论公路项目水泥稳定碎石基层的微裂技术

刘 睿

（贵州省安龙公路管理段,贵州 黔西南 552400）

0 引言

水稳碎石基层是沥青混凝土路面常用的基层结构，具有优良的水稳性能、抗冻性能，但受材料自身特性及多重因素影响，水稳碎石基层养护初期，易失水干缩产生干缩裂缝，诱发路面反射裂缝病害[1]。微裂技术是治理水稳基层反射裂缝的新技术，经微裂处理的基层受力结构更加分散，可有效预防早期收缩应力集中作用产生宽裂缝，达到道路反射裂缝预防性治理的目的[2]。该文依托具体工程，运用室内试验及现场试验，研究了水泥稳定碎石基层微裂技术。

1 微裂技术原理

微裂技术是通过一定的技术手段，使水泥稳定基层产生微细、分散的裂缝网格，分散基层干缩应力，防止早期收缩应力过度集中产生长、宽裂缝[3]。

微裂处理在基层养护初期进行，基层养护中后期、服役期，水稳基层材料自愈作用下裂缝逐渐闭合减少，基层强度持续发育增强，不会对结构强度、刚度及结构整体性造成影响。

2 水泥稳定碎石微裂技术室内试验

基于以上微裂技术原理分析，可知水稳碎石基层实施微裂技术处理须处理以下三个问题：1）微裂程度确定、控制，防止微裂技术造成基层开裂过大、过密；2）微裂缝愈合特性，确保微裂缝后期愈合完整，防止微裂缝影响基层强度、整体性；3）微裂程度与愈合程度关系[4]。

室内水稳基层微裂试验设备为DZY-09型振动压实仪，振动压实仪参数设置为：振动频率28 Hz；振幅25 mm；静压力1.9 kN。通过振动压实时间控制微裂程度。

2.1 微裂程度控制

水稳碎石级配采用悬浮密实结构，水泥掺量为5%，用无侧限抗压强度降低百分比表征水稳材料微裂程度，微裂程度控制因素及微裂水平分级见表1。

表1 微裂程度因素及微裂水平

采用统计学分析方法分析大量试验数据，微裂程度的控制参数见表2。大量试验现象表明，水稳基层养生1 d后，微裂程度最大为21.05%，因此微损伤程度取L-1一种。

表2 微裂程度的控制

2.2 微裂前后力学性能试验结果

运用抗压试验、劈裂试验、抗压回弹试验等手段，测定试件实施微裂前后，不同微裂程度的试件力学性能，结果见表3。

由表3可知：1）同一微裂程度下，水稳碎石试件抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量下降百分比不同，回弹模量降幅最大，劈裂强度降幅次之，抗压强度回弹模量降幅最小；2）以抗压强度为基准，抗压回弹模量降幅为抗压强度降幅的1.4~1.6倍；劈裂强度降幅为抗压强度降幅的1.6~1.8倍。

表3 微裂前后力学性能试验结果

2.3 水泥稳定碎石自愈合力学性能

按照表2微裂实施节点、振动时长控制试件微裂程度，试件分别养生7 d、14 d、28 d龄期，开展无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验、抗压回弹模量试验，评价水稳碎石损伤自愈合力学性能，结果见表4。

表4 养生期微裂后力学强度愈合百分率

由表4可知：1）随微裂实施节点推移，材料自愈合程度降低，即微裂实施节点为材料养生1 d的材料自愈合程度最高，2 d次之，3 d最低；2）微裂程度为L（4）-L（7）时试件养生28 d愈合率明显低于L（1）-L（3）工况，表明试件微裂程度过大，材料自愈合作用无法完全闭合微裂缝。

综合以上数据及水稳碎石微裂作用下干缩应力释放，微裂实施节点建议选择水稳基层养护2 d龄期，微裂程度建议在40%以内，即实施微裂后水稳碎石无侧限抗压强度降低百分比率≤40%。

3 水泥稳定碎石基层微裂技术现场试验

水稳基层微裂技术过程控制采用落球式弯沉仪；现场试验以抗压回弹模量下降百分比率表征[5]。

3.1 工程概况及试验路段划分

某公路原路面结构由下至上为：15 cm石灰土+15 cm二灰碎石+8 cm沥青混凝土+4 cm沥青罩面，受长期车载、环境水害、周期冻融等多重因素作用，道路龟裂、网裂、变形病害严重，拟加铺18 cm水泥稳定级配碎石+9 cm沥青混凝土补强。

试验段起讫桩号为K310+600~K311+000，全长400 m，均分为4段，各段碾压时间及微裂程度控制参数见表5。

表5 试验路段划分

3.2 水泥稳定碎石基层微裂技术施工过程

水稳碎石微裂设备为G6224M—I型振动压路机，自重220 kN，激振力380 kN，振动频率28 Hz；为防止振动碾压设备激振力过于集中，致使基层开裂过长、过宽，微裂施工阶段，须保持设备最大覆盖面积施工，确保基层振动碾压均匀性[6]。

根据试验路段路基宽、碾压设备震动碾压轮宽，确定压路机按照从左到右顺序，分3次碾压覆盖路基，压路机行进速度控制在3~5 km/h。

3.3 基于落球式弯沉仪的微裂技术过程控制

基层摊铺、碾压施作完毕并通过验收后，洒水养生2 d实施微裂施工，微裂施工控制参数见表5。微裂施工阶段，采用落球式弯沉仪测定基层弯沉值变化，测点布置见图1；各试验段每车道纵向测区布置为20 m/个，横向布设2个测点，间距2 m。

图1 测点设置

以微裂施工前各试验路段基层模量为基准，按表5参数对试验段实施微裂施工；施工阶段，每完成一次之内的碾压，测定一次基层模量数值，计算模量减少百分比率，直至基层模量接近设计微裂程度；基层碾压遍数与模量测定结果见表6。

表6 试验路微裂前后模量测量结果

4 结果分析

水稳碎石基层微裂实施节点为基层养生2 d，微裂设备为振动压路机，不同微裂程度基层开裂情况如下：

（1）微裂程度为32%时，不可见水稳基层微裂缝；微裂程度为44%时，少数可见水稳基层微裂缝；微裂程度为56%时，微裂缝多数可见，微裂缝分布微细、分散，呈网格结构[7]。

（2）综合微裂作用机理及基层自愈合特性，水稳基层微裂程度最佳状态为微裂缝网格少数可见状态，确保微裂作用有效分散基层早期收缩应力，防止出现长、宽干缩裂缝，同时在基层材料自愈合特性作用下裂缝可封闭愈合，确保基层强度、整体性、承载性能符合设计要求；由此确定水稳基层最佳微裂程度为40%左右[8]。

（3）基于水稳碎石自愈合室内试验结果，测定试验段基层微裂前后、养护7 d龄期基层回弹模量数据，分析试验路段基层自愈合特性，结果见表7。

表7 试验路7 d抗压回弹模量检测结果

（4）由表7可知，室内试验7 d愈合百分率与试验段7 d愈合百分率误差值在0.34%~1.69%范围，总体较小，表明该次室内试验研究结果可为现场施工提供参考。

基于微裂技术作用机理可知，微裂基础可分散基层早期干缩应力，防止基层干缩应力集中产生长、宽裂缝，达到预防、延缓沥青路面反射裂缝发育的作用。因此，可通过调查道路路面反射裂缝情况，反映微裂技术治理效果[9]。该工程试验段通车1年后，进行路面反射裂缝调查，结果见表8。

由表8可知，1、2号试验路段裂缝条数明显少于3、4号试验路段，表明该文室内试验及试验段确定的施工参数可用于指导路段施工。综合室内试验结果、试验段室外检测及试验段通车1年后路面裂缝统计结果，确定微裂技术实施节点为水稳基层养生2 d后，抗压回弹模量下降百分比率为40%。

表8 沥青路面裂缝统计

5 结论

该文运用室内试验、现场试验及通车1年后跟踪调查的方式，研究了公路项目水泥稳定碎石基层微裂技术，结论如下：

（1）水泥稳定碎石微裂技术室内试验结果表明，水泥稳定碎石愈合百分率随微裂技术实施节点推移而降低，微裂技术实施节点不宜超过水稳碎石基层养生2 d龄期，综合微裂技术作用机理，微裂技术实施节点宜选在基层养生2 d龄期；经微裂处理基层无侧限抗压强度下降百分比率不宜超过40%[10]。

（2）室内试验7 d抗压回弹模量愈合百分率与现场试验7 d抗压回弹模量愈合百分率偏差最大不超过1.7%，表明水泥稳定碎石微裂技术室内试验结果可为微裂施工提供可靠参考。

（3）综合室内试验、试验段施工现场检测、试验路段通车1年开裂病害调查结果，微裂技术施工宜在水稳基层养护2 d龄期进行，微裂程度控制以基层回弹模量下降40%为最佳。