半刚性基层裂缝的防治技术

郭 勇

（新疆疆南路桥工程有限责任公司，新疆 阿克苏 843000）

0 引言

半刚性基层作为我国公路工程路面结构层的主要型式之一，具有承载能力强、强度较高以及施工工艺成熟等一系列优点，并且半刚性基层具有较好的经济性，故在我国推行“强基薄面”设计理论的情况下，半刚性材料在公路工程施工中得到了广泛的应用。但是半刚性材料的收缩特性会导致半刚性基层容易出现各种形式的裂缝，甚至会由于应力集中作用而将裂缝反射至路面层，进而影响路面结构的使用性能和使用寿命。因此，半刚性基层的裂缝成因以及防范半刚性基层裂缝的措施已经成为当前公路工程设计以及施工领域的研究重点，这对于推进半刚性基层的应用和发展也具有重要的作用。

1 半刚性基层裂缝的特点及成因

1.1 温度收缩裂缝

温度收缩裂缝大多是以横向裂缝为主，裂缝大多贯穿于半刚性基层层间，宽度通常在2mm以上，并且一般情况下会贯通路面的全幅，属于较为明显的裂缝。温度收缩裂缝的产生主要是由于半刚性基层材料是由固相、气相以及液相三相组成，当温度下降时就会造成半刚性基层收缩，进而导致半刚性基层处于受拉的状态，又由于水泥稳定材料的线膨胀系数固定，故当收缩应力超过半刚性基层材料的抗拉强度时，就会产生开裂。

1.2 干缩裂缝

造成半刚性基层出现干缩裂缝的原因主要是半刚性基层材料内部含水量的变化。当半刚性基层材料施工养生结束后，基层内部的水分就会逐渐地蒸发，在半刚性基层内部的毛细管张力、吸附水分子间力、层间水以及碳化收缩的作用下，半刚性基层材料会发生体积收缩，当收缩应力超过半刚性基层材料的极限抗拉强度时，就会造成半刚性基层材料开裂。

1.3 不规则裂缝

不规则裂缝主要是指一些密集而且数量相对较多的横向裂缝，裂缝的排列不规则而且不一定贯通。造成不规则裂缝出现的原因主要是半刚性基层材料的质量问题，主要包括：

（1）半刚性基层材料水泥含量波动较大，与半刚性基层材料的最佳水泥用量差别较大；

（2）粗细集料配比存在波动，因为施工控制问题有可能造成细集料含量偏高，粗集料含量偏少，所以与级配曲线存在较大差异。

1.4 微细裂缝

微细裂缝并不十分明显，通常在雨水浸湿后才能被发现。造成半刚性基层出现微细裂缝的原因主要有以下两点：

（1）半刚性基层材料在生产拌和过程中的含水量控制不当，摊铺、碾压等施工作业阶段半刚性基层材料的含水量偏高进而造成施工结束后半刚性基层出现一些细微收缩裂缝；

（2）半刚性基层材料生产过程中拌和不均匀，导致粗细集料离析，因此造成粗集料集中区域的松散以及细集料集中区域的开裂。

2 半刚性基层裂缝的防治措施

2.1 做好材料的选择

避免半刚性基层材料开裂的关键在于做好水泥的选择。应该选择收缩性较小并且安定性满足技术要求的道路硅酸盐水泥。水泥的初凝时间应该尽可能控制在3h以上，终凝时间不得低于6h。为了避免半刚性基层材料出现裂缝，应该避免使用各种快硬以及早强水泥。可以根据要求选择水泥标号为325或425的缓凝水泥。此外，对于粗集料以及细集料，除了按照公路工程相关施工技术规范进行指标控制外，还应该在集料的收缩系数等指标上进行重点管理，从而避免由于过高的含泥量造成后期水泥稳定碎石基层开裂，具体控制标准如表1所示。

表1 集料的收缩系数控制标准

2.2 优化材料组成设计

半刚性基层材料的组成设计应该按照公路强度标准，并按照公路施工技术规范提供的级配要求，根据水泥稳定碎石的最佳强度范围确定水泥的用量以及最佳含水量。在半刚性基层材料的设计中，应该重点针对以下两方面来完善半刚性基层材料的设计：首先对于水泥剂量的确定，如果选择过高的水泥剂量，虽然会提高半刚性基层材料的强度以及刚度，但是水泥剂量越高，半刚性基层材料的干缩应力也就越大，因而容易造成半刚性基层材料的开裂，所以应该在满足强度要求的前提下尽可能减少水泥用量；其次，应该控制半刚性基层材料中集料的细料含量以及塑性指数，对于粒径在0.075mm以下的细料应该控制其含量比例不超过5%～7%，同时塑性指数应该尽量小于4，通过这种措施避免由于细料含量过多而加重半刚性基层材料的干缩以及温缩变形的出现。

为了避免水泥稳定碎石基层后期出现各种裂缝，在水泥稳定碎石基层设计过程中应该按照表2中的指标进行控制。

表2 水泥稳定碎石基层设计指标

2.3 控制好施工阶段半刚性基层材料的含水量

半刚性基层材料中的水分主要是为了满足水泥的水化作用需求以及半刚性基层材料的压实度要求，只有确保半刚性基层材料中具有足够比例的水分，才能确保半刚性基层材料最终强度的形成。但是如果含水量过高，则容易造成半刚性基层材料在施工后期出现干缩的可能性增大，也就容易因水分的蒸发而导致裂缝。因此，为了避免半刚性基层材料的开裂，应该严格控制半刚性基层材料的含水量，不仅要在施工过程中结合气温等气候条件对半刚性基层材料的含水量进行控制，并且要尽可能地将用于基层摊铺的半刚性基层材料含水量的波动幅度控制在1%左右。

2.4 控制好半刚性基层的碾压施工工艺

首先，半刚性基层材料碾压段落长度的划分，应该结合气候、环境温度等因素综合确定，如果气温较高，容易造成半刚性基层材料中的水分迅速散失，因此应该尽可能地缩短碾压长度，否则应该适当延长碾压长度，目的是避免由于半刚性基层材料表面迅速干燥造成裂缝产生。其次，应该做好半刚性基层施工现场的压实度控制工作，如果压实度不足，就容易导致半刚性基层材料干缩应变增加，即压实度越高，半刚性基层材料的体积收缩越小，则抗收缩能力也就越强。最后，对于碾压方式的选择，应该协调使用振动压路机以及胶轮压路机，既要确保垂直层面的振动压实，同时也要借助胶轮压路机的揉搓作用，确保半刚性基层材料骨架结构以及强度的形成，进而避免半刚性基层微裂缝的产生。

图1为半刚性基层水泥稳定碎石的摊铺与碾压施工作业现场实照。

图1 半刚性基层水泥稳定碎石的摊铺与碾压施工作业

2.5 完善半刚性基层材料的养生

在半刚性基层材料施工结束后应该及时对其进行保湿养生，以确保材料的含水量在半刚性基层强度形成之前不受损失。因此，应该将半刚性基层材料的保湿养生管理作为防范半刚性基层材料出现裂缝的重要措施之一。由于半刚性基层施工作业主要集中在温度相对较高的夏季，所以施工作业环境存在着气温高、水分蒸发迅速的特点，进而容易造成半刚性基层材料在养生过程中出现干湿不均的问题，不仅不利于半刚性基层材料强度的形成，而且对于控制干缩裂缝和温缩裂缝也十分不利。因此，对于半刚性基层材料，可以采取先保湿养生一天，然后采用乳化沥青透层油的养生方式。乳化沥青透层油能起到保温、保湿的作用，以减小半刚性基层中的温缩及干缩应力，避免开裂。

3 结语

当前半刚性基层开裂已经成为我国公路建设面临的重要问题，亟待解决。由于半刚性基层裂缝类型多种多样，裂缝成因也各有不同，为了避免半刚性基层开裂，在半刚性基层施工阶段，应该严格按照施工工序进行施工作业，同时严格控制施工材料的质量、施工技术，避免由于施工方面的原因造成基层开裂，确保半刚性基层的整体施工质量达到要求，避免后期路面面层反射裂缝的产生。

[1] 王国清.公路工程质量问题及防治措施[M].北京：人民交通出版社，2012.

[2] 张晓冰.半刚性基层沥青路面裂缝出现原因分析及防治措施[J].河南交通科技，1999，19（2）：13-14.

[3] 张宏君.基于路用要求的半刚性基层抗裂评价与改善措施研究[D].西安：长安大学，2009.