浅谈水泥稳定碎石基层施工中出现横向裂缝的原因及处理措施

浅谈水泥稳定碎石基层施工中出现横向裂缝的原因及处理措施字数：2550来源：商品与质量·建筑与发展2014年7期【摘要】本文结合笔者多年的工作组织经验，主要对水泥稳定碎石基层横向裂缝形成的原因及控制措施进行了探讨。【关键词】水泥稳定碎石；基层裂缝；形成原因；防治措施水泥稳定碎石基层是根据水泥、碎石、砂和水按一定比例进行配制的路面结构层承重结构，也是底基层与路面两层的中间结构，它具有强度高、水稳定性好的优点。但它和水泥砼路面一样施工工艺要由于水泥稳定碎石具有强度高且水稳定性好的特点，水泥稳定碎石结构作为高等级路面的基层，得到了越来越广泛的应用。但与此同时，水泥稳定碎石基层容易产生裂缝是一个不争的事实，直接影响到了路面行车的速度和安全。本文结合笔者多年的工作组织经验，主要对水泥稳定碎石基层裂缝形成的原因及控制措施进行了探讨。1.裂缝形成原因分析裂缝形成过程，大致分为初期收缩裂缝，中期内应力裂缝，后期荷载外力裂缝3个阶段。1.1初期收缩裂缝水泥稳定基层完工后30d局部路段产生横向裂纹，缝宽1mm～3mm，横向贯通或半贯通，垂向深度为水泥稳定基层厚度的0.3～0.5倍。初期收缩裂缝主要是由于压实后的水泥稳定基层中的水不断蒸发和水泥水化作用使水份不断减少，产生毛细管作用、吸附作用、分子间力作用以及材料矿物晶体、凝胶体层间水的作用、碳化收缩作用等，使水泥稳定基层压实体发生体积收缩，形成收缩裂缝。1.2中期内应力裂缝沥青砼路面下面层铺筑后90d即有少量反射裂缝产生，水泥稳定基层铺筑后6个月大部分裂缝基本形成，90%的裂缝横向和垂向均已贯通水泥稳定基层和沥青砼面层，水泥稳定基层形成了长度不等的相对独立的受力板块。一般开裂地段裂缝间距在50m～100m之间，严重开裂地段裂缝间距在6m～30m之间，裂缝宽度为1mm～5mm。一年后裂缝有少量增加和扩展，裂缝数量在上年基础上增加5%～8%，缝宽普遍增大，一般为5mm，局部地段增加到10mm。1.3后期荷载外力裂缝中期内应力裂缝基本形成以后，长度不同且相对独立的水泥稳定基层板块，受底基层的支承，支承面强度高的部位形成相对支点，强度低的部位形成相对悬空。用相对悬空系数来反映板的悬空程度，当系数为零时层间完全接触，符合多层弹性体系理论；当系数逐步增大时层间接触力逐步减弱，板处于相对连续的简支板受力体系；当系数增至1时层间接触力完全消失，板底完全悬空，水泥稳定基层板块处于绝对连续简支板受力体系。相对悬空跨度和相对悬空系数的大小与支承面弯沉值的变异系数有关，变异系数越大悬空程度越大，反之越小。当产生中期应裂缝后，裂缝处的路床强度在路面渗水的作用下逐步降低，裂缝两边的水泥稳定基层逐步悬空形成相对悬臂板。总之，导致半刚性基层沥青路面开裂的因素很多。通过对基层沥青路面的分析研究认为，导致开裂的因素主要有材料特性、车辆荷载与路面结构设计、路基强度及其均匀性、底基层强度及其均匀性、自然环境等。水泥稳定基层矿料的级配、细粉料含量、塑性指数，路面结构组成及其厚度，车辆荷载的大小，路基和底基层的强度及其均匀性，地质土质，水文气象等各方面的因素与半刚性基层沥青路面的开裂都有直接关系。2.裂缝的防治措施2.1施工前的控制（1）严格控制碎石的加工质量。要求把碎石上附着的风化了的山皮剥净。在片石投入破碎机之前，使用振动传输上料机，把残土筛除，同时控制碎石的规格，及时更换锤头，以防不符合规定规格和针片状的碎石产生。（2）进场水泥严格检测，其各项指标必须满足规范要求。不合格水泥严禁使用。一般的水泥稳定碎石基层，其设计强度通常为3-5mpa。设计强度越高，所需水泥用量越大。基层刚性越大，越易产生干缩性裂缝，缝宽也越大，所以规范规定水泥用量≤6%，控制好水泥剂量在±0.5%的范围之间，不能超过5.5%。（3）加强检测生产配合比，使其满足设计配合比。强化拌合站操作人员的质量意识，各料仓上料及时，并派专人负责，防止有料仓出料口堵塞现象。严禁料仓缺料或堵塞时，继续上料。（4）拌合料中含水量的控制，应使其在到达现场摊铺时略高于最佳含水量1%-2%左右。水泥稳定碎石基层需要足够的水分才能满足水泥水化的需要，但在施工中如果含水量过大，在碾压时就容易出现车辙，并且细料及水泥浆会随水分一起上浮至表面，使之产生干缩性裂缝。因此施工时，应根据天气情况适当增加或减少拌合用水量，确保碾压时混合料含水量在最佳含水量范围内。2.2施工控制（1）压实度：水泥稳定碎石混合料压实度的控制是保证强度达到标准要求的重要手段之一。尽管面层将采取钢筋加固补强措施，但基层的压实度保证仍不能松懈。为保证压实度达到标准，检查井周围混合料的摊铺厚度可比正常路段薄一些，水泥的含量增加1%左右，使用小型机具夯实多遍。再配合路面的井圈加固，以保证井圈周围的路面的工作寿命。由于基层材料来源的生产企业规模相对较小，机械化程度不高，石料加工质量普遍不够稳定，存在粒径不均匀现象，骨料时而偏粗，时而偏细。因此水泥稳定碎石混合料的最大干密度呈变化状态。在压实度的检验中，如果采用同一干密度指标作为标准，很容易出现压实度不合格或超过100%的现象。因此施工中采用灌砂法进行压实度检验时，应对集料筛分，以确定粗骨料的含量，分别选用不同的密度标准；（2）水量：水泥稳定碎石是水泥与集料的水化凝结硬化的产物。含水量的控制影响到压实度的保证和裂缝的产生。考虑到混合料在运输、碾压过程中还有水分散失，尤其夏季施工时水分蒸发快，施工过程中对水的含量应控制在比最佳含水量大1%左右。含水量过小时，基层表层松散，碾压容易起皮，难以压实；含水量过大碾压时粘轮，表面起拱，而且基层成型后水分散失愈多，形成的裂缝愈多。所以施工过程中含水量要控制适宜；（3）施工接头：基层在施工过程中留有接头是难以避免的。但接头处往往是应力的集中区，在温度应力、基层收缩应力和交通荷载的反复作用下，容易诱发为裂缝，从而导致沥青面层产生反射裂缝。2.3养护控制水泥稳定碎石基层碾压成型后应及时覆盖洒水养护。由于水分参与了水泥的水化反应，水分的散失将影响其正常的反应，从而影响凝结硬化后形成的强度，特别是夏季施工，气温较高，基层表面的水分蒸发更快，极易产生均匀的裂纹。养护的方法可以采用草袋、麻袋或塑料薄膜覆盖，保证基层不直接暴露在外。2.4外力影响水泥稳定基层是半刚性路面结构，只有2.5～3Mpa的强度，在不铺面层时，严禁超重车辆通行，过早通过超重车辆会使水稳基层的结构强度受到破坏，产生不规则的细小裂缝。车辆超载是造成沥青路面损坏的主要原因，路政管理部门要加重、加大对超载、超重车辆的处罚和监管力度。而设计人员在进行路面结构设计时，要亲自对路线的交通量及车辆组成进行调查，充分考虑到超载车辆的影响，避免出现反射裂缝。2.5管理维护及施工协调控制基层摊铺碾压成型到喷洒透层油铺筑沥青面层的这段时间的管理维护工作非常重要。由于各种工程管线相继进场施工，道路的施工作业面将被占用。特别是第一层成型后，一旦现场管理维护不及时，各种工程管线和构件集中堆放在基层上，基层将受到极大的破坏。这时应严禁堆放重物，不允许车辆上行。第二层7d养护期满后方可开放交通，但仅允许部分施工车辆放行。各种工程管线施工时，应与道路施工协调配合。尤其开挖管线沟槽时，严禁将周围水泥稳定碎石基层下部基础掏空。基层施工完毕后，为保证水泥稳定碎石结构不继续失水，减少干缩裂缝产生，最好在一星期后即喷洒透油层或进行下封层施工，尽早铺筑沥青面层。3.裂缝的处理（1）针对已产生的裂缝，为防治其继续扩散和反射到面层上，避免雨水侵蚀，阻止水分渗入，防止病害的进一步扩展和蔓延，必须对裂缝进行处理。可用改性乳化沥青来灌缝。改性乳化沥青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，可长期、有效地封闭水稳层的裂缝。在灌缝之前，首先要用切缝机对裂缝进行切缝处理，当裂缝宽度超过3mm时，都应进行切缝，然后把裂缝周围用鼓风机吹干净，再用喷洒车的喷枪来灌缝，当改性沥青破乳之后形成粘结状态。（2）对较小的裂纹，直接喷灌；对于宽度1-2mm的缝，喷灌后加铺自粘式玻璃纤维格栅（网格尺寸为1×1cm）；对于大于2mm的缝，先沿缝切成上口v形槽，吹扫干净之后灌缝，也须加铺自粘式网格尺寸为1×1cm的玻璃纤维格栅。（3）裂缝处理完之后，必须尽快做好封层，施工完封层才允许开放交通。4.结束语总之，水泥稳定碎石基层的裂缝是一种常见病害，也是一种不可完全避免的病害，但可以从混合料施工过程中细节的控制、后期的养生控制等，对已产生的裂缝选择合适的材料进行处理，以避免公路路面由于裂缝的产生出现早期的损坏，延长路面的使用寿命，提高社会经济效益。