水泥稳定碎石基层裂缝预防及处理技术

路　向

(浙江公路水运工程监理有限公司,浙江 杭州　311200)

1　概述

水泥稳定碎石基层裂缝产生的原因主要有路基不均匀沉降而产生的拉裂缝，或者因原材料级配不当，或配合比设计不合理，以及施工工艺和养生控制不严格，而产生干缩或温缩裂缝。处理裂缝技术有灌浆法(灌缝)、贴缝法(玻纤格栅、玻纤布、应力贴等)，而玻纤格栅铺设被JTG/T F20—2015公路路面基层施工技术细则推荐为基层裂缝比较严重的最有效地处治技术。这些处理技术与手段，都是被动的“堵”的处理手段，即补强裂缝基层抗拉应力，阻断基层裂缝反射到面层，因施工工艺不当，处理效果难以长久保持。

因水文地质、大气温度的变化等等主客观原因，水泥稳定碎石裂缝可以说难以避免，但预防措施还要加强，只能说尽最大努力减少裂缝的产生，完全杜绝裂缝的出现是不可能的事情。出现了裂缝，必须处理，否则必然扩展到路面面层，出现路面早期破坏，大大缩短路面的使用寿命。裂缝处理宜疏不宜堵，特别是涉及路基不均匀沉降而造成的裂缝，采取被动的补强手段，更是难以长久保持处理效果，近几年出现的应力吸收贴就是从消解或疏散裂缝集中应力思路出发而采取的新技术，但是应力吸收贴对施工工艺要求比较苛刻，在实际应用中，往往因为施工工艺不当，处理效果不佳。

2　裂缝预防

目前裂缝预防主要从设计理念的提升、原材料质量及配合比设计优化、施工工艺质量控制、养生措施的保证来预防的。

2.1　设计理念的提升

半刚性路面基层，因其具有一定的强度、刚度、稳定性，以及抗冲刷能力而被我国广泛采用。长期以来，强基薄面设计理念一直占据路面研究领域主导地位，也是我国长期以来一直采用的设计形式，这就要求基层强度、刚度必须满足设计规范指标。但是经过多年的应用体会，或实践证明，半刚性基层在强度与刚度，以及稳定性得到了有效提高和保证，但基层的抗裂性能往往会被忽视，致使路面早期破坏严重，使用寿命大打折扣。因此近几年研究人员对强基薄面设计理念进行了反思，从过分强调基层的强度与刚度到强调基层满足一定的强度与刚度，基层的抗裂性能一并改善，在高等级路面设计方面从广泛采用水泥稳定土，石灰煤灰稳定碎石，石灰水泥稳定碎石等抗裂性能较差的结构形式改变为具有一定的刚度与强度的水泥稳定级配碎石，从悬浮式水泥稳定碎石设计到具有足够稳定性、较小的干缩和温缩、较强的抗冲刷能力的骨架密实型嵌挤类水泥稳定级配碎石，近些年又出现柔性路面基层设计模型探讨与试验，所有这些设计理念在预防路面基层裂缝方面都收到了很好的效果。

2.2　原材料质量及配合比设计优化

JTG/T F20—2015公路路面基层施工技术细则对水泥稳定碎石的碎石、水泥等质量作出了限制，强调了细集料、水泥含量偏高对基层抗裂性能的不利影响，对混合料中小于0.075 mm的含量不得大于15%，并对水泥最小剂量进行了限制，同时推荐了水泥在水泥稳定级配碎石中剂量5%～9%。浙江省地方标准DB 33/T—836—2011水泥稳定碎石基层振动成型法施工技术规范中，为了有效避免或减少水泥稳定碎石基层裂缝，改变了传统的静压式工艺，使用振动成型法，同时对碎石的级配、细集料的含量、水泥剂量作出了严格的限制，比如混合料中小于0.075 mm的含量不得大于5%，同时对2.36 mm，4.75 mm，9.5 mm筛孔通过率进行接近级配范围中值的限制，同时严格控制水泥剂量不得大于4.5%(基层)。

浙江地方规范虽然在碎石级配上作出了较交通部部颁标准严格的要求，但是在实际施工中由于碎石生产工艺的不同或上好的集料短缺等原因，混合料中小于0.075 mm含量控制在5%范围，以及水泥剂量特别是底基层水泥含量不得大于3.5%要求比较严格，原因是在水泥剂量一定的情况下，细集料含量与基层强度呈现明显的负相关关系，而施工单位害怕强度不能满足设计要求，或担心取芯芯样不成型，底基层提高水泥剂量到4.0%，甚至提高到4.5%，但是水泥剂量、细集料含量与水泥稳定碎石抗裂性能呈现负相关关系，这就是目前采用振动成型法施工的基层裂缝仍然超预期存在的原因。事实证明，以及浙江省交通厅科研成果揭示，采用振动成型法施工，只要原材料质量控制严格，施工配合比得到严格遵守，规范要求的施工工艺得到落实，水泥稳定碎石基层各种裂缝会减少很多，基层的强度、刚度、稳定性也会得到保证和提高，否则将会出现水稳基层的强度不足，取芯芯样不成型等质量问题。

为了消除或减少裂缝，又能保证一定强度与刚度、稳定性，可以增加大粒径碎石的使用量，减少细集料含量，将混合料筛孔通过率按规范规定范围的下限控制，同时适当提高水泥剂量，但要限制水泥剂量，一般不得超过6%，可以收到很好的效果。另外，提高碎石的强度，在碎石的加工工艺上，采用反击破碎方式，JTG/T F20—2015公路路面基层施工技术细则研究表明，采用反击式与一般破碎方式碎石，混合料强度将相差20%～30%。

2.3　施工工艺控制

混合料拌和时，严格控制用水量，进入夏季施工，施工单位运输车辆覆盖措施不到位，经常采用增加用水量来保证水稳的施工性能，但是往往造成混合料含水量较大，或含水量不均匀，这些都是造成干缩裂缝的主要原因。提高拌和与摊铺工艺水平，减少或杜绝混合料离析现象发生，也是减少裂缝，保证混合料强度、刚度的有效措施。

在水泥稳定混合料摊铺前，要对下承层(路基或下基层)进行严格验收与裂缝详细检查，同时路基必须已处于沉降稳定状态，一般来说，连续三个月每月沉降量不得大于5 mm视为沉降稳定，杜绝路基不均匀沉降造成水泥稳定碎石的开裂现象发生。

另外，为了减少温缩裂缝(主动消解温缩应力)，可采用人工切缝方式，每20 m切一道深6 cm～7 cm的切缝，缝内灌入改性乳化沥青，上铺1 m宽的应力吸收贴或自黏式钢纤格栅方法。

2.4　养生

要及时全覆盖洒水保湿养生，养生时间至少7 d，且在7 d养生的期限内，严禁一切车辆通行。在养护期结束后沥青混合料摊铺前，也要限制重载车辆，严禁通行。施工现场往往出现覆盖不及时、不到位，保湿程度不够，养生时间不足，重载车辆未限行等问题，这些都会造成水泥稳定碎石的早期受力裂缝和干缩裂缝的出现。

3　裂缝处理

裂缝处理的步骤首先要分析裂缝产生的原因，针对裂缝不同的产生机理，采取针对性的措施。一般来说水泥稳定碎石裂缝分为干缩裂缝、温缩裂缝、路基不均沉降受力裂缝、养护未封闭交通出现的承载受力裂缝等四种。针对不同性质的裂缝，采取的处理措施与方法如下。

3.1　干缩裂缝

因水泥稳定碎石在强度形成过程中体积变化而产生的裂缝，一般来说分布没有规律，裂缝细小、不深。可以采取控制水泥剂量、控制细集料含量、控制混合料拌和用水量来预防。干缩裂缝不可避免，只能采取措施预防并减少，水泥稳定碎石基层铺筑完成并养生结束后，不能立即摊铺沥青面层，要等水稳混合料干缩内应力全部释放完成后，并对裂缝进行处理，方可进行沥青面层摊铺。处理的方法，吹干裂缝内外浮灰，再灌入改性乳化沥青，上铺玻纤布。对于太过细小且比较集中的干缩裂缝，可用空压机吹掉表面浮灰，直接使用自黏式玻纤布或应力吸收贴覆盖铺筑。

3.2　温缩裂缝

因温度变化而产生的裂缝，一般来说接缝呈横向有规律分布，深度较深或贯通。采用人工切缝，阻断温缩应力集聚而拉裂水稳基层。人工切缝可以每隔20 m切一道横向贯穿整个路幅的缝，缝深6 cm～7 cm，缝宽3 mm～5 mm，并对缝进行处理，吹掉缝内外浮灰，然后灌入改性乳化沥青，再铺筑1 m宽的玻纤布或应力吸收贴。另外，在水稳混合料配合比设计时，适当增加较大粒径碎石使用量，减少细集料掺配比例，使混合料在充分碾压密实后，形成嵌挤密实型结构层，加大碎石之间的内摩擦力，也可以有效减少温缩裂缝。对于温缩裂缝处理，基本垂直路线走向且顺直的裂缝，直接人工切缝，然后按人工切缝处理；对于走向不规则的温缩裂缝，可以采用吹洗、灌乳化改性沥青、上贴应力贴或玻纤布进行处理。

温缩裂缝是大气温度变化引起的伸缩裂缝，如果水稳基层未经过高低温季节交替，温缩应力没有完全释放，建议对温缩裂缝进行开槽处理，将裂缝覆盖范围内水稳基层全部全深度凿除，然后填入级配碎石，充分加水碾压形成嵌挤密实型柔性基层，上铺超过切缝至少50 cm应力吸收贴或玻纤布(见图1)。

3.3　路基不均匀沉降裂缝

这种裂缝处理比较麻烦，重在预防，即控制好路基填筑质量，特别是新老搭接路基填筑，一定要按施工规范挖好台阶后分层填筑，遇到软基处理地段，一定要等路基预压稳定后方可进行水泥稳定基层施工。一般来说，严重的路基不均匀沉降裂缝比较规则，裂缝较宽且有错台，主要集中在新老路基搭接处、桥涵台背回填处、不同软基处理交界处等。处理方法，要先行观察一段时间，看是否继续发展，是否趋于稳定，如果是趋于稳定的不均匀沉降裂缝，可参照不规则温缩裂缝处理方法；如果始终处于发展状态，那要求对裂缝两侧范围10 m或更大范围布置1 m×1 m方阵沉降观测点，并对沉降观测点进行每周观测测量，查明沉降范围，然后对沉降范围内采用压注水泥浆加固处理，压浆点可以按0.5 m×0.5 m方阵布置，压降深度按设计车轮荷载的工作区深度进行，同时要考虑路面结构层换算成路基层当量深度,使不均匀沉降的路基开裂的两个板块形成整体受力板块，消解路基不均匀沉降对路面基层底的拉应力，同时对路面行车荷载进行均匀分散作用于路基底软卧层。具体计算如下：

注浆处理深度H=Zα+Zβ。

车轮荷载所引起的应力分布深度计算：

Zα=((K·n·P)/r)1/3。

其中，Zα为路基工作区深度，m;P为车轮荷载，kN;K为系数，取0.5；r为土的容重；n为系数，取1/5。

柔性面层换算成路基作用应力的当量深度计算：

Zβ=h1·(E1/E0)1/m。

其中，Zβ为换算为路基土层的当量厚度，m;h1为路面厚度,m;E1为路面的弹性模量，kPa;E0为路基的弹性模量，kPa;m为系数，取2.5。

3.4　承载裂缝(受力裂缝)

对于水泥稳定碎石基层封闭交通养生不到位，造成水泥稳定碎石受力破坏，产生裂缝或大面积破损的，要将破损的或裂缝范围内水泥稳定碎石凿除，返工处理。

4　结语

路面基层是重要的承载受力结构层，对于基层上的各种裂缝必须认真对待与处理，处理不当，将造成路面的早期破坏，缩短路面的使用寿命。水泥稳定碎石裂缝难以避免，但是可以从优化设计，控制好施工工艺质量等方面进行预防与减少。近些年在路面基层裂缝预防方面，研究者们展开了广泛而深入的研究，提出了采用级配碎石或沥青碎石等柔性基层，增加路面面层厚度等设计理念，既保证了路面基层强度、刚度、稳定性，同时在路面抗裂性能方面也得到了很大改善，比如西柏坡高速公路、成渝高速公路等设计中采用级配碎石等柔性基层，有效避免了半刚性基层的开裂，较好地吸收、分散基层应力集中，减少路面面层的反射裂缝。