半刚性基层常见病害及处置措施分析

孙海宝

（北京交科公路勘察设计研究院有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

根据《城镇道路路面设计规范》（CJJ 169-2011）[1]，半刚性基层通常分为水泥稳定类基层、石灰稳定类基层、水泥粉煤灰稳定类基层、石灰粉煤灰稳定类基层等四种类型。福州市道路设计主要采用水泥稳定碎石作为半刚性基层材料。在交通荷载和不利天气影响下，城市道路半刚性基层易出现各种病害，如断裂、破碎、裂缝、水毁等损坏形式，进而导致路面交通功能下降，影响车辆正常通行。

针对半刚性基层病害问题，国内外相关研究多集中于病害特征、成因和处置特殊工艺。Xiuli Du等[2]分析了半刚性基层的疲劳破坏、温差影响和干缩等病害特征。Xuntao Wang等[3]采用层间接触粘接模型，用于仿真研究半刚性基层的层间连接关系，进而探讨半刚性基层在超载和高温影响下病害发生规律。张锐[4]探讨了半刚性基层道路在大温差地区独特的气候赋存条件下诱发横向带状隆起病害，进而研究了半刚性基层材料的导热系数影响因素。曹春生[5]对高聚物注浆施工工艺进行研究,通过试验路段注浆前后弯沉值对比分析,结果显示高聚物注浆施工可有效提高半刚性基层稳定性。国内外相关研究的系统性尚有不足，且在沿海省份的适用性有待验证，因此本文在分析半刚性基层材料的强度、收缩和联结等特点的基础之上，探讨半刚性基层主要的病害，然后以新城中路为例，提出半刚性基层的病害处置措施。

1 半刚性基层材料的特点

1.1 强度特点

半刚性基层强度的主要影响因素为无机结合料与集料之间的粘结力、集料之间自身的嵌挤力。因此在初期，其强度较低，而随着养护的进行，其强度会随时间的延长而增长。此外，半刚性基层的强度还与水泥用量、集料级配密切相关。水泥用量越大，集料级配越好，该基层结构强度越高。

1.2 收缩特点

半刚性基层材料存在固、液、气三相物质。而其所处的环境相对湿度和温度又在不断变化。因此，在建成初期，其内部含水量大，随着温度和相对湿度的不断变化，其内部水分不断蒸发，体积不断减小，形成干燥收缩特性。而经过一定时间的养护后，半刚性基层的含水量趋于平衡，干燥收缩作用减弱，但随着温度的降低，材料产生热胀冷缩效应，形成温度收缩。

1.3 联结特点

受无机结合料剂量所限，半刚性基层中的细集料并未完全由结合料联结。因而一旦基层顶面遇水，细集料颗粒之间的联结力减弱，甚至丧失。在此情况下，由于重载车辆的反复碾压，基层内部形成的动水压力将细集料带走，形成坑槽。

2 半刚性基层常见病害分析

2.1 路基承载力不足引起的半刚性基层断裂

半刚性基层的强度特性介于柔性基层和刚性基层之间，其抗压强度较大，而抗折强度较低。因此其下卧层的路基承载力越高，越能发挥出其抗压特性，路面质量越有所保障。而一旦路基存在软弱地基或地基压实度不足，造成路基承载力不足，进而在重型车辆反复碾压下，路基产生不均匀沉降，半刚性基层极易形成断裂，甚至形成粉碎性破坏，进而影响路面质量。

2.2 强度不足引起的半刚性基层破碎

半刚性基层的原材料质量不过关，易导致其强度不足，常见水泥强度不足、粗集料抗压强度不足等造成的基层强度不足，材料级配不合理造成的基层强度不足，以及在重载车辆的碾压下，基层所受荷载超过了其抗压强度造成的基层破坏。

2.3 施工或养护不当引起的半刚性基层裂缝

福州作为四大“火炉城市”之一，夏季白天温度较高。在此环境下，福州城市道路半刚性基层表面喷洒透层沥青后形成黑色吸热层，导致其温度相对更高。而到了夜间，气温降低，促使道路半刚性基层温度下降。在热胀冷缩效应下，若施工方法存在缺陷，城市道路半刚性基层易产生收缩，进而形成收缩裂缝。这种裂缝通常全幅贯通、上下贯穿，裂缝宽度相对较大。

若施工单位未根据天气、原材料供应状况等因素精心组织施工，特别是半刚性基层施工完成后，后续工序一直无法施工，易造成基层暴露在空气中的时间过长。此时在温度变化的影响下，半刚性基层不断产生热胀冷缩效应，反复伸缩，进而产生温度疲劳裂缝，影响路面质量。这种裂缝一般缝宽较小，间距较密。

施工单位完成半刚性基层施工后，若未按设计要求采用薄膜覆盖养生，或薄膜覆盖不及时，或气温较高，基层水分蒸发过快时，未能及时补水，此时半刚性基层长时间处于干燥环境中，易导致基层水分不断挥发，形成干缩裂缝。

2.4 雨水冲刷引起的半刚性基层水毁

福州常见雨水天气，但半刚性基层一旦遇水，细集料联结作用减弱，进而雨水冲刷细集料，形成坑槽。因此，常见施工单位的不当施工组织方法，包括半刚性基层在雨天没有停止施工；半刚性基层在养护期遭遇暴雨冲刷，而未采取薄膜覆盖等防雨措施；沥青路面产生裂缝后未及时处理，造成雨水沿着裂缝下渗至基层。这些施工问题，必然存在雨水冲刷引起半刚性基层的水毁。

3 半刚性基层病害处置措施

上文在分析半刚性基层材料的强度、收缩和联结等特点的基础之上，探讨了半刚性基层主要的病害，现以新城中路为例，提出半刚性基层的病害处置措施。

新城中路为城市次干路，路线长1.12km，设计速度为30km/h，道路红线宽度为24m，设计为双向四车道。该道路路面结构形式采用沥青混凝土路面，设计使用年限为15年。项目所在地区为浙闽沿海山地中湿区IV-4，且根据交通量预测及车型构成，结合设计年限内交通量年增长率，计算出车道累计当量轴次为1147.689×104次，可见交通量等级为中等交通。在此基础上，通过计算确定本项目路面结构层如下：

4cm 细粒式改性沥青混凝土AC-13C，LS=22.2(0.01mm)；

0.5kg/m2PC-3乳化沥青粘层油；

5cm中粒式沥青混凝土AC-16C，LS=24.4(0.01mm)；

0.5kg/m2PC-3乳化沥青粘层油；

8cm粗粒式沥青混凝土AC-25C，LS=27.5(0.01mm)；

1cm 3.0kg/m2PC-1乳化沥青下封层，在施工热沥青表面处下封层之前，应先洒布高渗透乳化沥青透层油；

20cm 5%水泥稳定碎石，LS=33.2(0.01mm)；

15cm 3%水泥稳定碎石，LS=75.5(0.01mm)；

20cm级配碎石，LS=178.9(0.01mm)；

土基Eo≥35MPa，LS=212.9(0.01mm)。

路面结构设计见图1所示：

图1 新城中路路面结构设计图

针对半刚性基层的主要特点和主要病害，在新城中路的基层设计过程中，采取了一系列的处置措施，以防基层产生病害。

3.1 加强路基处理与压实

为避免地基承载力不足引起的半刚性基层断裂，在新城中路路面设计过程中，根据地勘资料，对软土厚度较浅的路段进行换填处理，对软土厚度较深的路段采用砂桩处理，而对一般路基段，路基压实度按照次干路标准进行压实（具体要求见表1），以提高路基承载力，防止因路基承载力不足而引起半刚性基层断裂甚至破碎。

表1 路床土最小承载比和压实度要求

3.2 严格控制原材料质量及级配

为避免强度不足引起的半刚性基层破碎，在新城中路的路面设计中，严格控制原材料的质量，从根源上保证基础具有足够的强度。要求半刚性基层采用的水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥，且粗集料的压碎值应不大于30%，细集料的有机质含量不宜超过2%，应坚硬、干燥、无风化、无杂质。

同时严格控制新城中路半刚性基层的级配范围（见表2）。在满足设计强度的前提下，尽量减少水泥用量（控制水泥用量不超过5%），以保证基层级配良好，进而形成较高的强度。

表2 水泥稳定碎石层混合料的参考级配范围

3.3 优化施工与严格养护

为避免施工或养护不当引起的半刚性基层裂缝，在新城中路设计中，对施工组织和养护提出了相应的要求，以减少基层裂缝的产生，具体有以下几点：

（1）优化施工组织。在半刚性基层完成后，及时进入养护施工，保证养护期满后及时施工下一道工序，以避免基层长时间暴露在空气中产生的温度疲劳裂缝；

（2）严格施工养护。半刚性基层完成后，应及时覆盖薄膜养护（见图2），并且当气温较高时，针对基层水分蒸发较快的情况，及时补水，用于减少基层干缩裂缝；

图2 新城中路半刚性基层薄膜覆盖养护

（3）半刚性基层施工的日最低气温应在5℃以上；

（4）应在混合料处于或者略大于最佳含水量时，进行半刚性基层碾压，直至其达到按照重型击实方法确定的压实度；

（5）半刚性基层施工完成后，应进行车辆通行管制，禁止重车行驶。对施工车辆进行限速，要求车速不超过30km/h。

3.4 强化防水施工与养护

为避免雨水冲刷引起的半刚性基层水毁，在施工期间和通车后，采取相应措施，减少雨水侵入，防止基层冲刷损坏，具体有以下几点：

（1）尽量避免在雨季施工，防止基层材料受潮；

（2）下雨前应及时停止施工，并对已完成施工的基层尽快完成碾压，并覆盖薄膜进行防水养护；

（3）基层施工完成后，应及时施工下封层，并控制下封层施工质量，做好基层的防排水工作；

（4）后期道路运营时，应对路面出现的裂缝进行及时养护处理，以防雨水下渗，造成基层损坏。

4 结束语

（1）半刚性基层材料具有强度、收缩和联结等特点。这些特点受材料、温度、湿度和荷载等因素影响。

（2）由于地基承载力不足、强度不足、施工或养护不当、雨水冲刷等工程问题，半刚性基层易出现断裂、破碎、裂缝、水毁等病害。

（3）针对半刚性基层病害，可采取加强路基处理与压实、严格控制原材料质量及级配、优化施工组织与严格施工养护、强化防水施工与养护等处置措施。

（4）本文以新城中路为例，探讨半刚性基层常见病害和处置措施，通过对不同等级的道路半刚性基层进行深入研究，提出了定量化的病害发展规律和处置方法。