市政道路水稳层开裂的成因分析及防控举措

黄素云

摘 要：水稳层作为道路的关键承重结构层，若出现开裂病害且未及时处治，不仅会影响自身还会波及面层，导致路面开裂。对此，基于实例，就水稳层开裂的成因展开分析，并提出了防控举措，以供借鉴参考。

关键词：水稳层开裂;成因分析;防控举措

中图分类号：U416                                   文献标识码：A                                    文章编号：2096-6903（2022）06-0013-03

1 项目实例

1.1 裂缝描述

某城市沥青道路全长1 836 m，采用双向4车道，道路宽度为24 m，路面结构层主要包括：AC-13细粒式改性沥青砼表面层（4 cm）+AC-20中粒式沥青砼中面层（5 cm）+AC-25粗粒式沥青砼下面层（7 cm）;透层油采用乳化石油沥青，喷洒量为1㎏/㎡;5%水泥稳定碎石基层（20 cm）;12%石灰土底基层（30 cm）。该道路路面结构为半刚性基层，建成通车后仅不到一年就出现了不同程度的纵向及横向开裂，具体位置为：①右幅路面K12+139～K12+353路段，基层顶面发现横向、纵向裂缝共21条，其中，横向裂缝16条，纵向裂缝5条，裂缝长度约在14～32 m。②左幅路面K17+412处，于下面层顶面出现1道纵向开裂，裂缝长度为15.4 m，宽度为4～11 mm。③右幅路面K21+260～K21+605路段，于上基层顶面发现纵向开裂3条，裂缝长度约为12.6～19.5 m，横向开裂11条，裂缝长度约为7～16 m。④右幅路面K24+237～K24+270路段，于上基层顶面发现纵向开裂2条，裂缝长度为14～33 m，裂缝宽度高达21 mm。

1.2 成因调查

钻芯取样。在发生开裂的位置进行钻芯取样，以了解形成裂缝的具体结构及严重程度。其中，对钻取芯样进行分析发现，出现裂缝的芯样密实度差，骨料级配不均，存在骨料离析现象，且水稳层整体较为松散，并出现贯穿基层、面层的横向裂缝。

刨切路面。由于钻芯取样仅能反应局部裂缝情况，因此，为查找开裂的具体原因，选取一段具有代表性的裂缝路段，并按照铺筑的层次结构逐层刨切，其中，裂缝最宽位置达21 mm，裂缝两侧呈现错台状，上、下基层的裂缝处于同一断面，且断裂面水稳层呈破碎状，强度较差，并在承载性较差位置出现纵向开裂。

2 水稳层开裂的成因分析

依据钻芯取样及刨切路面结果，对水稳层开裂的成因进行分析可知，造成水稳层开裂的成因众多，主要有以下方面。

2.1 原材不合格

水泥质量不达标。从水泥稳定性来看，硅酸盐水泥的稳定性好，而铝酸盐水泥稳定性差，尤其是部分小厂家生产的水泥，质量管控不严格，以致水泥的稳定性不满足要求，一旦用于水稳层施工，就会导致后期出现较大收缩，从而形成收缩裂缝[1]。另外，水稳层施工中，不同厂家、批次、标号的水泥混合使用，使得水稳层出现不均匀收缩，也会加大开裂的几率。

骨料质量不合格。水稳层混合料拌制过程中，所用骨料筛选不严格，骨料含泥量及泥块含量超标，且粒径<6 mm的骨料未测定液限及塑性指数，以致水稳层干缩性较差，一旦收缩应力超出水稳层强度就会出现干裂。

2.2 配比不合理

水稳料拌制时，试验部门往往是依照既往类似项目经验开展配比设计，而若未结合项目实际将材料特性、施工环境等纳入考量范围，则会导致混合料配比不满足项目实际需要。

结合相关试验数据可知，在骨料级配、成分一致时，混合料中水泥比例越高，7 d无侧限抗压强度越大（图1），但在水泥比例超过5%～6%时，水稳层收缩相应增加，在收缩应力超出水稳层强度时就会出现收缩裂缝;而水泥比例过小，就会导致水稳层结构过于松散，强度不满足要求，在外界车辆荷载的作用下，水稳层抗拉强度不足以抵抗外界拉应力时就会出现荷载裂缝[2]。

粗、细骨料级配不满足要求，细骨料比例过大，使得骨料吸水率增加，水稳层内部结构变得疏松，结构强度变差，在受到外界超限荷载的作用时，就会在水稳层强度较低的断面位置发生开裂;其次，使用不良级配的骨料时，存在粗、细骨料分布不均现象，水稳层结构强度变差，弯沉值变异系数相应变大，水稳层悬空系数增加，在粗骨料集中处强度较高，细骨料集中处强度偏低，且干缩系数变大，易于出现干缩裂缝。

2.3 施工不規范

水稳层施工工艺是否合理、操作是否规范，都是造成水稳层开裂的重要因素，具体表现如下。

水稳层施工前，路基填筑不平整、碾压不密实，以致路基施工参数不满足施工设计及规范要求，在后期出现不均匀沉降、路基开裂等现象，并逐渐反射到水稳层，导致水稳层出现沉降超限、开裂等质量问题。

水稳层混合料前期拌制不规范，拌制时间过短导致混合料拌制不均，粗、细骨料分布集中或过少，以致水稳层混合料摊铺后，水稳层强度分布不均，细骨料位置强度偏低而易于出现荷载裂缝。

混合料运输过程中，运输车辆速度不均，存在猛起或急刹的情况，导致车辆出现颠簸、振动，或是在向摊铺机料斗卸料时，倾角过大或卸料过快，均会造成混合料发生离析而影响水稳层的结构强度。另外，混合料摊铺过程中，摊铺速度快慢不一致，使得局部混合料厚薄不均，从而导致水稳层强度不一致，厚度较大位置强度高，厚度较薄位置强度低，强度较低位置出现开裂的几率也大大增加。

混合料摊铺碾压过程中，含水量控制不到位，存在含水量过大或过小的情况，其中，若含水量超标则会导致碾压难以密实，孔隙率过大，并出现粘轮、弹簧、波浪等质量问题，若含水量不足或运输时防护不到位水分蒸发，就会导致混合料松散难以压实，并在摊铺后出现干缩裂缝。

延迟时间（即拌制到摊铺碾压的时间）控制不好，也会对水稳层强度造成影响。由下图2可知，在延迟时间变长时，水稳层的强度损失也会变大，相应的水稳层强度也会降低。若延迟时间过长，且超出了混合料水泥的初凝时间，水泥胶凝效果大大降低，使得水稳层碾压难以密实，而水稳层压实度不足，就会导致水稳层强度降低而出现开裂[3]。

水稳层混合料摊铺过程中，多使用2台及以上的摊铺设备采取阶梯式摊铺，受设备性能、操作误差等的影响，使得摊铺速度难以保持完全同步，进而加大了开裂几率。此外，混合料摊铺不均匀、碾压不密实、测量不精准等，都可能会影响水稳层的密实度，进而导致其开裂。

2.4 养护不到位

在完成水稳层的摊铺碾压后，应按要求进行水稳层养护，并达到相应的养护期限（图3），如若未按要求的龄期进行养护，就会导致水稳层不满足设计强度要求，在外界荷载的作用下就会出现水稳层裂缝;其次，在水稳层凝结硬化过程中，因水化热会导致水分流失过大，如若洒水养护不到位，就会导致水稳层混合料过度收缩而影响后期强度增長，进而致使水稳层出现干裂。

3 水稳层开裂的防控举措

3.1 严控原材质量

抓好水泥质量管控。在水泥进入现场前，应按要求进行质量验收，包括生产日期、批号、数量、强度等级以及出厂合格证等，确保水泥质量能够满足水稳层施工要求。其次，水稳层应选择初凝时间>3 h，终凝时间>6 h的硅酸盐水泥，保证水稳层良好的稳定性，水泥投入使用前，应再次进行检查，以免不同批号、厂家的水泥混用，并对水泥强度、安定性做好试验检测，保证满足施工要求[4]。

抓好骨料质量管控。选择好骨料料源、确定筛孔尺寸，按要求进行过筛，选择级配良好的粗、细骨料，保证骨料的质量及稳定性。同时，严格控制粗、细骨料含泥量及泥块含量，3 mm以下细骨料粉尘含量应<12%，0.6 mm以下的细骨料应按要求测定液限及塑性指数，以有效保证水稳层的干缩性能。

3.2 优化配比设计

考虑施工中的波动性，水稳料拌制时的实际水泥剂量应比设计略多，但在强度满足要求的前提下，还要避免过多使用水泥，确保实际用水泥剂量不超过设计的-0.2%～+0.5%，进而降低水稳料的收缩性，规避收缩裂缝的产生。其次，对于水泥剂量的测定，应随机抽取拌制后样品进行水泥剂量滴定试验，绘制水泥剂量标准曲线，并将每日水泥实际用量与设计用量进行对比，保证水泥剂量的一致性，避免水泥剂量超标水化热过大而引发温缩裂缝。

严格依照施组设计及项目实际优化配比设计，同时，还要将材料特性、运输距离、施工环境等因素考虑在内，保证配比设计的合理性与可行性。在实际配比设计时，可在保证水稳层强度的前提下，对骨料比例予以适当调整，以减少水泥用量，避免收缩裂缝。

3.3 强化施工管控

按要求规范路基作业，保证路基摊铺平整、碾压密实，并在水稳层施工前，依照路基质量标准要求，对其平整度、压实度等予以检查验收，质量验收合格后方可进行水稳层摊铺作业。

严格控制水稳料拌制时间，避免拌制时间不足就开机出料，同时还要防止拌制过度而出现离析，拌制时间控制在35 s左右，保证混合料拌制的均匀充分。拌制后的混合料向车厢装料时，下料斗与车厢底部应<2 m，卸料时车辆保持前后中移动，分3次装料，以免卸料时出现离析。

运料车起停应轻缓，避免急刹、急停，运输应匀速平稳，防止颠簸震荡出现离析，卸料时与摊铺机紧靠，车厢提升应缓慢、倾角<30°。另外，水稳层摊铺时，布料器应匀速转动，保证摊铺均匀一致，避免混合料厚度不一而影响水稳层强度。

为满足施工现场要求，混合料实际含水量应比最佳含水量略高1%～2%，以防止碾压时出现松散、粘轮、起拱，保证水稳层碾压施工质量，避免压实度不足而导致水稳层出现开裂[5]。

正式施工前，应首先选择试验段进行试铺，以验证配比参数、碾压设备、施工参数等，以保证水稳层的施工质量。正式施工时，应结合试验段确定的参数予以摊铺碾压密实，严控水稳层压实度，保证水稳层施工强度。

根据试验段确定的延迟时间，控制好混合料拌制到碾压的时间，以免水泥发生终凝而降低水稳层强度。水稳层碾压采用振动压路机与轮胎压路机搭配作业，碾压时由两边向中间进行，使用振动压路机先静压、再振压，然后用轮胎压路机碾压直至密实度满足要求，每次碾压应错开1/2轮宽，胶轮压路机错开1个轮宽，以保证水稳层碾压的均匀密实，防止碾压不足而引发的开裂。

3.4 抓好养护管理

水稳层完成碾压且密实度达标后，应及时覆盖土工布、麻袋进行保湿，防止水分过快蒸发，同时，根据天气情况在覆盖材料上洒水，使水稳层保持湿润，补水养护时间不得低于7 d，进而有效保证水稳层的后期强度。养护过程中应做好成品保护，防止过早承荷、碰撞而造成水稳层开裂，养护完成后撤去上层覆盖物，并将表面清理干净。

4 结语

水稳层作为道路的重要结构组成，其铺筑质量关系着道路的整体修筑质量及使用寿命。因此，须切实抓好水稳层铺筑相关环节的施工管控，规范作业施工，严格质检验收，以打造优质道路工程福泽民众。

参考文献

[1] 吴旭彪，贺军，陈搏.高速公路半刚性基层裂缝影响因素分析及处治措施[J].黑龙江交通科技，2021，44（8）：48-49.

[2] 王星，杨桥礼，韩泽锋，等.晋红高速公路水泥稳定碎石基层裂缝原因分析与防治[J].云南水力发电，2019，35（s2）：43-45.

[3] 石爱云.水泥稳定碎石基层裂缝病害分析及预防措施[J].交通世界，2019（24）：16-17.

[4] 梁小鹏.如何防治水泥稳定碎石基层裂缝[J].工程建设与设计，2017（22）：112-113.

[5] 崔先觉，史秀平，龚育超.水泥稳定碎石基层路面裂缝的防治研究[J].北方交通，2017（5）：56-58.