公路施工中水稳基层裂缝防治技术研究

李军华

(山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中 030600)

0 前 言

采用水硬性结合料摊铺而成的稳定层不仅强度与刚度较高，可增强路面结构整体承载力，而且能减少工程造价，这也是该类基层材料在当前道路工程建设中得以广泛应用的主要原因。就目前来看，在采用沥青路面的公路工程中，水稳基层是最常用的基层类型。然而，该基层结构有存在一些不足与缺陷，如因强度较大容易产生明显的干缩与温缩，进而导致开裂，并且基层裂缝还会向面层不断反射，导致面层出现反射裂缝；另外，雨水从裂缝不断下渗，滞留于面层与基层结构之间，产生基层唧泥，使基层和面层之间连接状态被打破，导致路面产生一系列早期病害。对此，以下就某路段基层施工实际情况，对其裂缝产生原因进行分析，然后提出相应的裂缝防治方法。

1 基层混合料配合比

基层强度的设计值为4.0 MPa，其混合料石料以花岗岩为主，水泥为通用水泥，强度等级为P·O32.5，具体的级配范围如表1所示，水泥剂量按5.0%控制。

表1 基层混合料级配范围

2 基层裂缝及其产生原因

2.1 裂缝类型

该路段基层结构完工后产生了不同类型且严重程度不一的裂缝。经全线调查，缝宽在1 mm以下裂缝主要为不规则裂缝；缝宽在1～3 mm的裂缝主要为横向裂缝，并且部分横向裂缝已经达到贯通；缝宽超过3 mm的裂缝相对较少。

2.2 裂缝成因

1)因水分散失出现干缩裂缝。对于上基层，主要通过煤油沥青透层铺设进行养生，在上基层碾压结束且表面稍微达到干燥后，但没有硬化时进行喷洒，这样虽然有良好的渗透效果，但因为人为或机械设备方面的因素可能在喷洒时产生漏洒的情况，导致养生效果较差。此外，长时间高温作用下会使部分段落因干燥而产生裂缝[1]。

2)因温度变化出现温缩裂缝。对于上基层，完成施工后始终处于自然环境当中，直接受到日照与风雨作用，特别是在喷洒透层沥青以后，会形成一个黑色的面层，使吸热能力大幅增加，导致在结构内部产生温度应力，进而出现温缩裂缝。

3)因原材料质量发生波动，如粗细集料之间的比例发生变化等，会使基层表面产生若干不规则裂缝[2]。

4)由于施工操作不当，使完工后的基层产生细微裂纹。为保证基层有良好的观感，往往在摊铺施工中采用人工过量撒布细料，这样虽然利用基层表面观感，但容易出现细微裂纹；另外，在混合料拌和过程中对含水量未能予以严格控制，导致碾压过程中混合料的含水量较大出现细微裂缝；在碾压过程中如果压路机行驶速度过快，也有可能出现细微裂纹。

2.3 开裂影响因素

2.3.1 水 泥

1)不同水泥的收缩性也完全不同，比如矿渣水泥收缩性就大于硅酸盐水泥。

2)没有重视水泥的抗折强度。当抗折强度较大时，拌合物抗折强度较高，抵抗温度应力作用的能力较强，可防止温缩裂缝的产生。但在实际施工中很多都能重视抗压强度检验，但对抗折强度却未能引起重视。

3)水泥未经存放直接使用，拌和时与水发生水化反应而释放大量的热，导致内外部温差升高，致使温度裂缝产生[3]。

4)一味重视提高强度，增加水泥用量，导致混合料硬化时产生明显收缩，产生裂缝。一般在达到设计强度要求的情况下，应尽可能减少水泥用量。

2.3.2 水 分

混合料中水分散失数量和速度都影响到成型过程中的收缩应力，两者成正比关系，基于此，当混合料的实际含水量较大时，其影响程度越大[4]。

2.3.3 集 料

1)粒径。不同粒径集料有不同干缩性，一般情况细粒土的干缩性相对较大。

2)性质。一般而言，塑性指数相对较大的颗粒往往有较大干缩性。

3)级配。级配的好坏对混合料性能有很大影响，包括耐久性、均匀性与稳定性，良好的级配能起到保证拌和质量的作用，并减少水泥用量，避免在施工中产生离析[5]。

2.3.4 养 生

对水稳基层而言，养生至关重要，养生过程中应确保基层表面保持湿润，及时且均匀的洒水，否则在气温较高的季节仅需2 d左右即可产生干缩裂缝。在养生期满后，应尽快进行透层油洒布，以免基层结构长时间暴露，因受到外界条件的影响而产生裂缝或性能下降。

2.3.5 施 工

1)混合料的拌和质量差，对集料进行的计量结果不准确，导致集料级配差，对水泥与拌和水数量的控制不严格；混合料搅拌时间过短，使粗细料集中或离析。将混合料摊铺完成后，因不同结构层有不同的干缩性能及温缩性能，所以导致裂缝的产生[6]。

2)混合料碾压不到位，未能达到密实，有很大空隙，结构抵抗裂缝产生的能力不足。碾压过程中混合料实际含水量过大，完成碾压后残留很多的水，或含水量有差异，导致不同段落或结构层之间有完全不同的干缩性能及温缩性能，在这种条件下一旦受到外界因素的影响，很容易产生开裂。

3 基层裂缝处理方法

3.1 处理原则

1)当基层上存在横向长度超过5 m，同时间隔距离在10 m以内的裂缝时，应对基层予以返工处理。

2)当基层上存在横向长度超过5 m，但间隔距离达到10 m以上的裂缝时，可采用土工布或者是玻纤格栅进行处理。

3.2 材料要求

3.2.1 土工布

当使用土工布对基层裂缝进行处理时，材料应满足以下各项技术要求：①抗拉强度不低于8 kN/m；②单位面积质量不低于200 g/m2；③幅宽达到2 m以上，且可承受170℃及以上高温。抗拉强度与单位面积质量的测量需在常温条件下进行，即(20±2)℃。

3.2.2 玻纤格栅

当使用玻纤格栅对基层裂缝进行处理时，材料应满足以下各项技术要求：①抗拉强度不低于50 kN/m；②最大负荷条件下的延伸率不能超过3%；③网孔尺寸为20 mm×20 mm；④网孔形状为矩形；⑤幅宽达到150 cm以上，且可承受170℃及以上高温。以上各项指标的测试均需在常温条件下进行，即(20±2)℃[7]。

3.3 施工工艺

3.3.1 裂缝检查

开工前先认真检查基层实际情况，并在路边将裂缝的具体位置标注清楚，同时对裂缝的数量及长度进行统计记录。

3.3.2 基层清扫

对基层两侧分别至少1 m的范围内实施清扫，清除所有可能影响到裂缝处理的杂物。

3.3.3 灌 缝

将基层及其周围清理干净后，沿裂缝长度方向凿出宽度为1 cm、深度为2 cm的缝槽，然后用高压气体将缝槽中存在的灰尘清除干净，最后用热沥青进行灌缝。

3.3.4 喷洒乳化沥青

在裂缝两侧不少于1 m的区域内均匀喷洒一层乳化沥青，喷洒数量控制在0.3～0.5 kg/m2。

3.3.5 土工布(玻纤格栅)铺设

将预先准备好的土工布(玻纤格栅)均匀铺设于裂缝及其两侧分别1 m的区域内，然后用铁钉进行固定。若施工中采用的是土工布，则可借助小型压路机进行碾压。

4 裂缝防治

4.1 对水泥用量和质量进行严格控制

1)在确保强度达到设计要求的情况下，尽可能减少水泥的用量，一般基层混合料水泥用量不超过4.0%，最高不得超过5.5%。

2)施工中优先考虑使用硅酸盐水泥，同时水化热与干缩性影响对较小，抗折和抗压强度都达到相关规范的要求。

3)通过在混合料中适量掺加诸如缓凝剂与减水剂等各类外加剂，这样能起到延长初凝时间等作用，或减少水泥参与水化反应时对水的需用量，实现对水泥性能的有效改善。

4.2 加强含水量控制

1)在混合料压实过程中，需按照试验得出的最佳含水量对混合料的实际含水量进行严格控制，确保实际含水量保持在最佳含水量±0.5%以内，具体数值要结合施工条件来确定。比如在气温较高的条件下，混合料中的水分容易散失，或由于混合料运距较长，途中水分大量散失，此时应适当上调混合料的含水量。在确定具体含水量的过程中应遵循以下原则：在确保压实质量的基础上，尽可能减少混合料的含水量。

2)如果混合料碾压时产生表层干燥的情况，注意不可使用洒水车进行洒水，因为这样很容易导致洒水过量，正确的做法是借助压路机自带喷水装置进行适量补水。除此之外，还需在铺筑开始前的准备工作过程中避免洒水车等车辆或机械直接停留在底基层的表面，这样会由于滴漏等原因导致此处混合料水分过量。

4.3 做好集料选择

对基层混合料矿料级配进行适当调整，如增加粗集料实际用量，并减少相应的细料数量，以确保混合料形成良好的嵌挤结构为准进行。

4.4 混合料拌和

水稳基层混合料的拌和需达到充分和均匀，且质量稳定。拌和楼建议使用当前最主流的WDB600型，其额定生产数量为600 t/h，在正常条件下的生产能力可以达到500～600 t/h，采用四仓配料方式，通过对皮带转速与料门开度的控制调整生产比例。上料采用两台装载机进行，具体的上料速度应与拌和产量要求相适应。在试验性摊铺开始前，应做好设备调试工作，同时采用取样试验的方法确定各料仓的投料数量是否准确。在拌和料场需设立专门的抢修小组，用于应急抢修拌和机械。拌和开始后，需在出料的同时进行取样，以检验是否和要求的配合比相匹配。在正式摊铺开始后，应每隔1～2 h对拌和情况进行1次检查，以确定混合料的配比与含水量能否达到要求。当在高温条件下进行施工时，因中午混合料水量散失数量较大，所以需适量增加此时段施工所用混合料的含水量。拌和机需配备有活动门的料仓，出料直接采用运输车进行运输，在装车的过程中注意适当移动车辆，并分成三次进行，以免集中装料造成混合料离析。混合料拌和时，如果石屑的含水量相对较高，则在材料下泄的过程中可能导致料门堵塞，对此需在料仓的顶部设置一个人行天桥，并安排专人看守，根据实际情况及时进行捣料，以确保卸料保持顺畅。混合料拌和完成后，应对其进行外观检测，确认是否均匀和一致，有无结团与离析等问题。

4.5 混合料摊铺

摊铺开始前在底基层表面适当洒水，并测试摊铺机的运转情况是否正常。在摊铺机就位之前需对熨平板宽度进行适当调整，结合基准钢丝绳具体位置与横坡进行。在混合料摊铺过程中，需在其外侧行走钢丝之内设置可移动式铝合金梁，而内侧通过走滑靴的方式找平。安排专人指挥运输车的司机向摊铺车中卸料。在摊铺机之前要有3辆以上运料车随时等待卸料，确保摊铺施工保持连续。对于摊铺速度，一般按照1.5 m/min控制，同时要做到匀速和连续。在整个摊铺过程中都要安排专人进行松铺厚度进行检查，及时发现和解决异常问题。除此之外，在摊铺机的后方也应安排工作人员将粗集料窝和产生离析的部位清除，并及时用新拌制的合格混合料进行填补，以免在基层表面产生孔洞，影响平整度，给之后的面层施工造成影响。

4.6 混合料碾压

对水稳基层混合料的碾压应及时进行，以保证压实度，提高基层结构整体抗压强度，增强抵抗裂缝产生的能力。

4.7 基层养生

在水稳基层施工结束后，应立即进行洒水养生，且养生的持续时间需达到7 d以上，在整个养生过程中都应确保基层表面处于湿润的状态。在基层养生期满之后，尽快开始透层油洒布，以此为成型的基层提供良好保护。另外，在摊铺面层前需做好交通封闭，以此尽可能减少社会车辆的进入给基层造成不利影响，同时尽量加快面层的施工速度。面层摊铺前，将基层表面清理干净，清除所有可能妨碍面层施工的杂物，否则杂物将影响基层和面层间的正常结合，产生薄弱部位。

5 结 语

水泥稳定碎石基层是当前公路工程经常采用的半刚性基层类型，但由于各方面因素的影响，该基层结构容易产生裂缝，而且基层裂缝还会反射到面层，使路面产生不同程度的早期损坏，对路面的正常使用造成很大影响。以上提出了基层裂缝的类型、产生原因、处理方法及防治措施，旨在为更多公路工程基层施工提供参考借鉴。

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