浅谈石灰稳定土基层裂缝的预防及措施

       摘要:本文介绍了石灰稳定土性质、特点、适用性以及石灰稳定土裂缝类型,并由此分析了石灰稳定土缩裂影响因素、预防裂缝的措施及裂缝处理方法。

  关键词:石灰稳定土、缩裂、预防、措施

  

  一、 前言

  石灰稳定土基层是在粉碎的或原来松散的土中,掺入足量的石灰和水,按照一定技术要求,经拌和、在最佳含水量下摊铺、压实及养生,其抗压强度符合规定要求的混合料。它具有良好的力学性能,初期强度和水稳定性较低,后期强度和水稳定性较高,具有材源丰富、适用范围广、施工简便和造价低等特点,广泛用于高等级公路的底基层及作为地方公路路面结构的基层取得了良好效果。但石灰稳定土抗拉强度低易产生收缩裂缝,在基层上铺筑沥青面层后(尤其沥青面层较薄时),基层裂缝会反射到面层,使面层强度降低,路面水由裂缝渗入基层,在车辆荷载作用下,引起裂缝处冲刷唧浆现象,导致沥青路面过早破坏,严重影响了沥青路面的使用性能。因此,为了保证道路的正常的使用,更好的服务于社会,特与大家共同探讨。

  二、 石灰稳定土基层裂缝类型及产生裂缝的因素

  石灰稳定土基层裂缝主要表现在以下几个方面:

  1、 干缩裂缝

  石灰稳定土经拌和压实后,石灰与土发生一系列的物理、化学作用,其中由于水分发挥和混合料内部的水化作用,使混合料内部水分不断减少,由此而引起的体积收缩称为石灰稳定土的干缩特性;

  2、 温缩裂缝

  温度降低时,石灰稳定土发生收缩,当收缩被阻时产生的拉应力超过稳定土的抗拉强度而出现的裂缝称为石灰稳定土的温缩特性;

  3、 反射裂缝

  由于路基产生的裂缝反射致石灰稳定土基层上而造成裂缝;

  4、 人为裂缝

  对刚碾压成型的基层没有严格进行很好的交通管制而造成的。

  石灰稳定土基层产生缩裂的因素有以下几个:

  一般而言,石灰稳定细粒土的干缩系数大于稳定中粒土和粗粒土的干缩系数。在石灰稳定细粒土中,稳定塑性指数大的粘性土混合料的干缩系数大于稳定塑性指数小的粉性土或砂性土混合料的干缩系数。而温缩系数大致与干缩系数有如上相同的规律。规范规定,石灰适宜稳定塑性指数为15-20的粘性土以及含有一定数量粘性土的中粒土和粗粒土。

  1、含水量及压实度影响

  石灰稳定土因含水量过多产生的干缩裂缝显著,即在大于最佳含水量情况下压实的土具有较大的缩裂性质。若基层施工时碾压含水量合适,并在铺筑沥青面层前未开裂,则在铺筑较厚沥青面层后,一般情况下不会先于沥青面层开裂。但若施工时碾压含水量偏大,即使已铺筑沥青面层,基层仍会产生干缩裂缝,同时将沥青面层拉裂或很快反映到面层。压实度对基层的缩裂也有明显的影响,实践证明,压实度小时,产生的干缩要比压实度大时产生的干缩严重,密实的石灰土不但缩裂现象少,而且其强度高,水稳性和抗冻性也好。

  2、养生条件的影响

  成型初期的基层内部含水量大,如果养生不及时或养生结束后未及时铺筑沥青封层或沥青面层,则基层必然会发生由表及里的水分蒸发而引起干燥收缩,石灰稳定土基层施工一般为高温季节,基层的干缩裂缝会随着曝晒时间的延长而越来越严重。同时暴露的基层会由于存在昼夜温差而产生温度收缩裂缝,基层一旦开裂,在其上铺筑沥青面层后,就容易在沥青面层内形成反射裂缝或对应裂缝。

  导致石灰稳定类基层产生裂缝因素较多,归纳有:土的种类、石灰质量及剂量、稳定土配合比拌和均匀程度、含水量、压实度、摊铺厚度、施工温度、养生以及路基产生的裂缝等。

  三、 石灰稳定土基层裂缝预防措施

  1、 改善土质

  采用的土质既要考虑其强度,还要考虑到施工时易粉碎便易碾压成型,尽量控制缩裂缝的产生。石灰稳定土的缩裂性质与土的粘性有关,最适宜用石灰稳定的土塑性指数为15~20。对于特殊情况,采用塑性指数大于20的土作为石灰稳定土基层时可以适量掺入砂性土、粉煤灰以降低塑性指数;石灰稳定土的缩裂性质还与土质粉碎情况和土质中粗颗粒含量有关,土质粉碎均匀且粗颗料含量比例多,则干缩小,因此基层应使用粗粒含量多且具有一定级配的稳定土,使其级配符合密实嵌挤原理,不但会提高基层的强度、稳定性,而且具有较高的抗裂性。

  2、 石灰质量和剂量控制

  石灰稳定类基层石灰应选择消石灰粉或生石灰,其质量应符合Ⅲ级以上技术指标。生石灰应在使用前7~10天必须进行充分、彻底消解成熟石灰粉,并过10mm筛。消解不充分或不消解,在拌和、碾压以及形成强度过程中生石灰逐步消解,并产生较大的温度应力,对石灰稳定土基层的板体性有很大破坏作用,从而出现裂缝。

  石灰的剂量不能过多也不能过少,石灰剂量过少,不能保证石灰稳定土形成足够的强度,容易导致出现裂缝;石灰剂量过多,多余的石灰就自行结晶,结晶的石灰强度也是很低的,在外荷载作用下也很容易产生裂缝。生产实践中常用的剂量范围为10%~12%。

  3、 提高稳定土配合比和拌和均匀程度

  稳定土配合比设计要合理,各项指标应满足规范要求。稳定土作为高等级公路的底基层采用厂拌法,用转筒式拌和机或连续式拌和机拌合稳定土均匀程度高;作为低等级公路的基层一般采用路拌法,为了防止在拌和层底部出现素土夹层和拌和不均匀现象,首先,应设专人随时检查拌和情况,发现问题及时处理;其次,拌和机拌和时应由两侧向中心拌和,每次拌和应重叠10~20cm,拌合深度应达稳定土基层底并宜侵入下承层5~10mm,用多铧犁或平地机作为辅助设备配合稳定土拌和机应拌和两遍以上,直至稳定土颜色一致,没有灰条、灰团和花面为止。

  4、 摊铺厚度控制

  石灰稳定土在摊铺时厚度不均,所形成的强度就不一致。石灰与水发生物理、化学反应和在温度变化的情况下产生较大的温度应力,在内力作用下会使较薄稳定土层产生裂缝。因此在摊铺时尽量采用机械摊铺,确定合理的松铺系数并将土料中超尺寸颗粒清楚干净,以保证摊铺厚度达到设计要求。

  5、 控制稳定土压实含水量和压实度

  石灰稳定土在压实时,其含水量的控制相当重要。含水量过少,压实困难,不利于强度形成,易形成裂缝;含水量过多,水分蒸发,干缩裂缝显著,并且压实效果差,实践表明,压实度小时产生的干缩要比压实度大时严重,因此,压实时一定不要大于最佳含水量,而应略小于最佳含水量(1%~2%),同时严格按照重型击实试验法确定压实度,尽可能达到最大压实度。

  6、 施工温度控制

  石灰稳定土温缩裂缝产生的最不利季节是混合料处于最佳含水量附近,而且温度在0-10℃时。因此在安排石灰稳定土基层施工时要严格控制施工时间和施工时温度两方面,在施工期的最好在春天和夏天组织施工,施工期的日最低气温应在5℃以上,并应在当地气温进入0℃前一个月结束,以防在不利季节产生严重温缩。

  7、 做好地下水的排除及路基裂缝的控制

  地下水水位高,会导致路基的强度、刚度降低,从而路基会产生各种病害,一旦出现裂缝必然会反射到石灰稳定土基层上。因此基层施工前,对出现裂缝的路基进行返工处理,以便减少反射裂缝的出现。

  8、 养生控制

  石灰稳定土养生是关系到基层强度、刚度以及表观质量是否达到规范要求的关键,养生期不宜少于7d。干缩最不利情况是石灰稳定土成型初期,要重视初期养护,保证基层表面处于潮湿状态,防止干晒。

  9、 减少人为因素的影响

  禁止重型车辆通行,如在采用覆盖措施的石灰稳定土层上,不能封闭交通时应限制车速不得超过30km/h。在石灰稳定土施工结束后,要及早洒粘结沥青并铺筑面层,使石灰稳定土基层含水量不发生大的变化,以减轻干缩裂隙。

  四、 石灰稳定土基层裂缝的处理方法

  石灰稳定土基层一旦出现裂缝,需进行及时的封填处理,有效阻止水分的渗入,防止病害的进一步扩展和蔓延。在处理裂缝时要根据裂缝的宽窄、多少以及形状采取不同的方法。

  1、密封胶封缝技术

  密封胶封缝技术是一种比较成功的途径。在灌缝之前,先用4~6MPa的气压力对着裂缝处从一端开始慢慢吹至另一端,并往返吹几次(一般2~3次),直至无杂物吹出为止。然后将密封胶加热到一定温度,灌入裂缝中,很快就渗透到裂缝两侧的混合料中并融合到一起,当密封胶冷却后,在常温和低温时均有着较高的弹性,可随着裂缝的胀缩而发生弹性变形,始终保持其密封作用,这样就长期、有效地封闭了石灰稳定层的裂缝。当裂缝宽度超过3mm,都应该进行切缝处理后,在灌胶。

  2、填灌乳化沥青、铺设土工布技术

  基层顶面出现裂缝后,对出现的局部较大的裂缝需进行切缝处理,填灌乳化沥青拌和料。对较小的裂纹,直接铺上土工布,这种土工布多为深色或灰色,具有抗老化、耐高温、强度高等特点。施工时横向搭接宽度为10cm,纵向搭接为5cm。施工前应在基层顶上先洒布粘层油,用量约0.7~1.1kg/㎡,再铺土工布,并进行碾压,注意施工车辆不得在土工布表面转弯。最后再洒布一次粘层油,用量约为0.5~0.6kg/㎡,尔后方可摊铺面层。用这种方法处理基层反射裂缝是目前较为有效的解决方法。

  五、 结论

  石灰稳定土基层强度、刚度和分布荷载能力都比传统的级配碎石高得多,目前我国很多地方都缺乏天然砂石材料,铺筑路面底基层和乡村公路的基层完全采用天然砂石材料,客观上难以实现,靠外运石料,工程造价太高。因此,在对石灰稳定土基层施工过程中,采取科学的管理同时进行有效的防治,石灰稳定土基层裂缝是可以减少的,甚至是可以完全消除的。