浅谈高速公路水泥稳定基层裂缝的形成原因分析

关键词：基层 裂缝 试验 原因 分析 

　　水泥稳定基层是半刚性材料基层的一种，其特点是：强度高，水稳性好，抗冻性好，耐冲刷，温缩性和干缩性均较小，是一种优良的路面基层材料。然而水泥稳定碎石料也有其与生俱来的缺点：主要是脆性大，从而导致对温度和湿度敏感性强，易因温度变化和湿度变化产生裂缝并反射到路面，基层裂缝的危害有二个方面：一是降低基层的整体强度，二是发展后会形成反射裂缝，使沥青混凝土路面相应出现有规则的横向裂缝、起拱，破坏沥青面层，从而直接影响到了路面行车的速度和安全。 

　　裂缝现象的产生和原因分析如下。 

　　在基层施工过程中，基层裂缝较为常见，在河南省某高速公路K78+393～K78+700段水泥稳定碎石基层为例，在养生期过后，出现了9道裂缝，大约成等距分布，裂缝的宽度约0.3～0.5 mm左右，缝长不等。在现场具有代表性的裂缝处用混凝土钻芯机（φ150 mm）的钻头进行钻探，取出芯样到达路基顶面，并未发现路基有沉降开裂现象，所以排除了因路基沉降导致裂缝的可能，着重从水泥稳定碎石基层配合比的配制过程和施工过程中原材料质量的控制来深入的分析。 

　　此路基层强度设计为4.0 MPa，水泥为天瑞P.032.5等级缓凝水泥，碎石级配符合表1要求，细集料的砂当量大于45%。 

　　经试配2%、3%、4%、5%、6%水泥剂量的配合比，选用4%水泥剂量的水泥稳定碎石从强度、经济等方面均符合基层的要求，也就是说在配合比配制过程中没有任何问题。而在拌和站取回施工用原材料，按施工配比进行连续级配筛分比对后，结果如表2。 

　　不难看出0.075 mm的筛孔通过率超出了设计最高通过百分率的3.2个点，说明施工中细集料的砂当量小于了45%，石粉占细集料的的含量达到75%，促使现场滴定的水泥剂量就低于设计水泥用量，试验人员对水泥剂量进行了调整，而增大的水泥剂量导致水泥稳定碎石强度过高，高温施工时表面收缩过快产生了裂缝。发现原因后，经试验采用掺配25%的（0～4.75）mm的石屑来调整细集料的砂当量，使其砂当量大于 45%，重新调整了集料的掺配比例，重新确定水泥剂量滴定曲线，调整了水泥剂量，在以后的施工中未再有和此段类似的裂缝出现。 

　　根据此段裂缝现象进行深入的研究分析后，总结出高速公路基层产生开裂的原因有以下几点。 

　　1 水泥稳定混合料自身干缩和温度收缩引起基层结构产生横向裂缝 

　　水泥稳定碎石压实成型到正常养护期（一般为7d）期间，由于混合料本身的水分和养护洒水的水分蒸发以及混合料内部水化作用发生的毛细管作用、分子间吸附作用力和碳化收缩作用等，引起基层混合料体积在一定程度趋于减小而收缩，当水稳基层的抗拉强度不足以抵抗收缩应力时，出现拉裂的现象。如果这段时间天气正常，气温没有太大变化，混合料（基层）从最佳含水量到较干燥的干缩过程可称之为一次性的干缩，其产生的裂缝是有限的。反之则开裂处会增加。 

　　2 原材料的自身质量导致水泥稳定碎石基层的裂缝 

　　（1）严格选择水泥品种及水泥强度等级，一般选用普通水泥、矿渣水泥和火山灰水泥，水泥强度等级一般为32.5 MPa，最好为缓凝水泥。 

　　（2）集料应选用粒径饱满、含泥量小、结构致密、吸水率小、弹性模量较大、压碎值要小于30%的骨料。经试验在普通骨料范围内，砂岩骨料的收缩最大，石灰岩和石英岩的干缩都较小，不同的粒组组合在一起要能达到要求的粒组级配范围，小于0.075mm筛孔颗粒通过量不大于5%；使用的细集料砂当量不得小于45%。 

　　（3）水为饮用水。 

　　3 施工过程中对水泥剂量、原材料的含水量的的监控不到位，使混合料成型后开裂 

　　3.1 水泥计量过大导致强度增高引发的开裂现象 

　　（1）由于设备原因使水泥剂量不稳定。 

　　（2）由试验室人员操作误差产生的水泥剂量偏大。 

　　3.2 混合料含水量过高产生收缩裂缝 

　　由于每个拌和站都要大量储备粗集料和细集料，由于原材料的料源和进场的时间不同，所携带的水分也就不等，这样使混合料的含水量经常发生变化，导致混合料含水量过大，试验证明含水量每增加1%对基层干缩应变的影响相当于水泥剂量2～3倍；含水量大的混合料到达现场后碾压不实，达不到要求的压实度，当表面凝结时急剧收缩，产生了裂缝直接影响了施工质量。 

　　4 混合料离析使细集料成窝，导致强度不均匀形成裂缝 

　　水稳基层经常发生离析现象，所谓离析即粗细料集中现象，也即级配变异现象，水稳混合料在搅拌过程中发生的放料离析，在运输过程中发生的颠簸离析，在卸料过程中发生的卸料离析，在摊铺过程中发生的摊铺离析，在找平过程中发生的找平离析等。离析造成水稳基层的强度不均匀，表面不平整、粗细集料分散，水泥稳定细集料集中导致凝结时结构层产生裂缝。 

　　5 施工的接缝处容易产生裂缝。 

　　施工接缝没有按要求的施工工艺处理好，使新老水泥稳定碎石结合不到一起，形成了一条薄弱带容易产生裂缝。 

　　6 结语 

　　路面裂缝影响路面美观、削弱整体稳定性和平整度，降低了行车安全系数。并且由于水分的渗透，降低基层与土基的承载力，从而加剧路面破坏，缩短使用寿命。要根据具体情况，采用不同的措施防治半刚性基层裂缝。从结构设计、材料设计、厚度计算和施工工艺等多方面综合考虑。 

　　采用水泥稳定碎石基层符合我国的半刚性路面“强基薄面”的结构特点，并且应用范围广泛。要彻底消除半刚性基层裂缝可能相当困难，但从基层材料本身出发，采用新材料、新工艺来探讨减少反射裂缝的措施或许更为有效，技术也更合理，经济上更能被接受。通过以上几点对水泥稳定碎石基层开裂现象的论述，着重从施工中对原材料的试验控制角度进行分析和研究，总结出来的几点原因和防治方法希望能为今后的水泥稳定碎石施工起到指导作用，也能为路面开裂的现象进一步分析提供科学依据。 

　　参考文献 

　　[1]JTJE034-2000，公路工程路面基层施工技术规范[S].人民交通出版社. 

　　[2]JTGE51-2009，公路工程无机结合料试验规程[S].人民交通出版社. 

　　[3]JTGE42-2005，公路工程粗集料试验规程[S].人民交通出版社. 

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　　[5]杨文渊，钱绍武.道路施工工程师手册[M].人民交通出版社. 

　　[6]马华堂.公路工程病害分析及防治[M].黄河水利出版社.