳层+沥青面层。

二、裂缝成因

水稳层裂缝主要来源于以下3个方面。

1.反射裂缝。即由于下基层裂缝向上反射形成的水稳层裂缝。一部分水稳层裂缝是由于下基层裂缝的反射引起的。下基层裂缝程度主要受施工质量和施工原材料两种因素的影响。

（1）施工质量影响。实践表明，裂缝程度与路基及下基层的压实度及芯样7天无侧限抗压强度成非直线反比关系，与路基的弯沉值大小（贝克曼梁测定的数值）成非直线正比关系。即下基层压实度越高，芯样7天无侧限抗压强度越大，弯沉值越小，其稳定性和强度就越好，越不易产生裂缝；反之，就容易产生裂缝。

（2）施工原材料影响。施工所选用原材料的类型对于下基层裂缝的影响程度较大，如下基层采用石灰稳定土、水泥稳定土或石灰水泥二灰稳定土，由于其干缩明显，很容易产生较大的干缩裂缝。

2.自身裂缝。即由于水稳层自身温缩和干缩变形引起的裂缝。水稳层自身裂缝是因为选用的级配结构和施工工艺不合理，没有将其温缩和干缩变形量控制到较小或接近最小，从而使水稳层在使用中产生较为明显的裂缝。影响水稳层温缩和干缩变形量大小的因素主要有以下几方面。

（1）集料级配不合理。在水稳层抗压强度相同的情况下，集料空隙越大，水泥用量越大，骨架用料越小，越容易产生裂缝；反之裂缝就少且细。实践证明，选用骨架密实型级配的水稳层，比采用骨架空隙结构或悬浮密实结构级配的水稳层所产生的裂缝要轻微得多。

（2）施工碾压工艺不适当。碾压设备小于18吨、配置不齐、碾压过程集料推移大、碾压次数少、工序不当等，均会导致碾压密实度小，进而诱发裂缝。裂缝产生的程度与碾压养生的干密度成非直线反比关系，即干密度度越大，裂缝越少且轻；反之，裂缝就越严重。

（3）施工气温偏高或偏低。水稳层施工气温在5～25℃为佳。若气温偏高，如在夏季气温28℃以上施工，水泥初凝和终凝时间缩短，水分蒸发快，容易使水稳层干密实度降低，引发裂缝。若气温偏低，如冬季气温低于5℃施工，也难以保证碾压压实度和干密度，增大温缩和干缩变形量，同样会诱发裂缝。

（4）养生保护不到位。水稳层施工期间，要按照规范精心保湿养生，达到规定养护龄期，满足设计强度要求。同时，做好交通管制，防止过早使用，禁止车辆通行，以免造成基层早期损坏，进而引发裂缝产生。

3.荷载裂缝。即由于路面所承受荷载超过了道路的抗弯拉强度，从而引起基层变形断裂形成的裂缝。这种裂缝往往很不规则且稠密。

三、裂缝处置

1.裂缝处置类型。裂缝处置按其处置时间的先后，可分为前期处置和后期处置两种方式。前期处置是指水稳层设计施工中，根据使用的施工工艺和以往产生裂缝的情况，沿道路纵向长度每间隔一定距离预设切缝（悬浮密实型间隔18m左右，骨架密实型级配间隔180m左右），用灌缝料灌缝处理后，再进行面层铺设。后期处置是指道路运行一个完整年后，针对裂缝病害情况采取相应的处理方法加以处置。

2.裂缝处置方法。针对不同类型的裂缝常采用不同的处置方法。

（1）对于缝宽2～5mm的细缝。先用鼓风机配合其他工具将缝隙杂物清理干净，再用改性乳化沥青灌缝（灌入越完全越好），然后填入筛好的干净石屑或细砂并捣实，最后将溢出的多余用料清除干净，即可。

（2）对于缝宽大于5mm的粗裂缝。先将缝内、缝边的碎料、垃圾清除干净，保持缝内干燥，再用改性乳化沥青灌缝处理或专用灌缝料灌缝处理，最后在表面布撒粗砂或细石屑，即可。

（3）网状裂缝的处理。需视情况而定：若路面与基层之间夹有不稳定结构层时，应先将其铲除再处理；若因结构层积水引起的网裂，应将网裂部位全部铲除重新铺筑。新型裂缝处理材料，如贴缝带、抗裂贴、灌封料等，处置效果也很好，均可酌情使用。

四、裂缝控制

在道路设计、施工及运营管理中采取以下三项措施，可以有效减少和控制裂缝的产生。

1.提升设计指标，杜绝超载，防止荷载裂缝。道路施工图设计不仅要以沿线的水文地质为基础，更要充分考虑交通量、车辆载荷、车速等因素，预留一定的使用安全系数，特别是对道路路基、基层在使用年限内，要保证其稳定性。同时在道路使用运行中要做好交通管制工作，严防超载使用，否则道路很容易产生荷载裂缝。

2.对于路基及下基层，采用土壤固化剂施工可有效减少和防止反射裂缝。土壤固化剂是一种能快速且显著地改变土壤力学性能的工程材料，可以使土壤具有相对强度高、缩性量小、颗粒间空隙小、压实度高、不会出现“再次泥化现象”等工程特性。土壤固化剂可与土壤的矿物质发生溶解、结晶、吸收、扩散、再结晶链式化学反应，使土壤颗粒间具有良好的链接状态，使土壤的结实度、紧固度、强度大幅度增加，从而将道路的基础凝结成整体结实、稳定、持久的板块结构，使加固土具有不可逆的、良好的耐久性。土壤固化剂固化的路基或基层与传统路用土壤固化材料水泥、石灰、粉煤灰固化的路基或基层相比，前者在力学性能（抗压强度、抗弯拉强度）、适宜的刚性及稳定性（水稳性、冻融稳定性、温缩和干缩稳定性）方面均比后者优越，且施工方便、价格合理。因此，笔者建议在路基或基层施工中采用土壤固化剂施工工艺。实践证明，采用土壤固化剂施工的路基或基层具有很好的抗水性能及抗裂缝性能，能够有效减少和控制裂缝的产生。

3.水稳层采用骨架密结构集料级配施工，可有效减少和防止干缩和温缩裂缝。骨架空隙结构、悬浮密实结构和骨架密实结构是目前水稳层集料级配常用的三种形式。实践证明，骨架密实结构级配的水稳层强度较高，稳定性最好，裂缝倾向最小，各项路用指标均为良好，是目前水稳层领先的生产工艺。其机理是：粗集料之间相互嵌挤，形成稳定的框架，而分布于其空隙间的水泥则以独立的形式存在，相互间互不接触或接触甚少，当水泥浆发生收缩时，仅限于在集料空隙间产生收缩应力。而其变形受集料框架的限制，集料框架承担水泥浆产生的收缩应力，框架结构不受力或受力很小，各自独立框架内的水泥浆收缩变形也不会发生连续叠加。而以原生矿物为主的集料与次生矿物含量多的水泥浆相比，具有较小的线膨胀系数，因而在这种情况下，水稳层不会或很少因水泥浆的收缩而发生收缩变形从而产生水稳层裂缝。且这种工艺施工的水稳层强度高，水泥用量（3.5%～4%）比传统工艺水泥用量（5%～6%）少，成本低，很值得借鉴使用。由长安大学公路学院蒋应军教授研究的骨架密实结构级配水稳层抗裂技术，已在河南宛平高速公路（150km）、陕西札小高速公路（70km）、陕西十天高速公路（280km）、浙江海宁交通局硖许一级公路等多条高等级公路使用，均未发现任何裂缝。在许昌永登高速连接线和国道G311部分路段使用，只发现轻微裂缝，裂缝平均间距在200m以上，是其他级配类型路面裂缝间距8倍以上，且缝隙较小。

防治裂缝的有效方法就是预防。在施工过程中一定要严格按照规范要求施工，认真注意每一道工序。对于水泥碎石稳定道路基层裂缝，我们需要先分析它的形成原因，然后进行处置。