抗裂性水稳碎石基层施工技术研究

张琳

（张家口路桥建设集团有限公司，河北张家口 075000）

1 引言

随着交通强国战略的提出，我国公路行业发展进一步提速，交通基础建设如火如荼。但随着我国道路交通量的与日俱增，且重载、超载现象层出不穷，给我国道路行业带来了严峻的考验。我国传统道路设计理论采用“强基薄面”的形式，基层材料采用高强度的水泥稳定碎石，在重载、超载作用下十分容易产生开裂，极大地缩短了道路基层的使用寿命。为了适应我国当前高速发展的国情，提高道路品质，通过技术手段来提高水稳基层抗裂性能十分必要。

2 水稳基层特性及防治措施

水稳基层是目前我国高速公路普遍采用的基层结构之一，其主要以水泥作为胶凝材料将碎石凝结成整体，在造价、强度和承载性能上都能满足我国道路使用要求[1]。然而水稳基层作为半刚性基层的一种，不可避免存在容易收缩开裂的缺点。在道路碾压完毕后，若没有进行完善的养护工作，基层失水十分容易造成开裂，进而引起道路反射裂缝。因此，目前我国针对路面反射裂缝提出了具体防治措施。首先，是完善养护工序，设置应力吸收层或铺设土工布来吸收基层向面层传递的应力；其次，是提高沥青下面层抗裂性能。但这2 种方法均治标不治本[2]。研究表明，在水稳基层中掺入纤维后，通过其加筋作用能够有效提高水稳碎石的抗裂性能。本文结合项目工程实例对该工艺进行详细介绍。

3 工程概况

某高速公路全线长134.21 km，采用沥青混凝土面层+水稳基层作为路面设计结构。随着交通量急剧增加，道路不可避免地出现裂缝、车辙等病害。经过2 次大规模养护后，路面反射裂缝复发，考虑到该道路部分路段路面损坏面积严重，使用时间较长，决定对部分路段进行重新修筑。

4 原材料

4.1 集料

碎石集料作为水稳基层的骨架从根本上决定了水稳基层强度，因此，在集料的选择上，应对碎石的物理化学性质、级配组成进行考虑。由于水稳碎石基层作为主要承重层，需要承受沥青面层传递来的应力，若碎石的压碎值、坚固性不满足要求，将会导致路面承载性能严重不足。此外，在结构上水稳基层常用的结构为骨架密实型，需要通过形状颗粒良好的碎石嵌挤来形成强度，而基层压实施工过程中需要经受压路机的碾压，若采用扁平、针片状含量高的碎石十分容易被压碎，破坏碎石的结构和级配组成。

4.2 水泥

水泥作为胶凝材料在水稳基层中的主要作用是将碎石凝结成型，通过加水与碎石拌和硬化后形成特定形状的结构物。研究表明，水稳基层中掺加水泥含量越多，其强度越高，但随着水泥含量的增多，基层早期养护时发生的收缩开裂将会加剧。因此，水泥剂量的控制是防治反射裂缝的一个重要途径。结合当地道路修筑经验与试验结果，控制水稳基层中水泥含量为3%。水泥试验检测结果见表1。

表1 水泥检测结果

4.3 纤维

玄武岩纤维作为一种成本低廉、环境友好的材料，广泛应用于道路工程中。在水稳碎石基层中，玄武岩纤维以其高模量、高强度的特点能够有效提升基层的抗裂性。同时，玄武岩纤维在试验检测中化学性质十分稳定，掺入混合料后能够不受水泥浆的影响，发挥其加筋的作用。在纤维尺寸的选择上，不同尺寸的纤维掺入后对基层的改良效果不同。经过实验室试验后决定采用6 mm 和12 mm 的玄武岩纤维作为首要选择。纤维性能见表2。

表2 玄武岩纤维性能

5 施工工艺

5.1 施工准备

本项目为旧路改造项目，针对原路面面层混合料应进行铣刨处理，基层已发生损坏的水稳基层通过挖掘机挖除。准备完毕后需要对下承层进行清扫，清除挖掘后残留的碎石并喷洒一定量的水泥浆，若未喷砂水泥浆直接摊铺将会导致基层与下承层黏结不紧密。

5.2 混合料的拌和

掺玄武岩纤维水泥稳定碎石混合料与普通水泥混合料拌和工艺存在差异，主要体现在纤维的掺入上。在进行水稳碎石拌和时，首先，在拌和机中加水，使水泥成为水泥浆，然后通过履带投送的方式将玄武岩纤维投送至拌和机中，采用履带投送应提前设置好投放量并均匀投放纤维，避免一次性掺入过多造成纤维聚集成[3]。

5.3 混合料的运输与摊铺

混合料拌和完毕后应及时运送至摊铺场地，由于水稳碎石混合料的初凝时间固定，为了保证施工效率，在选择拌和站时尽可能采用就近原则。同时，混合料在运输过程中水分不可避免会产生损失，应做好保湿工作。在混合料上加盖篷布减少水分散失。运送至现场后停放在摊铺机前20 cm 处等待摊铺机卸料，摊铺过程中运料车应全程挂空挡，由摊铺推动前进。对于未能及时进行摊铺，已经发生初凝的混合料严禁摊铺。

5.4 混合料的碾压与养护

水稳基层的强度形成需要一定的时间。在碾压过程中首先应采用静压对路面进行整平，若摊铺时直接采用振动碾压将会振散已嵌挤的骨架，对强度的形成造成无法挽回的损害。碾压过程中为了保证压实，应分段进行碾压，控制每段具体不超过100 m，对于2 条轮迹带重合30～40 cm。此外，对于路基边缘大型压路机无法充分碾压部位可采用人工手持小型压路机碾压。压实度经监理检测满足要求后，尽快覆盖土工布洒水养护。

6 试验路段性能检测

6.1 强度试验

水稳碎石的强度形成需要一定的时间，其强度形成需过程经过以下阶段：第一阶段是通过压路机压实后碎石嵌挤形成强度骨架；第二阶段是通过水泥的水化生成水泥浆将碎石黏结成整体，使其在抗压、抗折和劈裂强度上均不断提升。而水稳碎石的抗弯拉强度和劈裂强度是评价碎石基层抗裂性的重要标准。为了验证掺加玄武岩纤维后碎石基层的抗裂性能是否提升，对钻取芯样进行强度试验，试验结果见表3。

表3 强度性能试验结果

对比养护7 d 后纤维碎石基层与普通碎石基层的抗弯拉强度与劈裂强度，纤维碎石基层养护7 d 后抗弯拉强度与劈裂强度为0.342 MPa 和0.471 MPa，而普通碎石基层抗弯拉强度和劈裂强度为0.274 MPa 和0.322 MPa，掺加纤维后分别提升了24.82%和46.27%，说明基层的抗裂性能显著增加。同时，对比抗压强度试验结果，掺加纤维后的7 d 抗压强度远高于未掺加纤维的基层强度。

6.2 压实度检测

压实良好的碎石基层强度发展更为迅速。因此，在进行基层验收时，往往将压实度作为验收标准之一。根据路基施工技术规范，基层压实度达到98%方可进行面层摊铺。由于掺加纤维后使得水稳碎石混合料组成更为复杂。为了验证纤维是否会对基层压实度产生影响，通过灌砂法进行检测，检测结果见表4。

表4 水泥稳定碎石压实度检测结果

针对不同桩号左、中、右3 个点位进行压实度检测，其结果均大于98%要求，说明掺入纤维后路面基层压实度仍能满足规范要求。

7 结语

目前，水泥稳定碎石基层在我国广泛应用，但随着使用年限的增加，反射裂缝逐渐凸显，为了对道路反射裂缝进行防治，提出在碎石基层中掺加纤维的方式来提高其抗裂性。试验结果表明：掺加纤维后7 d 抗弯拉强度和劈裂强度分别比未掺加之前提升了24.82%和46.27%，基层抗裂性能提升明显。