水泥稳定碎石基层产生收缩裂缝的原因及对策

孙国一

（中交一公局集团有限公司，北京 100024）

0 引 言

水泥稳定碎石常用于各级公路的基层、底基层，具有足够的强度和稳定性、较小的收缩（温缩、干缩）变形和较强的抗冲刷能力。在施工时水泥稳定碎石基层经常会产生横向裂缝，以往的研究大多数从项目管理、级配、原材料质量及温差等方面进行整体性分析［1－6］，本文主要对比行业标准和地方标准的差异，分析、总结配合比对收缩裂缝产生的影响。

1 工程概况

国道107官渡黄河大桥工程位于新乡市原阳县、郑州市中牟县境内，路线全长31．775km，采用一级公路技术标准，设计速度为100km·h－1。本项目路面结构由上至下为：16cm厚沥青混凝土、36cm厚基层、18cm厚底基层。底基层选用3档备料，基层选用4档备料；细集料中小于0．075mm的颗粒含量不小于15%，塑性指数不大于12。底基层7d无侧限抗压强度标准为4MPa，基层为6MPa；底基层劈裂强度不小于0．35MPa，基层不小于0．5 MPa；底基层水泥剂量不超4%，基层不超5%。

路面水稳结构层设计按《公路路面基层施工技术细则》（JTG／T F20—2015）和《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006）要求选用混合料级配，基层选用CB－2或 CB－3，底基层选用 CB－1，具体见表1。为防止离析并考虑级配连续，施工时底基层选用4档料。工程一分部施工配合比见表2，二分部施工配合比见表3。

表1 设计级配

表2 一分部施工配合比 kg·m－3

表3 二分部施工配合比 kg·m－3

2 裂缝基本情况

水稳施工完成3个月后逐渐有裂缝产生，经过裂缝排查，获得基本情况如下。

（1）一分部水稳下基层出现了规律性的横向裂缝，水稳底基层裂缝较少，大部分在水稳基层，平均每公里出现37道，平均间距为30～40m，个别路段为20～30m，比较集中的段落为K3＋800～K4＋800段和K7＋500～K7＋655段。

（2）二分部水稳底基层裂缝分布比较均匀，平均每公里出现22道，平均间距为40～50m，个别路段为20～30m，比较集中的段落为K20＋700～K21＋500段。

（3）以上裂缝均为横向裂缝，宽度为1～2mm且大部分为贯通型裂缝。

3 裂缝产生的原因分析

3．1 试验分析

为验证裂缝对路面承载能力的影响，项目对开裂路段进行了现场取芯（裂缝处和裂缝附近取芯），检测混合料级配、无侧限抗压强度、劈裂强度、弯沉等，结果如下。

（1）无侧限抗压强度：一分部底基层平均值为5．1MPa，代表值为4．6MPa，下基层平均值为7．9 MPa，代表值为7．4MPa；二分部底基层平均值为8．6MPa，代表值为7．9MPa；均满足设计要求。

（2）劈裂强度：一分部底基层平均值为0．55 MPa，代表值为0．48MPa，下基层平均值为0．81 MPa，代表值为0．72MPa；二分部底基层平均值为0．88MPa，代表值为0．83MPa；均满足设计要求。

（3）集料级配：检测结果见表4、图1。

表4 基层水洗筛分结果

图1 集料级配检测结果

（4）弯沉值：采用贝克曼梁（SY－YQ－090）进行检测，评定结果见表5。

表5 弯沉评定结果

3．2 水稳开裂的主要原因

水稳基层、底基层出现裂缝与环境温度有关，与汽车荷载作用无关，因而定性为收缩裂缝。影响收缩裂缝的主要因素包括配合比、施工是否连续、养生条件等［7－10］。

3．2．1 级配技术标准

项目施工采用交通运输部颁发的行业标准《公路路面基层施工技术细则》（JTG／T F20—2015）和《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006），没有充分考虑地理、环境等的影响，针对性不强。

3．2．2 级配范围

为了杜绝收缩开裂，应设法让水泥稳定碎石收缩限制在骨架结构内部。从表2、3可看出，一分部和二分部的20～30mm集料用量分别为26%、28%，而依据项目在河南其他高速公路的调研，发现采用河南省地方标准《公路水泥稳定碎石抗裂设计与施工技术规范》（DB41／T 864—2013）规定级配的水稳基层横向裂缝较少。经过数据对比，发现行业标准级配范围要求较宽（图2）。

同时，相关资料表明，4．75mm临界筛孔通过率超过30%极易形成悬浮结构。从现场取样筛分结果也可看出，施工采用的级配虽然满足行业标准级配要求，但大部分没有达到地方标准级配要求，例如4．75～9．5mm集料用量为17．7%，超过地方标准12%的要求，抗裂性能较差。

3．2．3 水泥剂量

水泥剂量越大，收缩越严重，设法降低水泥用量是防止收缩开裂最有效的途径。行业标准设计水泥剂量为4．5%～6%，而地方标准设计水泥剂量为3%～3．5%，因此行业标准易产生收缩裂缝

图2 行业标准与地方标准级配曲线对比

当前水泥剂量设计采用静压法制备试件，其7d强度不足振动法制备试件的1／2。也就是说，4．5%水泥剂量静压试件抗压强度代表值为6．8MPa，实际振动法试件的强度达到13．6MPa。显然，采用静压法制备试件进行级配设计，水泥剂量过大，现场强度过高，这是导致收缩裂缝严重的主要原因之一。

3．2．4 振动成型

与行业标准相比，地方标准选择垂直振动试验方法的参数更为齐全。行业标准仅规定了工作频率、激振力和静面压力，无法描述振动仪工作状态，且压实控制标准与实际施工不吻合，不易操作；而地方标准压实仪具有惟一性，规定的参数与实际施工效果相匹配，实际芯样相关性可达93%。

3．2．5 施工情况

水泥遇水凝结硬化，温度越高凝结硬化越快。水泥稳定碎石碾压要求在初凝之前完成，而施工期5月下旬至9月中旬当地气温较高，水泥凝结硬化较快，若施工过程因运输车辆不足或现场摊铺过慢等原因中断，必然会造成隐性施工缝。一旦遇到降温，隐性施工缝就可能出现拉裂张开。

3．2．6 养生

洒水保湿养生非常重要，水泥稳定碎石只能在有水的条件下强度才持续增长，7d强度约为极限强度的45%，28d强度约为极限强度的75%。当下基层施工完毕而上一结构层未能及时覆盖时，养生只有7d，显然强度几乎停止增长，一旦遇到低温收缩产生应力超过其强度时便会开裂。

4 水稳裂缝处治对策

4．1 已施工水泥稳定碎石裂缝的处治措施

下结构层施工前，应防止水沿裂缝渗入，否则会在施工车辆或社会车辆作用下造成唧泥翻浆，造成水稳层脱空，并进一步使裂缝边缘碎裂。

采用骑缝方式在裂缝两侧各洒布30cm热沥青，厚度不小于5mm；或在裂缝处沿裂缝长度铺设15～20cm长的玻璃纤维土工格栅，防止反射裂缝的发生。

4．2 未施工水泥稳定碎石裂缝的防止措施

（1）设计依据。根据河南省地方标准《公路水泥稳定碎石抗裂设计与施工技术规范》（DB41／T 864—2013）进行设计。

（2）配合比。最大干密度采用重型击实方法设计值乘以1．03，或者以试验段碾压至密度不再增加时的实测密度除以0．99作为最大干密度。采用振动成型试件测试7d无侧限抗压强度来设计水泥剂量，底基层水泥剂量为3．0%，上下基层水泥剂量为3．5%。矿料19mm筛孔通过率控制在35%或更高；4．75mm筛孔通过率控制在30%～32%；4．75～9．5 mm筛孔通过率不得超过12%；0．075mm筛孔通过率控制在3%～5%。

（3）施工。做好严密施工组织，实现连续施工，确保拌合、运输、摊铺和碾压各环节流水作业中任何环节不出现中断，若有中断应及时通知拌合场。排查各环节可能出现离析的情况，并采取相应措施。严格执行压实工艺，确保压实质量。

（4）养生。养生到达7d后及时施工下一结构层，施工时必须确保水泥稳定碎石基层表面湿润，并洒水泥浆；若养生7d后不能及时施工下一结构层，洒水养生不少于28d，或者洒水养生至下一结构层施工为止。

5 结 语

项目重新完善了水泥稳定碎石施工配合比，并进行了试验段施工、总结，经过近3个月的观察未发现横向裂缝。

水泥稳定碎石施工要做好事前预防、事中控制、事后总结，充分考虑工程所在地的环境特殊性和地方标准。通过采用完善后的施工配合比，节约了水泥用量，降低了施工成本，提高了施工质量，并为行业施工提供了经验。预期可使水泥稳定碎石的力学强度提高35%，减少裂缝数量80%，并节约水泥用量20%～30%，经济效益明显，同时也提高了社会效益。