浅析水泥稳定碎石基层裂缝形成原因及防治措施

2020-01-19陈佳佳郑州市路通公路建设有限公司宋宇郑州腾盛实业有限公司

环球市场 2020年26期

陈佳佳郑州市路通公路建设有限公司宋宇郑州腾盛实业有限公司

一、水泥稳定碎石基层裂缝形成原因

水泥稳定碎石基层是沥青路面常见的一种基层形式，水泥稳定碎石基层初期具有较高强度，随着龄期的增长，基层强度也迅速增加，并形成一个板体，其具有强度高、抗渗及抗冻能力良好等特点。但在长期使用过程中，水泥稳定碎石基层极易发生裂缝病害，甚至出现反射裂缝，进而影响路面行车舒适性和安全。微裂更好地达到防裂抗裂效果，必须全面了解水泥稳定碎石基层裂缝形成原因，具体如下：

（一）干缩裂缝形成原因

在水泥稳定碎石基层当中，在和外界环境接触的空隙部位最易发生材料干缩情况，随着水分蒸发量越来越多，材料毛细管水面逐步下降，进一步加大毛细管张力，导致半刚性材料初期产生体积收缩情况。在失水速率不断加快的同时，毛细管孔径将逐步减小，张力却随之增加，这种情况下，材料干燥收缩情况愈发严重，进而产生裂缝。

（二）温缩裂缝形成原因

温缩裂缝主要是因为温度变化而产生，主要分为2大因素，即昼夜温差、季节性温差。首先，昼夜温差作用。一般情况下，基层材料铺筑，多在高温季节施工，主要原因在于日照强、气温高，但是由于夜间温度下降，且昼夜温差较大，将会大大增加基层温缩应力，这种情况下，很容易产生基层裂缝。其次，季节温差作用。于水泥稳定碎石基层而言，季节温度变化对其影响很大，特别是四季分明的北方地区。冬季严寒、气温零度以下，基层极易出现冻害情况，进而加重基层收缩现象。基于面层与底基层的上下约束，基层在面临气温变化时，往往会出现拉应力大幅增长的问题，从而出现基层裂缝。

二、工程概况

某公路工程全长13.4km，原路面结构为4cm沥青罩面+8cm沥青混凝土+15cm二灰碎石+15cm石灰土，由于行车荷载和自然因素的长期作用，路面已出现了较为严重的病害，比如网裂、龟裂、路面变形、坑槽等，经现场勘查可知，路面基层强度不足，为了保证施工质量，对本路段进行18cm冷再生基层调拱，并补强水泥稳定级配碎石（18cm）和沥青混凝土（9cm）。按照室内试验研究结果，在养生2d进行水泥稳定碎石微裂施工，通过抗压回弹模量下降百分率控制现场试验微裂程度。按照所得结果可知，抗压回弹模量下降百分率为抗压强度的1.4～1.6倍，为此，可在30%、40%、50%控制抗压回弹模量下降百分率。为了保证施工质量，需采取具有代表性的路段作为试验段，共400m，分为4段，每段均为100m，其中A、B、C段分别为微裂程度30%、40%、50%，参照路段设为D段，不做微裂施工处治。

三、微裂技术作用机理

微裂技术是指在摊铺、碾压水泥稳定碎石基层之后，在养护前期便通过振动压路机对基层进行碾压，从而形成又细又分散的网状微裂缝。采用此类施工工艺，可以充分利用水泥稳定材料的收缩作用，并形成收缩应力，防止生成太长或太宽的裂缝，减少反射裂缝的发生率。通过微裂技术的应用，可以为抑制或控制水泥稳定碎石基层反射裂缝提供一个新的防治思路。通过这种施工方式，很大程度上可以降低基层材料早期收缩应力。其特点如下：

1.微细裂缝具有良好的传荷能力，且不会向路面反射，可大大减小裂缝宽度，避免大裂缝产生，减少裂缝数量。

2.早期养护时期，水泥稳定材料强度损失仅是暂时的，随着养护时间的不断增加，其强度将随之增长，并不会影响基层强度。

3.于基层材料整体结构性能而言，微裂技术不会产生结构性的不利影响，因此具有良好的施工效果。

四、水泥稳定碎石基层微裂施工技术要点

（一）水泥稳定碎石基层微裂技术施工过程

微裂施工中，采取XG6224m-1型振动压路机进行压实，9.5m为路宽，3.185m为压路机宽度，按照既定碾压施工方案，由左至由压路机分3次完成碾压，碾压速度需控制在合理范围内，保证缓慢、匀速前行，一般为3～5km/h，保证碾压无死角，可达到压实度要求。

（二）基于落球式弯沉仪的微裂技术过程控制

基层摊铺碾压施工之后，即可进入洒水养生阶段。在养护2d之后，便可按照施工方案进行微裂施工。在整个施工过程中，要实时通过落球式弯沉仪测定其模量。首先要将各个试验路段微裂前的基层模量测定出来，并将其作为基准模量。微裂过程中，振动压路机每振动碾压1遍，便可进行一次回弹模量测定，当模量降低至要求微裂程度之后，便可停止碾压施工，并对微裂情况进行详细观测。4个试验段微裂前模量均为845MPa，碾压遍数和模量测定结果如下：

1.1号段，碾压遍数为4遍，微裂后模量为580MPa，微裂程度为32%；

2.2号段，碾压遍数为5遍，微裂后模量为470MPa，微裂程度为44%；

3.3号段，碾压遍数为6遍，微裂后模量为375MPa，微裂程度为56%；

4.4号段，无碾压，微裂前后模量一致，均为845MPa。

（三）微裂施工结果及分析

通过微裂施工之后，可以得出如下结果。

1.1号段，微裂程度为32%时，微裂缝肉眼基本不可见；

2.2号段，微裂程度为44%时，微裂缝大部分肉眼不可见，少数可见；

3.3号段，微裂程度为56%时，微裂缝大部分肉眼可见，呈细而分散的微裂缝网络。

按照微裂技术作用机理规定，当基层微裂处理之后，最佳状态为微裂缝网络呈现大部分肉眼不可见或少数可见，这种情况下，将有效释放材料早期收缩应力，且养生后期大部分裂缝均可自动愈合，对路面结构整体承载力不会造成任何影响。基于此，可认为当微裂程度为40%左右时，裂缝大部分肉眼不可见，少数可见，为最佳状态。

微裂技术主要用于提升水泥稳定碎石基层材料抗裂能力，同时，还可改善及抑制沥青路面反射裂缝。因此，为了全面了解路面抗裂效果，在试验段通车运营1年之后，对路面反射裂缝进行调查分析，经勘查可知，1、2号段均出现了1条非贯穿裂缝，未见贯通裂缝；但是3、4号段则均出现了1条非贯穿裂缝和1条贯穿裂缝。由此可见，相比微裂程度50%和未做微裂处理路段，微裂程度30%、40%路段裂缝数量较少，与此同时，考虑到在对材料后期强度恢复不影响的情况下，微裂程度越大，材料释放收缩应力的效果越佳，最终确定微裂技术可采取养生2d后，40%微裂程度为最佳选择。