水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面裂縫的原因及防治措施分析

　　摘要：水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面裂縫形成機理、裂縫狀況、開裂原因進行分析研究，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面開裂的因素主要有材料特性、車輛荷載和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、路基強度及其均勻性、底基層強度及其均勻性、地形、地質(zhì)土質(zhì)、水文、氣象等自然因素等，采用提高路基穩(wěn)定性及其強度、合理確定路面強度及厚度、嚴格控制施工工藝、合理安排施工時間等措施，可減少裂縫，延長公路使用壽命，提高投資收益。

　　關(guān)鍵詞：瀝青路面；水穩(wěn)基層；開裂原因；防治措施

　　水泥穩(wěn)定碎石屬于半剛性基層，半剛性基層是采用無機結(jié)合料穩(wěn)定的各種集料和土類，并具有一定強度和厚度的路面基層結(jié)構(gòu)。半剛性基層瀝青路面具有強度和剛度較高、路面平整度好、噪音低、行車舒適、易于就地取材、施工工藝簡單、使用周期長、工程投資較低、養(yǎng)護維修方便等優(yōu)點，因此在國內(nèi)外公路建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。

　　1裂縫形成機理

　　由于半剛性基層瀝青路面其組成材料自身固有的特性，開裂幾乎是不可避免的，分析裂縫形成過程，大致分為初期收縮裂縫，中期內(nèi)應(yīng)力裂縫，后期荷載外力裂縫3個階段。

　　1.1初期收縮裂縫

　　水泥穩(wěn)定基層完工后30d局部路段產(chǎn)生橫向裂紋，縫寬1-3mm，橫向貫通或半貫通，垂向深度為水泥穩(wěn)定基層厚度的0.3-0.5倍。初期收縮裂縫主要是由于壓實后的水泥穩(wěn)定基層中的水不斷蒸發(fā)和水泥水化作用使水份不斷減少，產(chǎn)生毛細管作用、吸附作用、分子間力作用以及材料礦物晶體、凝膠體層間水的作用、碳化收縮作用等，使水泥穩(wěn)定基層壓實體發(fā)生體積收縮，形成收縮裂縫。

　　1.2中期內(nèi)應(yīng)力裂縫

　　瀝青碎石下面層鋪筑后90d即有少量反射裂縫產(chǎn)生，水泥穩(wěn)定基層鋪筑后6個月大部分裂縫基本形成，90％的裂縫橫向和垂向均已貫通水泥穩(wěn)定基層和瀝青碎石面層，水泥穩(wěn)定基層形成了長度不等的相對獨立的受力板塊。一般開裂地段裂縫間距在50-l00m之間，嚴重開裂地段裂縫問距在6-30m之間，裂縫寬度為1-5mm。一年后裂縫有少量增加和擴展，裂縫數(shù)量在上年基礎(chǔ)增加5％-8％，縫寬普遍增大，一般為5mm，局部地段增加到l0mm。

　　由上可見，水泥穩(wěn)定基層完工后一年經(jīng)過一個夏秋雨季和冬春旱季。中期內(nèi)應(yīng)力裂縫基本形成，水泥穩(wěn)定基層內(nèi)90％-95％的內(nèi)應(yīng)力得到釋放和消減，原有內(nèi)應(yīng)力體系被打破而重新形成新的受力體系。

　　中期內(nèi)應(yīng)力裂縫產(chǎn)生的主要原因是：由于水泥穩(wěn)定碎石基層自身材料干縮和溫差應(yīng)變脹縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過水泥穩(wěn)定基層自身的極限抗拉強度，使其從強度薄弱斷面處產(chǎn)生斷裂。 中期內(nèi)應(yīng)力裂縫的特點是：橫裂多，縱裂少，裂縫規(guī)則順直，上下貫通但無垂向錯位。

　　1.3后期荷載外力裂縫

　　隨著路面使用時間的延長，橫向裂縫在不斷增加，縫寬在不斷增大，橫向裂縫在不斷附生縱向裂縫．最終形成網(wǎng)裂片區(qū)，最終半剛性基層瀝青路面發(fā)生早期結(jié)構(gòu)性破壞。中期內(nèi)應(yīng)力裂縫基本形成以后，水泥穩(wěn)定基層形成相對無限連續(xù)的簡支板受力體系，即：長度不同且相對獨立的水泥穩(wěn)定基層板塊，受底基層的支承，支承面強度高的部位形成相對支點，強度低的部位形成相對懸空。用相對懸空系數(shù)來反映板的懸空程度，當系數(shù)為零時層間完全接觸，符合多層彈性體系理論；當系數(shù)逐步增大時層問接觸力逐步減弱，板處于相對連續(xù)的簡支板受力體系；當系數(shù)增至1時層間接觸力完全消失．板底完全懸空，水泥穩(wěn)定基層板塊處于絕對連續(xù)簡支板受力體系。相對懸空跨度和相對懸空系數(shù)的大小與支承面彎沉值的變異系數(shù)有關(guān)，變異系數(shù)越大懸空程度越大，反之越小。當產(chǎn)生中期應(yīng)裂縫后，裂縫處的路床強度在路面滲水的作用下逐步降低，裂縫兩邊的水泥穩(wěn)定基層逐步懸空形成相對懸臂板。

　　由于上述原因，在車輛荷載的作用下，水泥穩(wěn)定基層板塊不斷產(chǎn)生斷裂，發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞．并反射到面層。后期荷載外力裂縫的特點是：裂縫發(fā)展速度快，裂縫寬度大，裂縫呈不規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥穩(wěn)定基層形成大小不等的獨立板塊，在車輛作用下旱季翹曲晃動，雨季沉陷唧漿。

　　導(dǎo)致半剛性基層瀝青路面開裂的因素很多。通過對基層瀝青路面的分析研究認為，導(dǎo)致開裂的因素主要有材料特性、車輛荷載與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、路基強度及其均勻性、底基層強度及其均勻性、自然環(huán)境等。水泥穩(wěn)定基層礦料的級配、細粉料含量、塑性指數(shù)，路面結(jié)構(gòu)組成及其厚度，車輛荷載的大小，路基和底基層的強度及其均勻性，地質(zhì)土質(zhì)，水文氣象等各方面的因素與半剛性基層瀝青路面的開裂都有直接關(guān)系。

　　2裂縫防治措施

　　2.1提高路基穩(wěn)定性及其強度

　　路基要具有足夠的整體穩(wěn)定性、強度，否則將產(chǎn)生不均勻沉降，使路面發(fā)生開裂。

　　2.1.1選線與設(shè)計

　　公路選線應(yīng)充分考慮地形地貌、地質(zhì)土質(zhì)的特殊情況，軟基不良地質(zhì)土質(zhì)地段。路基設(shè)計應(yīng)充分考慮影響影響路基穩(wěn)定性的各種因素。設(shè)計時應(yīng)處理好投資與質(zhì)量的關(guān)系，節(jié)約投資是設(shè)計目標之一，但是不能因為減少投資而降低質(zhì)量標準。只要準確掌握沿線地形地貌、地質(zhì)土質(zhì)、水文氣象資料，合理選線，設(shè)計到位，就能防止各種不利的自然因素對路基造成的危害，保證路基具有足夠的強度和穩(wěn)定性。

　　2.1.2原地基處理

　　草皮樹根、地表松散的腐殖土要全部清理干凈；地面橫坡大于1：5的地段不論縱向還是橫向都要使用機械從上到下推成寬度不低于3m的土質(zhì)臺階。

　　遇到軟土地段首先要分析周圍的地形地貌、地質(zhì)水文情況，采用探挖、鉆探等方法探準軟土層的厚度和性質(zhì)，再確定處治方案。

　　2.1.3路基填筑

　　路基強度主要是在填筑過程中形成的，必須嚴格控制路基的填筑工藝，確保路基強度。填筑材料首選使用石、礫、砂類土，其次選用含礫、砂低液限粘土．再次選用低液限粘土。粉制土和有機質(zhì)土不能用于填筑路基。

　　壓實度是反映路基強度的重要指標，施工中必須嚴格檢測控制，使其達到規(guī)定值。

　　2.1.4路床以下80cm的強度

　　路床以下80的cm路基的關(guān)鍵部位，它直接承受和吸收路面的下傳力，要具有足夠的強度和均勻性。填方地段要采用較好的材料填筑，土質(zhì)差的挖方地段要進行換填處理，確保其強度和均勻性。

　　2.2合理確保路面結(jié)構(gòu)及其厚度

　　合理的路面結(jié)構(gòu)組成以及合理的路面結(jié)構(gòu)厚度，要通過對路基彎沉值、回彈模量等強度指標進行檢測評判，結(jié)合土質(zhì)類型、潮濕程度、地下水位、車輛荷載等因素進行綜合分析。

　　2.2.1路面結(jié)構(gòu)組成

　　從確保質(zhì)量、方便施工、節(jié)約投資的原則出發(fā)，一般采用3層結(jié)構(gòu)，即：底基層、基層、面層。

　　2.2.2路面結(jié)構(gòu)厚度

　　在確定路面結(jié)構(gòu)厚度時要以車輛荷載和路基強度為主要依據(jù)。

　　2.2.2.1車輛荷載

　　研究表明，半剛性材料在小于某一臨界荷載以下受力時，其應(yīng)力和變形足線性的，在臨界荷載以上受力時其應(yīng)力和變形是非線性的，并開始出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生永久變形。試驗路段檢測表明：25cm厚的水泥穩(wěn)定基層，后軸重100kN時彎沉值為21(0.01mm)，160kN時彎沉值為37(0.01mm)(200m計算代表值）。重車的軸載數(shù)值和作用次數(shù)是導(dǎo)致路面發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞的主要因素。因此，路面設(shè)計應(yīng)考慮車輛超軸載數(shù)值、車輛沖擊力、車輛制動力，確保路面具有足夠的承載力，避免水泥穩(wěn)定基層在車輛荷載作用下產(chǎn)生早期結(jié)構(gòu)性破壞。

　　2.2.2.2結(jié)構(gòu)厚度

　　路面厚度增加時，承載力迅速提高。在其它條件相同的情況下，水泥穩(wěn)定基層厚度從10cm增加到15cm，板底拉應(yīng)力減小一半；從15cm增加到20cm，板底拉應(yīng)力減小30％。由此看出，增加結(jié)構(gòu)層厚度是提高路面承載力的主要措施。

　　一般情況下，路基完工后實測彎沉值和回彈模量值與設(shè)計值差異很大。因此，必須根據(jù)實測結(jié)果結(jié)合實際水文地質(zhì)情況重新計算和確定路面結(jié)構(gòu)層厚度，即實施性路面設(shè)計。

　　2.3嚴格控制施工工藝

　　半剛性瀝青路面的裂縫有一部分是由于施工工藝控制不嚴造成的，因此在施工過程中要嚴格控制各分項工程的施工工藝，特別是關(guān)鍵環(huán)節(jié)的施工工藝。通過嚴格控制施工工藝，可以避免或減少裂縫的發(fā)生。

　　2.3.1底基層

　　從彎學(xué)值檢測結(jié)果可以表明一個結(jié)論：變異系數(shù)越小，強度越均勻；變異系統(tǒng)越大，強度差異越大。因此，采用彎沉值的變異系數(shù)來評判和控制強度的均勻性是合理的。變異系數(shù)的控制值應(yīng)根據(jù)公路等級和車輛荷載而定。要使底基層的彎沉值變異系數(shù)減小，一是路床彎沉值的變異系數(shù)首先要�。欢�是碎石的級配要好，級配曲線要盡量集中；三是攤鋪時要避免偶然的粗集料集中或細集料集中；四是碾壓密實平整。使用未篩分級配碎石和河灘砂礫作為底基層時，由于其級配的不穩(wěn)定性，厚度不應(yīng)低于20cm，施工時必須嚴格控制以下各道工序：(1)選料、(2)裝運、(3)鋪筑、(4)碾壓、(5)檢測、(6)通車。

　　2.3.2水泥穩(wěn)定碎石基層

　　為確保水泥穩(wěn)定基層的質(zhì)量，各項質(zhì)量指標達到要求后再正式進行鋪筑。作為半剛性路在膠凝材料的水泥，應(yīng)使用早期強度較低，初、終凝時間較長的水泥。施工中的每一道工序?qū)λ�泥穩(wěn)定基層的質(zhì)量都有直接的影響，必須嚴格控制以下工序：(1)選料、(2)拌和、(3)攤鋪碾壓、(4)養(yǎng)生、(5)檢測、(6)通車。

　　2.4切縫加鋪土工布處理裂縫

　　在水泥穩(wěn)定碎石鋪筑7天后，沿公路縱向每20米切一道伸縮縫用截割機將水穩(wěn)碎石基層切深5—8厘米寬0．3—0．5厘米的縫．并對廢料全部清除干凈，用加熱好的瀝青灌入裂縫至滿為止，鋪筑土工布，澆灑透層油，半剛性基層斷裂后在溫差作用下發(fā)生重復(fù)伸縮應(yīng)力應(yīng)變，裂縫寬度不斷變化，其應(yīng)變值以斷口處為最大且向后逐步減小，切縫鋪土工布處理可以吸收消化大部分伸縮應(yīng)力和應(yīng)力，避免或延緩裂縫輻射到上面層。

　　2.5合理安排施工時間

　　水泥穩(wěn)定基層鋪筑后30d產(chǎn)生初期收縮裂縫，6個月基本完成中期應(yīng)力裂縫，根據(jù)這一特點，施工過程中應(yīng)預(yù)留兩階段裂縫時間：鋪筑水泥穩(wěn)定基層后預(yù)留30d初期收縮裂縫期，鋪筑上面層前預(yù)留180d中期內(nèi)應(yīng)力裂縫期。在鋪筑上面層之前對裂縫進行一次全面處治，只要處理方法得當，95％以上的裂縫可避免反射到上面層上，從而減少因路面水下滲影響中期強度導(dǎo)致的裂縫加速擴展和發(fā)生早期結(jié)構(gòu)性破壞，延長路面的使用期限。因此，合理安排工期是很必要的。

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