公路水稳碎石基层裂缝治理技术分析

曹建波

(湖南省益阳公路桥梁建设有限责任公司,湖南 益阳413000)

水泥稳定碎石基层在公路建设中的性能会受到多种因素的影响,尤其是级配骨料质量和水泥配比。在路面结构层建设施工过程中,受施工工序、温度变化和垫层沉降等因素影响,经常会造成基层开裂,影响结构层质量。为此,本文将对水稳基层裂缝的产生成因进行分析,并以此为基础,提出防治开裂病害的几点措施。

1 工程概况

某二级公路新建项目,首先通过人工步检调研,选择大约3 km范围内裂缝密集路段,进一步采用探地雷达对裂缝发展层位进行调研,调研结果如表1所示。

表1 裂缝情况

2 裂缝原因分析

2.1 雨水侵害原因

因为该工程在南方地区,属于典型的亚热带季风气候,降水量丰富,又因沥青路面具有较强的透水性,因此,推测水害是导致基层开裂的成因之一。

2.2 水泥稳定碎石混合料自身缺陷

因为该地区光照强度较大,季风发达,在水泥碎石混合料铺设完成之后,会在材料表面出现较为强烈的水分蒸发现象,导致材料内外体积变化速度不同步,产生干缩裂缝；在材料硬化初期,由于水泥水化过程会产生大量的热,但材料表面和内部散热速度不同步,导致材料内外体积变化差异,产生温缩裂缝。

2.3 施工工序控制问题

路基沉降也是造成水稳基层开裂的因素之一,为避免路基的不均匀沉降影响公路建设质量,在路基施工完成后,必须对路基的沉降数据进行检测,月沉降速率≦5mm,才能够继续进行填筑施工作业。某些公路建设项目为缩短工期,忽视沉降观测环节,路基施工完成,直接进行填筑作业,导致基层裂缝病害频出。

2.4 配比失控问题

某些公路建设项目在建设过程中为提高施工速度,通过增加水的掺配量的方式,提高聚合物施工性能,造成聚合料板结过程中没有足够的灰浆填充骨料空隙,导致水稳基层强度不够,后期出现大范围开裂问题。

3 裂缝的防治

3.1 沥青路面裂缝雨水侵害防治技术要求

3.1.1 为避免雨水侵害对路基的强度造成影响,在进行沥青路面铺设施工时,应该采取一定的技术措施,降低路面渗透性,防止雨水侵害基层结构,预防路基开裂造成的路面结构裂缝现象。雨水侵害防治技术要点如图1。

图1 雨水侵害防治技术综合考虑因素

3.1.2 根据相关技术规范,严格把控级配骨料质量,保证骨料强度、配比满足技术规范要求,同时精确控制沥青胶凝材料配合比,以保证聚合料摊铺压实之后的嵌挤锁结效果,进一步降低渗透率。

3.2 级配的选择

3.2.1 水泥稳定粒料有骨架密实型和悬浮密实型两种存在形式,其各级粒径颗粒的分配情况见表2、3。

表2 骨架密实型基层聚合物粒径颗粒的分配

表3 悬浮密实型基层聚合物粒径颗粒的分配

3.2.2 悬浮密实型结构在施工实践过程中,更容易出现裂缝问题,因为粗集料少,所以在摊铺压实施工后,会被挤压悬浮在细集料中间,导致板结过程中出现裂缝。

3.2.3 骨架密实结构在施工实践过程中,极少出现开裂问题,经过摊铺压实作业,粗集料会出现牢固的嵌挤锁结,不仅具有更高的强度,也能够有效预防开裂现象的出现。

3.3 施工过程中的控制

3.3.1 水泥稳定碎石结构施工需要精良的施工工艺,同时也要有合适的施工环境。因此,水泥稳定碎石基层裂缝的预防要注重细节,更要有严谨的工序、科学的施工管理。

3.3.2 含水量的控制。水泥稳定碎石基层施工要关注含水量控制,施工环境的动态变化和料体自身的干缩特点造成含水量管理难度增加,所以在料体性能的设计考量中,要注重气候信息收集,实现混合料含水量动态控制。

3.3.3 水泥剂量的控制。基层裂缝概率随着水泥剂量使用增多而增大,本项目基于减少裂缝的目标,选用水泥剂量应用较少的振动成型压实法,作为水泥稳定碎石基层各级粒径颗粒的配比方案；抗裂型水稳能够让混合料强度升高水泥用量管控过程中,要保证其使用量小于设计值的1.005 倍。

3.3.4 级配的控制。为满足抗裂性标准,在水泥稳定碎石科学的配合比设计工作上,应该给予足够的重视,水泥稳定碎石抗裂性能主要来源于稳固的骨架结构的形成,要重视4.75 mm和0.075 mm关键筛孔的通过率管控。

3.3.5 离析的控制。混合料表面经过碾压施工,容易造成离析现象。裂缝问题在一定程度上来源于机械离析的作用,在摊铺机螺旋挂杆和变速箱位置安装反方向叶片,用以防止出料离析现象。

3.3.6 养护控制。水泥稳定基层碾压完成后,要在水泥稳定基层进行篷布加盖,同时采取必要的洒水养护,保持水分充足,达到预防干缩性裂缝现象出现的目的。

4 裂缝养护阶段的修补技术

为处治半刚性基层沥青路面大量出现的反射裂缝,目前主要处治技术有贴缝带处治法、挖补法、罩面法等。这些裂缝修补方法都是针对沥青面层裂缝的处治,处治深度一般为沥青路面的上面层,如处理至基层,施工难度大,现提出采用有机注浆材料进行基层裂缝修补技术,其施工要点如下:

4.1 基层裂缝修补注浆技术工艺流程

采用有机注浆材料进行基层裂缝修补技术,其施工工艺流程见图2。

图2 基层裂缝修补注浆技术工艺流程

4.2 基层裂缝修补注浆技术要点

4.2.1 双液注浆配比。(1)A组分为主剂复合多元醇、催化剂、匀泡剂和增韧剂,多元醇配比为:m(多元醇):m(多元醇2)=80:20,催化剂用量选择3.2%,增韧剂为8%；(2)B组分为固化剂PAPI-2；(3)A组分:B组分=100:85。

4.2.2 主要设备。钻孔机1台、压浆机1台、5 kW以上发电机组1台、空压机1台、2～4t卡车1辆、PV C管若干、保护管若干、扁咀大力钳若干。其他设备:风镐、铁锹、扫帚、卡尺等。

4.2.3 布孔的基本原则是使注浆孔在路面上均匀分布,每个孔所担负的注浆面积合理。

4.2.4 采用高强度金刚石钻孔机钻孔,钻孔孔径孔15～20mm,钻孔深度为40cm,到上基层底部。

4.2.5 注浆前,先采用大功率吸尘器收集钻孔产生的粉末颗粒,再使用空压机吹孔,使沥青路面结构层与水稳路面结构层之间形成有效粘结。

4.2.6 预埋注浆导管注浆导管由PV C管和金属保护管组成,注浆压力采用1.0 ～1.5 MPa,注浆时间为保持注浆压力2min。

4.2.7 现场钻孔过程中,必须对现场钻孔数量以及深度进行检查,若不满足,需进行二次钻孔。

4.2.8 严格报告程序,实施监理旁站制度,施工过程中监理全程跟踪监督。注浆过程中,应对现场注浆导管夯实以及稳压封孔时间进行控制,确保压浆整体质量满足技术要求。

5 结论

本文结合工程实践,对水稳基层裂缝产生的成因进行了分析,并有针对性的给出施工和养护两个阶段的防治技术。因为水稳基层裂缝难以有效防治,并且一旦产生开裂,很容易诱发更大的质量问题,所以施工阶段的预防更加重要。在后期养护阶段,应做好保养维护,及时处理已经发现的开裂病害,进一步降低开裂病害的发生、减少质量风险。