半刚性基层抗裂设计施工方法及裂缝处治

周娥

摘要：简要介绍汤屯高速公路水泥稳定基层抗裂配合比设计及施工控制方法，并对基层裂缝的处治方法及现场施工关键控制要点进行了综合论述。

关键词：半刚性基层；发射裂缝；处治方法；施工控制

1、工程概况

汤口至屯溪高速公路既是国家重点干线天津至汕尾公路、杭州至兰州公路的重要组成部分，又是安徽省公路主骨架的“一纵”，也是连接“两山一湖（黄山、九华山、太平湖）”旅游的交通要道及“黄山~衢州~南平”与“黄山~千岛湖~武夷山”大旅游线路的重要组成部分。由我们中铁十九局集团第三工程有限公司承建的路面工程第二合同段，全长27.86km，基层部分设计为35cm水泥稳定碎石基层+17cm水泥稳定碎石底基层。

2、半刚性基层存在的问题

半刚性基层要求应具有“足够的强度、适宜的刚度、较小的变形及良好的抗裂性能”的要求，但是我国目前高速公路半刚性基层在设计时往往只强调对基层的强度要求，这样造成的结果往往导致基层适应变形的能力很小、基层刚度（模量）很大，同时由于半刚性基层散粒体材料固有的干温缩特性，极易造成路面基层的收缩裂缝，进而反射到沥青面层上。这种反射裂缝病害，在我国的南方及北方均很普遍，只是形成的原因不同而已，路面裂缝病害在出现初期对路面的使用影响并不是很大，但是随着汽车荷载、雨水的作用，这种裂缝逐渐加宽，造成路面唧泥等病害，严重影响道路的继续作用，甚至会造成路面结构性损坏，为此半刚性基层沥青路面反射裂缝问题已成为我国高速公路沥青路面的主要病害之—。

3、水泥稳定碎石抗裂性能评价方法及骨架密实结构水泥稳定碎石配合比设计方法

3.1、水泥稳定碎石抗裂性能评价方法

评价材料抗裂性能应全面考虑材料的力学性能、温缩或干缩应变，而不能仅考虑稳缩或干缩系数的大小。而评价干缩性能好坏还需考虑其失水量，因为不同材料平均干缩系数可能相差不大，但由于各自含水量不同可能产生的干缩应变也就不同。水泥稳定碎石基层材料在温度作用或失水作用下的开裂模式可以直观理解为在温度作用或失水作用下产生的收缩应变超过了材料自身所能承受的最大拉应变，因此采用材料的温度收缩系数或干缩系数与材料极限抗拉应变的比值来表征其抗裂性能。

3.2、 混合料组成设计及性能研究

半刚性基层沥青路面反射裂缝问题目前是一个世界性的技术难题，由于材料本身固有的特性，半刚性基层必然会因为干温缩变形而产生裂缝，继而会反射到路面上来，目前国内外的主要技术措施在于如何尽量减少半刚性基层沥青路面的反射裂缝。针对汤屯高速公路沥青路面水泥稳定碎石基层，结合当地原材料、自然气候条件从材料、配合比设计、施工等方面进行水泥稳定碎石基层的综合设计，以达到“足够的强度、适宜的刚度、较小的变形及良好的抗裂性能”的目的。水泥稳定材料的组成设计包括：根据规定的材料指标要求，通过试验选取合适的集料和水泥；确定合理的集料配合比例，水泥剂量和混合料的最佳含水量。合理的水泥稳定碎石组成必须达到强度要求，具有较小的温缩和干缩系数（现场裂缝较少），施工和易性好（粗集料离析较小）。

3.2.1、材料要求

水泥要求采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥，禁止使用快硬水泥、早强水泥以及其它受外界影响而变质的水泥。路面基层宜采用强度等级较低的水泥，水泥各龄期强度、安定性等应达到相应指标要求，要求水泥初凝时间3小时以上、终凝时间不小于6个小时。

要求碎石的最大粒径为31.5mm，轧石场轧制的材料应按不同粒径分类堆放，以利施工时掺配方便。水泥稳定碎石混合料中碎石压碎值应不大于28%，针片状含量宜不大于15％，集料中小于0.6mm的颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限小于28%，塑性指数<9。

3.2.2、混合料组成设计

由于按现行规范推荐级配设计的基层混合料属于悬浮密实型，易于出现基层收缩裂缝，我们采用骨架密实型结构(不在规范范围之内)进行基层混合料的设计。骨架密实型混合料级配设计采用体积设计方法确定级配。分别进行击实试验(测定最佳含水量、最大干密度)、抗压强度试验，确定水稳碎石基层最佳水泥剂量。

水泥用量是影响水泥稳定碎石基层混合料干缩的主要因素，但对温缩的影响不是非常显著。随着水泥用量增加，混合料干缩应变和干缩系数增大，而温缩应变和温缩系数略有下降。粗集料增加，混合料干缩应变与干缩系数减小，而温缩应变增大，温缩系数略有增大 。干缩系数大小变化于100～400με，温缩系数变化于10～30 με，综合考虑干温缩影响，施工初期干缩系数远大于温缩系数。要获得具有较好抗裂性能的水稳碎石混合料，必须在满足一定强度要求的基础上尽量减小水泥用量，同时采用较粗的级配组成。

3.3、确定施工配合比

通过上述试验，确定现场施工配合比采用粗级配，并在满足强度要求下尽量降低水泥用量，其结果如下：

4、现场施工控制

每天开始搅拌前，应检查场内各处集料的含水量，计算当天的配合比，外加水与天然含水量的总和要比最佳含水量略高。同时，在充分估计施工富余强度时要从缩小施工偏差入手，不得以提高水泥用量的方式提高路面基层强度。

拌和机出料不允许采取自由跌落式的落地成堆、装载机装料运输的办法。一定要配备带活门漏斗的料仓，由漏斗出料直接装车运输，装车时车辆应前后移动，分三次装料，避免混合料离析。

5、裂缝处治

为了减少或延缓半刚性基层对沥青路面面层的反射裂缝，可采用聚酯玻纤布对水稳基层收缩裂缝进行处冶。为确保聚酯玻纤布在高速公路建设中的施工质量，使其充分发挥在沥青路面结构体系中的优异的防水抗裂和良好的加筋的效果，在汤屯高速公路对半刚性基层反射裂缝处治进行综合治理。

5.1、各种材料选择、试验、审定及验收

5.1.1、聚酯玻纤布质量标准：

5.2、施工工艺

5.2.1、检查裂缝分布情况

对半刚性基层进行全面检查，在路边标明收缩裂缝位置，统计裂缝数量和总长度。

5.2.2、清扫基层

对裂缝二侧各1m范围进行清扫、吹尘和清洗。

5.2.3、灌缝

首先用森林灭火器吹除裂缝内灰尘，对小于等于5mm的裂缝灌乳化沥青，大于5mm的裂缝灌热沥青。

5.2.4、喷洒热沥青

必需使用热沥青粘结，不要使沥青撒布车距聚酯玻纤布铺装车距离过远，聚酯玻纤布一定要铺装在热沥青上面。在沥青撒布中的沥青的最佳温度为155-168℃，对于我项目采用的136克/平方米的聚酯玻纤布沥青的应用量为0.8~1.09升/平方米，最佳用量为0.98升/平方米，但这个数字也会随着路面情况的不同而有所调整。在施工时应按聚酯玻纤布宽度两侧挂线，两侧各缩5cm安放挡板防止沥青喷洒过宽，沥青按试验确定工艺手工进行喷洒，确保洒布量的精确，并由现场试验人员通过洒布量检测严格控制。

5.2.5、铺设聚酯玻纤布

聚酯玻纤布幅宽为1.90米，每卷约为110米长。应当使用牵引车或安装在卡车上的框架来铺装聚酯玻纤布，以达到铺装平滑的目的。铺装设备应当按装刷子，以将聚酯玻纤布压实在热沥青上。纵向接缝宽度为5~10cm，横向接缝应为10~15cm。横向接缝搭接方向应当为摊铺沥青混合料的方向，接缝应当牢固。

5.2.6、交通管制

铺装聚酯玻纤布后，应对道路进行交通管制，仅对沥青混合料施工车辆开放交通，并严禁车辆在聚酯玻纤布处转弯，以防止引起局部破坏。

6、结语

随着半刚性基层在我国的进一步推广，必将在我国的道路建设中发挥重要作用，希望通过以上对半刚性基层在生产施工中应注意的施工技术要求，对大家有所帮助，以上不足之处，望各位同仁提出宝贵意见。

参考文献：

1、JTJ 034-2000，公路路面基层施工技术规范人民交通出版社

2、沙庆林半刚性基层沥青路面人民交通出版社1998

3. 沈金安 李福普 陈景 高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策 人民交通出版社2004

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。