施工期水稳基层网裂检测及分析

潘昊宇，刘斌清，黄　绚

(1.广西道路结构与材料重点实验室，广西　南宁　530007；2.广西交通科学研究院，广西　南宁　530007；3.南宁高速公路运营有限公司，广西　南宁　530022)



施工期水稳基层网裂检测及分析

潘昊宇1，2，刘斌清1，2，黄绚3

(1.广西道路结构与材料重点实验室，广西南宁530007；2.广西交通科学研究院，广西南宁530007；3.南宁高速公路运营有限公司，广西南宁530022)

潘昊宇(1979—)，硕士，主要从事道路工程研究。

摘要：水泥稳定碎石基层作为高等级路面一种主要的基层结构在公路建设中被广泛运用，但是由于施工期中许多不合理的因素，常常导致水稳基层出现裂缝，严重的甚至会出现大范围的网状裂缝，极大影响了公路的质量和使用寿命。文章通过对某一级公路水稳基层进行试验检测，分析其网状裂缝产生的原因，为解决施工期水稳基层出现的大范围网裂问题提供参考与借鉴。

关键词：水泥稳定碎石基层；网裂；试验检测；病害分析

0引言

水泥稳定碎石基层作为半刚性基层，具有刚度大、整体性及水稳性好、早期强度高等优点，目前广泛应用于高等级公路的路面基层。但是由于材料及结构本身的特点，若施工控制不好，水稳基层在施工期中就会产生裂缝，甚至在外界环境、温度、气候、荷载等综合因素的影响下产生大范围的网状裂缝，大大降低基层强度，严重影响路基路面的质量和使用寿命。

对沥青混凝土面层而言，水稳基层产生的裂缝是影响其结构稳定的关键因素，尤其是网状裂缝，若处理不当，不但易产生反射裂缝，也易使雨水下渗，在行车荷载的反复作用下，导致结构层之间和结构层材料的剥落，从而造成沥青混凝土路面的早期破损，影响其使用寿命。因此对水稳基层网裂的形成和发展原因进行分析，从而对水稳基层的施工和养护进行有针对性的控制，对提高路面的施工水平和道路的使用质量及寿命具有重大的意义。

1工程概况及施工现状

该项目为二级公路改扩建为一级公路项目，完全利用旧有公路路基，以路面改建为主并完善路基防护、沿线设施，桥梁检测后加固利用。典型路面结构如表1所示。

表1　检测路段典型路面结构表

由于工期紧张，交通通行压力较大，项目采取边通车边施工的方式，但部分通车路段的基层在未铺筑沥青面层前已出现网裂病害。

2水稳基层网裂情况调查

由于现实原因，该项目水稳基层施工养生完成后即开放交通，几个月后发现水稳基层在雨后潮湿的状况下存在较为普遍的裂纹，局部路段已经发生较大范围的网状裂缝，裂缝处伴随有唧泥、翻浆、沉陷等现象，随着交通持续运行和发展，基层开裂面积有进一步扩展的趋势。

3试验检测方法及检测结果

为查明本项目水稳基层网裂形成的原因，主要采用交通量调查及典型病害路段现场钻芯、基层芯样抗压强度、现场开挖检测等调查和检测方法，并结合现场实际情况分析基层网裂病害发生的原因，主要的调查和检测成果如下所述。

3.1　交通量调查

本工程为交通大通道，沿线交通量较大，旧路改建实施过程中实行单向开放交通。根据沿线调查，本工程施工水稳基层后即开放交通，其通车车辆中大型重载货车比例较大，且存在较为严重的超载现象。根据通行路段收费站的收费记录，单月最高通行货车量为27 010辆，按车型转换为小客车数量为48 413辆，平均日交通量为1 562辆小客车，各种车型所占交通量比重如表2所示，车辆超载情况如表3所示。

表2　不同车型占交通量比例表(%)

表3　车辆超载情况表

由表2可知，该公路通行的主要车型为2类、4类和6类，其中4类车型和6类车型为大型货车、拖挂车、集装箱车等重载车辆。同时，由表3可知，当月通行的27 010辆货车中，有7 779辆货车超载，超载比率为28.8%。

大型货车及超载车辆在本工程中所占比例及超载率均较大，大大增加了本工程路面结构的疲劳破坏，尤其是在路面结构未完善的前提下，超载车辆直接作用在水泥稳定碎石基层之上，对路面基层的破坏尤其巨大。根据国家相关的沥青路面设计规范中荷载计算公式分析，假定一辆4轴车载货总重为94.35 t，超载率为101%，其行驶一次对水稳基层的损伤相当于标准后轴10 t的车辆行驶13.9万次。可见超载车辆对本工程水稳碎石基层的影响较为严重，施工期应加强通行车辆的管控，防止水稳基层继续受到破坏。

3.2　基层强度试验

为了对水稳基层状况进行评判，进行了基层芯样钻芯，取样位置分别选取路面病害位置及良好位置等不同路段，并对钻取芯样进行无侧限抗压强度试验。其试验结果如表4所示。

表4　水泥稳定碎石芯样无侧限抗压强度试验结果表

设计文件规定“混合料七天浸水抗压强度基层不小于4.0 MPa，底基层不小于2.5 MPa”，本次取样的芯样均为上基层，其强度基本满足设计要求，本工程部分水稳碎石施工后约6个月的时间，根据经验部分路段水稳基层强度偏低，个别位置低于设计要求。基层强度较低位置，芯样成型不太好，骨料级配相对较差，但存在网裂现象的基层，若成型及级配良好，其钻取芯样的强度还是达到了设计的要求。

3.3　基层裂缝发展规律

为判明基层芯样开裂状况，选取裂缝位置对芯样开裂状况进行判别。

不管是微裂缝还是明显的网裂，裂缝均已贯穿水稳碎石基层，呈下宽上窄的“人”字型，裂缝发展主要为自下而上。

结合3.2节的强度试验结果，虽然基层芯样抗压强度与基层网裂存在一定关系，但不是影响基层开裂的主要因素，造成水稳碎石基层开裂的主要原因为层底拉应力及变形过大。

3.4　典型病害位置开挖调查

为进一步查明病害产生原因，选取了左幅K35+320、K36+860、K40+320、右幅K44+760四处典型位置进行开挖以了解基层实际的使用状况。开挖情况汇总如表5所示。

表5　典型路段开挖调查情况汇总表

由4处典型路段开挖状况可见，水稳碎石基层发生轻度及严重网裂破损的路段其调平层内存在较为明显的可见水分；右幅K44+760处水稳基层状况较好，其调平层及级配碎石层均未见明显潮湿现象，但其处于路堑挖方位置，地下水位较高，开挖后路基处于浸水状态。

通过对现场排水状况的调查，发现调平层内积蓄的水分主要来自中央分隔带内下雨的内部积水。原因是中央分隔带未完工而又未及时采取隔水措施，使得中央分隔带内积聚的雨水沿调平层进入路面结构，并沿着旧有二级路的混凝土板流至新加宽路面部分对级配碎石层进行渗透。

同时，现场开挖后发现调平层级配碎石板结性及整体性较差，且存在明显的自由水。在其级配及厚度满足要求的情况下，其发生松散的原因可能在于施工初期压实度不足、开放交通时受到车辆荷载的持续作用及路面结构内自由水的侵蚀。

4病害原因分析

通过对水稳基层网裂路段的调查分析及试验检测，认为其病害产生的基本原因主要有：

(1)重载交通荷载破坏是本工程出现普遍性网裂病害的主要原因。

通过3.1节的分析可知，施工路段道路通行以大型

重载车辆为主，并存在大量的超载现象，超载比率为28.8%，其中超载25%以内的车辆占本月货车总量的7.9%，超载25%~50%的车辆占本月货车总量的8.1%，超载50%以上的车辆占本月货车总量的12.9%。在路面结构未完善的前提下，重载交通直接作用在水泥稳定碎石基层上，导致基层结构疲劳破坏。根据交通量及交通轴载分析，本工程通车过程中水稳碎石基层已经部分达到其疲劳寿命而产生网裂破坏。

同时，由于边施工边通车，各段落施工过程中交通组织不同使得不同段落承受交通车辆的状况不同，因而不同段落和方向的病害程度均有不同，渠化的交通也易造成应力集中而导致基层破坏。

(2)碎石调平层板体性差、路面结构积水及结构强度差异等因素对路面破坏的不均匀性有一定影响。

通过对典型路段进行开挖，发现碎石调平层板体性较差，空隙率较大，由于无法进行压实度测试，但根据经验判断其压实度明显不足。根据相关研究成果，在压实度明显不足的情况下，级配碎石抗压回弹模量将明显降低，降低幅度约为65%。这种情况下，相当于半刚性基层及下基层之间存在一层模量明显偏低的软弱夹层，增加了半刚性基层对重载交通的敏感性，雨水通过调平层入侵路面结构进一步加大了这种敏感性。

同时，病害调查显示行车道存在较大比例的破损，其总体承载能力较超车道明显偏弱。分析其原因，主要与旧路部分及新建部分的路面结构内部水分布、路面结构强度差异以及新建路基承载能力有关，这些差异使得新建部分在抵抗重载交通状态下更容易发生水稳基层的破损。

5结语

水泥稳定碎石基层作为我国高等级公路的一种主要路面基层形式，其施工质量极大影响路面的使用寿命，应从外在因素和内在因素综合考虑。内在要优化设计，控制好原材料质量，严格按照规范指导施工，在混合料的拌和、运输、摊铺、碾压、养生等环节做到合理有序，组织管理到位；外在则要考虑环境、天气、荷载等因素作用的影响，排除不利因素，做好保障措施，不能因为工期和通行等各方面的压力而盲目开放交通，忽略工程质量。只有科学严谨地组织，严格地把控，才能修建优良优质的工程，使社会效益最大化。

参考文献

[1]JTGF40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[2]JTGC20-2011，公路工程地质勘察规范[S].

[3]鹿中山，杨树萍.沥青路面的施工质量控制[J].合肥工业大学学报(自然科学版)，2001(3)：397-403.

[4]李自林，王晓雨.水泥稳定碎石基层产生纵向贯通性裂缝的原因分析[J].天津城市建设学院学报，2006(3)：186-189.

Detection and Analysis of Water Stabilized Base Net-shaped Cracks During the Construction

PAN Hao-yu1，2，LIU Bin-qing1，2，HUANG Xuan3

(1.Guangxi Key Laboratory of Road Structure and Materials，Nanning，Guangxi，530007； 2.Guangxi Trans-portation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007； 3.Nanning Expressway Operations Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530022)

Abstract：The cement stabilized macadam base，as a major base structure for high-grade pavement，is widely used in highway construction，but because of many irrational factors during the construction，it often results in the cracks in water stabilized base，and in severe cases even the large net-shaped cracks may appear，which greatly affects the quality and life of highway.Through the experimental detection on the water stabilized base of a first-class highway，this article analyzed the causes of its net-shaped cracks，thereby providing the reference for addressing the large net-shaped cracks of water stabilized base during the con-struction.

Keywords：Cement stabilized macadam base； Net-shaped cracks； Experimental detection； Defect Analysis

收稿日期：2015-04-03

文章编号：1673-4874(2015)05-0009-03

中图分类号：U415.6

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.003

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