水稳基层裂缝成因分析及防治措施技术总结

2022-04-08盛孝钦SHENGXiaoqin

价值工程 2022年12期

盛孝钦 SHENG Xiao-qin

（中国核工业华兴建设有限公司，南京 232000）

0 引言

水稳基层易产生裂缝的问题是施工单位一直致力于研究解决的问题。该类型裂缝容易发生，一般以横缝出现在基层顶面，缝宽0.5～2mm 左右，水稳基层施工完成后两周内就开始出现。本文从原材料管理、细集料含量、水泥含量、施工时间等角度分析裂缝产生的原因，并提出切实可行的预防措施及裂缝处理方案，使工程质量得到了有效保障。

1 工程概况

本工程位于某市山南新区，为东西向重要的主干路。本次工程范围起自南经十四路，为东西向重要的主干路。设计起点桩号为K0+044.502，终于新国道206，终点桩号为K6+021.15，道路全长5976.648m。

基层采用36cm 水泥稳定碎石（压实度≥98%，7d 无侧限抗压强度3.0～4.0MPa），分为上下两层摊铺，各层压实厚度均为18cm，基层与基层之间、基层与底基层之间均喷洒水泥净浆。（图1）

图1 路面结构设计图

2 施工工艺

2.1 原材料选用及混合料配合比设计

①水泥：P.S.A32.5 硅酸盐水泥，在施工过程中经多次检测，其初终凝时间分别在4 小时和6 小时以上。②碎石：选用4 种规格的石料，其规格材料粒径分别为1#料（碎石20～30mm）、2#料（碎石10～20mm）、3#料（碎石5～10mm）、4#料（石屑0～5mm）四种规格。所用粗集料的压碎值为16.6%，针、片状颗粒含量为13.8%，0.075mm 以下的颗粒含量为9.7%。③混合料配合比：采用水泥剂量为5.0%，集料掺配比例为1#料∶2#料∶3#料∶4#料=22∶24∶25∶29。根据实验结果，最大干密度2.326g/cm3，最佳含水量为5.8%，无侧限抗压强度为5.3MPa。

2.2 施工工艺

①施工时间：2020年7～9月，从摊铺到压实时间2.5h。②摊铺宽度：本工程道路宽度为15m，采用两台摊铺机前后相隔5～8m 成梯队向前摊铺，两台摊铺机摊铺宽度为7.6m（前后两台摊铺机摊铺重叠100mm），摊铺速度：1.2m/min。③碾压组合：根据试验段得出的结果，拟采用碾压组合如表1。④养护：将土工布湿润，然后人工覆盖在碾压完成的基层顶面。2 小时后，专人洒水养护，保持基层处于湿润状态至少7 天，正常养护至少28 天。

表1 碾压组合

3 裂缝情况与原因分析

3.1 裂缝情况

在该工程施工过程中，水泥稳定碎石基层摊铺完成后两周左右，部分路段水稳基层开始出现不同程度的横向裂缝，裂缝宽度0.5～2mm，且部分裂缝随着基层裸露时间的增加，发展为网状裂缝。另据目测观察，有部分裂缝横向贯穿。（图2）

图2 水稳基层横向裂缝

3.2 原因分析

根据现场调查分析，结合该段水泥稳定碎石基层现场实际施工情况，分析现场裂缝产生原因如下：

3.2.1 原材料管理不当

本项目水稳基层碎石用量较大、时间短，拌合站储料场地不足，同时使用多个料场供料，虽然材料分了不同档级进行堆放，但是还是出现混堆储料的现象。因此导致产生两个较严重的问题：第一，由于不同料场筛网规格不一致，造成同档集料内各类粒料数量不一致，各档材料混合后，生产配合比变化无常，无法保证生产配合比稳定，容易超出上限或下限；第二，各料场集料的密度不同，为确定最大干密度的工作带来较大的困难，即无法在多种混合集料中得到一个最具代表性的最大干密度，最终导致施工时的压实度检测和控制无法正常进行。而水泥稳定碎石基层级配和压实度的好坏，严重影响水泥稳定基层的干缩性，因此不排除该项因素是导致裂缝产生的原因之一。

3.2.2 骨料中细集料偏多

通过裂缝处和非裂缝处取芯对比分析得出，水稳基层级配细集料偏多，通过现场调查，该路段中0.075mm 以下的粉尘大于10%，集料中0.075mm 以下颗粒含量增大时，既容易增大水泥用量，又容易使水稳基层表面起砂，对水稳基层的质量产生了较为严重的影响。并且，当集料中0.075mm 以下颗粒含量增大时，随着水稳混合料的温度降低，其温缩系数变化幅度亦越来越大。故该项因素可能是导致裂缝产生的原因之一。（图3）

图3 水稳基层裂缝处钻取芯样

3.2.3 水泥用量偏高

根据现场所取芯样检测结果显示，该路段水稳基层结构密实强度高，易产生裂缝，说明施工中水泥用量偏高。而水泥用量越大，水稳基层刚性则越大，同时也越容易产生干缩性裂缝，缝宽也增大。因此不排除该项因素是导致裂缝产生的原因之一。

3.2.4 施工时间选择不当

该段水泥稳定碎石基层施工完成时间在2020年9月高温季节段施工，施工期间平均气温高达30℃，且该时间段多晴少雨。当进入10月份后，基本上3 至5 天就有雨水。水稳基层从“较干燥→饱水状态→较干燥→饱水状态”循环反复作用，水分重复循环“蒸发、饱和、蒸发、饱和”，反复多次干缩过程，必然会使水稳基层出现严重的拉裂现象，并且在薄弱地方积少成多，最终就产生出裂缝，随着气温的逐渐降低，裂缝的张开宽度有所增大。故该项因素是导致裂缝产生原因的可能性较大。

4 裂缝预防措施

4.1 严格控制原材料

粗集料只用一个料场供料，拌合站集料分仓堆放，生产时项目技术人员、试验人员严格把控生产质量，既能保证每次生产时的生产配合比与理论配合比较为吻合，也能保证集料的最大干密度始终稳定，这对于现场施工时，准确的控制压实度提供了有力保障。实践证明，水稳基层生产配合比和压实度的控制，既影响了水稳基层的干缩性，又影响到水稳基层的耐冻性。所以，控制好生产配合比和压实度，对于预防水稳基层裂缝的产生具有较好的现实指导意义。

4.2 严格控制小于0.075mm 以下的颗粒含量

在实际施工时，要控制集料中0.075mm 以下颗粒的含量，想通过事后在堆料场用筛网过筛，或是用水直接冲洗的方法，是不现实也不经济的。而在矿场破碎时，在破碎机的皮带运输过程中加装一个可旋转的滚动筛网，或者直接加装水洗装置，通过实践证明，经过这个工序，集料中0.075mm 以下的颗粒含量会极大减小。

4.3 严格控制碾压时的最佳含水量和水泥用量

拌制混合料时，应按设计配合比严格控制混合料中的水泥用量及矿料级配，配料计量准确。拌和机由技术熟练的人员专人操作、保养和维修。拌和机的自动计量系统准确灵敏，每次开工前事先应对自动计量系统检查和调试。

在施工时，应根据当时天气情况，同步增加或减少混合料的用水量。摊铺完成后，应立即用湿润土工布覆盖，并进行洒水养护，防止水稳基层因为水分的过分蒸发及水化作用，而造成水稳基层表面出现干缩性裂缝。

4.4 选择合适的时间段进行水稳基层施工

水泥稳定碎石基层施工，应该选择在气温最接近年平均气温时施工。因为此时水稳基层的内温度应力较小，热胀冷缩的现象在水稳基层中不易产生。如果施工时的气温，与年平均气温的温差越大，则越容易产生温缩性裂缝。如果工期紧，且正值酷暑时期，应当选择在早晨或者傍晚时气温相对较低时施工，并应立即用湿润土工布覆盖，加强洒水养护，确保水稳基层始终处于湿润状态。

可能的情况下，养护期结束后，立即对水稳基层进行透层或封层施工，及时摊铺沥青砼面层，确保水稳基层露裸的时间短，可以有效地减少因“多次反复干缩”而产生裂缝。通过本工程后期实践证明，这个措施的效果非常良好。

5 裂缝处理措施

5.1 裂缝处理方案

根据《公路路面基层施工技术细则》JTG-TF20-2015对基层收缩裂缝处理意见，结合本项目实际情况，我部经研究决定拟采用如下处理方案：①在铺筑上层结构之前应对水泥稳定碎石基层的横向裂缝进行统计：如果横向裂缝间距D＜10m、网状裂缝等为严重裂缝；10m≤D＜20m 为一般裂缝；20m≤D＜30m 为轻度裂缝；D＞30m 以上为轻微裂缝。②对于水泥稳定碎石基层下层横向裂缝，严重裂缝的路段应返工重铺，返工的长度为延路线走向长度10m 的倍数。③对于水泥稳定碎石基层上层横向裂缝，严重裂缝路段和一般裂缝的路段应返工重铺，其余路段在喷洒透层沥青之前，在水泥稳定碎石基层顶面裂缝位置贴铺不小于1m 宽的聚酯玻纤布进行处理。铺筑聚酯玻纤布前，裂缝灌注热沥青进行封缝处理。本工程通过上述处理方案的应用，取得了较好的效果，沥青面层未出现反射裂缝，工程质量满足设计使用要求。其中采用聚酯玻纤布来处理水稳基层裂缝，它具有的低延伸性以及高抗拉强度，可以在沥青混合料路面下形成一个完整、连续且不变形的防水层，可较大程度地阻止雨水渗入，从而有效避免因为雨水侵入水稳基层而导致的破坏，并且可以消除水稳基层裂缝处的应力集中，可减少传递反射至沥青面层的裂缝，从而降低面层出现反射裂缝。还可以增加沥青面层与基层层间的摩擦阻力，较大程度地克服了水稳基层产生收缩裂缝。