路面基层裂缝分析与防治

刘明锋

1 概述

目前，水泥稳定碎石是较为常见的一种半刚性路面的基层材料，水泥稳定碎石混合料硬化后形成板状半刚性体，具有很强的强度和刚度，能提高路面的承载力。但由于水泥稳定粒料固有的干缩性、温缩性，表面产生裂缝是不能完全避免的，而裂缝一旦形成，必然会影响到基层、面层的稳定性，影响路面的使用性能及使用寿命。

2 裂缝类型

1)疲劳裂缝:也称荷载裂缝，是在重复的行车荷载作用下产生的破坏。车轮作用时，半刚性基层底部产生拉应力，当荷载反复作用，特别是大量的超限荷载作用时，拉应力超过材料的抗拉强度，从而导致半刚性基层底部首先开裂并逐渐扩展到上部。2)温缩裂缝:主要是低温裂缝，是指半刚性基层材料在降温过程的相互作用下引起体积的收缩。此时基层薄弱处会产生细小裂缝，并迅速发展，由于路横向长度远小于纵向长度，侧向的约束力不大，故这种裂缝一般为横向间距性裂缝。3)干缩裂缝:干缩裂缝是指由于水的减少而发生的毛细管作用、吸附作用、分子间的作用和碳化作用等等引起的半刚性材料的体积收缩而产生的裂缝。4)设计不合理及施工不规范产生的裂缝。从理论上说，上述几种裂缝是不可避免的，但是可以在设计和施工方面采取相应的措施，最大限度地减少它们的发生和影响。

3 裂缝产生原因

3.1 水泥的影响

1)品种不同的水泥具有不同程度的收缩性，如矿渣水泥要比硅酸盐水泥收缩性大;2)忽视抗折强度:抗折强度愈大，混合料抵抗内部温度应力的抗拉强度越大，越不易产生温缩裂缝，施工过程中检验水泥性能时人们习惯重视抗压强度，而抗折强度不足也不会引起足够的重视;3)水泥生产后存放期不足，没有经过稳定期就直接投入混合料的拌和。由于水泥在拌和水化过程中产生大量的水化热，使其内部温度与外部温度形成的温差在一定条件下产生温度裂缝;4)由于追求高强度，加大水泥剂量。混合料中水泥剂量越大收缩作用越大，在满足设计强度的前提下水泥剂量应选择小值。

3.2 水分的影响

混合料中水分减少的愈多愈快，产生的收缩应力就越大，因此混合料中含水量越大水分影响越为显著。

3.3 集料的影响

1)粒径:不同粒径的集料其干缩性能不同，细集料比粗集料的干缩性大;2)性质:塑性指数大的粘粒干缩性大;3)级配:级配的优劣影响混合料的均匀性、稳定性和耐久性。优良的级配能保证混合料的拌和质量，合理降低水泥的用量，施工过程中不易发生离析。

3.4 养生不及时

养生期满后，没有立即洒透层油保护，使水泥稳定碎石基层长期暴露在外，外界温度的变化、降雨、交通荷载均会影响基层的性能。

3.5 施工过程中的影响

1)拌和质量不高、不稳定，拌和时间不足，拌和不均匀。

2)压实不充分，使基层不够密实，空隙率过大，其抵抗干缩温缩拉应力的能力也会大大降低。

3)碾压时混合料中含水量过大，碾压后残留的水分过多，或混合料的含水量不均匀，都会造成不同地段或上下层之间干缩温缩性不同，在外界条件影响下易产生裂缝。

4 裂缝防治措施

4.1 原材料控制

1)水泥。为保证水泥稳定碎石基层施工时有足够的时间运输、摊铺和压实，应对水泥的终凝时间予以限制，夏季施工时一般需要 6 h～10 h，气温较高，而表层的凝结硬化速度较快，水泥终凝时间应尽可能达到 10 h;春秋季施工时水分蒸发较慢，终凝时间可缩短至 6 h。水泥标号不能太高，最好采用普通硅酸盐水泥，剂量控制范围为 5%左右。因为水泥剂量太低，强度难以满足要求，而剂量过高时，混合料的收缩系数增大，裂缝增加，故水泥剂量一定要经过试配并结合现场调试合适之后再确定。

2)集料。集料的粗细直接影响水泥稳定碎石基层的强度、平整度和裂缝的产生。水泥稳定碎石的粒料越粗，强度越高，稳定性越好，预防温缩、干缩裂缝的能力越强。但粒料过于粗糙则粒料间的粘结力不足，一旦车辆上路，基层表面极易跑散，使得基层的平整度难以达到验收标准要求;如果粒料偏细，基层强度难以合格，而且石粉含量偏多时，水泥稳定碎石的收缩性增大，裂缝也就增多。因此拌和站进场的集料级配必须符合规范要求，同时要严格控制碎石中石粉(粒径小于 0.075mm)的含量。

4.2 压实度控制

水泥稳定碎石混合料压实度的控制是保证强度达到标准要求的重要手段之一。虽然基层上面还有强度等级较高的混凝土面层，但基层压实度的保证仍不能松懈。为保证压实度达到规范设计要求，必须从压实工艺、压实机具及原材料质量控制等方面入手。

4.3 含水量控制

水泥稳定碎石是水泥与集料水化凝结硬化的产物。含水量的控制影响到压实度的保证和裂缝的产生。考虑到混合料在运输、碾压过程中还有水分散失，尤其夏季施工时水分蒸发快，施工过程中对水的含量应控制在比最佳含水量大 1%左右。含水量过小时，基层表层松散，碾压容易起皮，难以压实;含水量过大，碾压时容易粘轮，基层表面容易起拱，而且基层成型后水分散失愈多，形成的裂缝愈多。所以在施工过程中要加强对含水量的控制。

4.4 施工接头控制

基层在施工过程中留有接头是难以避免的，但接头处往往是应力的集中区。在温度应力、基层收缩应力和交通荷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。因此在基层施工过程中应尽量减少接头，施工组织要科学合理。在路面基层施工中应保证以完整的半幅断面进行施工，并且不得少于一定长度，严禁小面积的施工方式。两个半幅基层之间纵向衔接处的松散部位应切掉，两次施工处接头应以竖直形式搭接，上下两层接头之间至少错开 1m。

4.5 养护控制

水泥稳定碎石基层碾压成型后应及时覆盖洒水养护。由于在水泥的水化反应中要消耗大量的水分，故水分过多散失必将影响其正常的水化反应，从而影响凝结硬化后形成的强度，特别是夏季施工，气温较高，基层表面的水分蒸发更快，极易产生均匀的裂纹。养护的方法可以采用草袋、麻袋、土工布或塑料薄膜覆盖，保证基层不直接暴露在外。冬季施工时，要及时采取防冻保温措施，以保证基层的强度达到设计要求。

4.6 管理维护及施工协调控制

从基层摊铺碾压成型到喷洒透层油铺筑沥青面层的这段时间，管理维护工作非常重要。由于工程各种附属设施需要进场施工，道路的施工作业面将被占用。特别是第一层成型后，因为现场管理维护不及时，各种工程材料和构件集中堆放在基层上，基层将受到极大的破坏。这时应严禁堆放重物，不允许车辆通行。待第二层 7 d养护期满后可允许部分施工车辆通行。

基层施工完成后，为保证水泥稳定碎石结构不继续散失水分，减少干缩裂缝的产生，最好在 7 d养护期满后即喷洒透层油或进行沥青面层下封层的施工，这样既有利于保护基层，使其强度继续上升，还不影响沥青面层的施工。

5 结语

虽然半刚性基层在工程施工中有许多的优点，但它自身有不可克服的缺点就是容易产生温缩、干缩裂缝，并最终形成反射裂缝，在行车荷载、水、温度梯度的综合作用下，使得路面结构产生唧浆、松散、坑槽、车辙等病害，最终导致路面结构的破坏。但是随着施工工艺的不断改进，施工方法的不断成熟，只要我们从根源着手，就能有效的克服基层裂缝的出现给路面带来的危害。

[1] 沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M].北京:人民交通出版社，1998.

[2] 万德臣.路基路面工程[M].北京:高等教育出版社，2005.

[3] 基层稳定材料试验技术[D].济南:山东交通学院土木工程系，2001.

[4] 交通部公路科学研究所.公路路面基本施工技术规范[M].北京:人民交通出版社，2000.

[5] 邰连河.道路建筑材料[M].北京:人民交通出版社，1997.