水泥稳定碎石基层反射裂缝防治措施

李洪军

（湖北交通职业技术学院道桥系，湖北 武汉 430079）

0 引言

我国很多高速公路采用水泥稳定碎石半刚性基层的沥青路面结构，半刚性基层开裂及其反射裂缝是这一路面结构主要破坏形式之一[1]。反射裂缝本身对罩面层使用性能的影响不大，但环境因素（雨水、氧化等）的负效应，常常使得裂缝迅速向四周扩展，致使基层乃至路基失稳，甚至使路基软化下陷承载能力降低，从而缩短罩面层寿命。所以，从某种意义上讲，反射裂缝比其他类型裂缝具有更大的破坏性，加速了面层的早期破坏，影响了路面的使用质量，缩短了道路的使用年限。

1 反射裂缝的产生

水泥、石灰、粉煤灰稳定类的半刚性基层不可避免的产生收缩（温缩和干缩），并使半刚性基层出现开裂，在温度变化与车辆荷载综合作用下，裂缝逐渐向上层延伸，甚至贯通整个沥青面层[2]。这种由于基层裂缝引起沥青面层开裂而形成的裂缝称为反射裂缝（如图1所示）。

图1 裂缝产生和发展示意图

根据断裂力学理论，裂缝纵向扩展的运动方式有三种：张开模式（Ⅰ型），剪切模式（Ⅱ型）和撕开模式（Ⅲ型）（见图2）。温度应力对应着张开模式（Ⅰ型），行车荷载对应着张开模式（Ⅰ型）和剪切模式（Ⅱ型）[3]。荷载位于裂缝正上方时，以张开模式引起反射裂缝，在裂缝两侧，则以剪切模式引起反射裂缝；撕开模式中基层作平行运动，此类情况很少见，只在侧向不稳定时才会发生。

图2 裂缝模式图

2 反射裂缝的防治措施

本项目路面结构设计根据交通量及其组成和使用要求，结合山区自然条件，遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则，采用的路面结构为上面层5cmSMA-16（SBS改性沥青+聚酯纤维），中面层6cmAC-20C（SBS改性沥青），下面层7cmAC-25C（AH-70沥青），基层结构为2cm×18cm水泥稳定级配碎石。水泥稳定级配碎石设计抗压强度3～4MPa，压实度＞98%。

半刚性基层具有较高的强度和抗冲刷能力等的特性，但不可避免地会产生裂缝，对路面的外观和耐久性产生较大的影响，路面的使用性能也大大的降低。为了防止和延缓反射裂缝的产生，采取了以下措施。

2.1 混合料组成设计

2.1.1 在规定的级配范围内，尽可能地采用粗级配，限制细集料和粉料比例。集料级配中0.075mm以下颗粒含量不宜大于5%。水泥稳定碎石基层级配如表1、图3所示。

表1 水泥稳定碎石基层级配

图3 水泥稳定碎石基层的级配

2.1.2 在满足设计强度的基础上限制水泥用量。水泥用量不准超过6%。

2.1.3 根据施工时气候条件限制含水量。含水量不宜超过最佳含水量的1%。

2.2 材料要求

2.2.1 水泥

采用P32.5级、配合比设计时应用的水泥。水泥初凝时间3h以上、终凝时间在6h以上。快硬、早强水泥以及受潮结块变质的水泥不得使用。

2.2.2 集料

粗集料碎石密度为2.752g/cm3，针片状含量为8.3%，压碎值为18.5%；细集料液塑限1.9，含泥量为4.3%。

2.2.3 生产配合比

1#料∶2#料∶3#料=35%∶35%∶30%，室内最佳含水量为5.5%，实际加水量计算为：实际加水量=最佳含水量+施工损失含水量-各种原材料的含水量之和。施工时水泥剂量采用4%（外掺）。

2.3 基层双层连续施工工艺

双层连续施工指先摊铺下基层并碾压，检测合格后，在水泥稳定颗粒料终凝前摊铺上基层并碾压完毕，然后及时养生。连续施工工艺不仅减少了一次养生工序，而且上基层与下基层连续施工后层间粘结紧密，整体板块受力结构好，裂缝明显减少。

2.4 玻璃纤维格栅防止反射裂缝

玻璃纤维格栅是一种土工格栅产品，它的表面经有机涂层处理以后，与沥青混合料的沥青具有很好的相容性，而且沥青混凝土混合料穿过玻璃纤维土工格栅结构，可形成复合嵌锁结构[4]。这种格栅对混合料颗粒的限制能够阻止沥青混合料的运动，使沥青混凝土混合料可以得到更好的压实，获取更大的承载力，达到提高传递荷载能力、减少变形、增强沥青混凝土路面的目的。

2.4.1 玻璃纤维格栅防止反射裂缝的作用机理

使用玻璃纤维格栅，可增强沥青混合料的整体抗拉强度，有效地改善路面结构应力分布，有效的延缓和抵抗由于路面的基层裂缝引起的沥青混凝土路面反射裂缝的发生，从而提高路面的使用寿命。它的增强作用主要表现在：

a）阻滞早期裂缝的产生 网格性的肋条可为初始荷载提供一个系统时支承点和锚固点，起到应力传输作用，从而增加沥青底层的抗拉强度，吸收层间的大部分水平拉力，对裂缝的产生和发展起到阻滞作用；

b）分散裂缝，使裂缝转向水平 格栅将沥青层内温度和荷载反复作用产生的应力扩散到一个较大范围内，从而招集中的宽裂缝分散成若干细小的裂缝，延迟了裂缝的扩散和贯通，而且格栅为改变裂缝方向提供了足够的刚度，裂缝扩展到夹层底，然后转向水平，阻止其垂直向上扩展，提高了路面的抗裂能力和耐疲劳能力；

c）提高了韧性 这种格栅能起到比钢筋更致密的连续作用，一直到纤维断裂或被拉出才最终失去承载能力，表现出较高的韧性。

2.4.2 玻璃纤维格栅的应用

公路所处地区温度变化大，半刚性基层易产生裂缝，基层产生的裂缝会沿竖向扩展到路表，从而形成反射裂缝。基层顶面每隔15m一条预锯缝，同时在沥青面层与基层间铺设玻璃纤维格栅（锯缝处），以抵抗和延缓由于基层裂缝引起沥青混凝土路面反射裂缝的发生，从而提高路面的使用寿命。

玻璃纤维土工格栅抗拉强度高、耐热性好、耐寒性好、化学稳定性好、膨胀系数低、尺寸稳定性好。技术参数见表2。

表2 玻璃纤维隔栅技术要求

基层顶面锯缝+玻纤格栅的铺设如图4。

图4 玻纤格栅的应用

具体施工步骤为：

第一步：施工养生期结束后，在其表面预锯缝，间隔15m距离进行切缝，锯缝深度以板厚的1/3为宜，约为6～7cm，锯缝宽度以一个锯片厚度为宜，约5mm。

第二步：锯完之后用高压风机清缝，并用改性沥青对所切的缝进行灌缝处理。

第三步：在切缝处平铺玻璃纤维格栅，缝在所铺玻璃纤维格栅的中线处，平铺宽度有2m。

施工中要注意以下事项：

a）施工前旧路面应清扫干净，对局部的坑洞和路面严重不平的段落进行整平；

b）摊铺玻璃纤维格栅时，应先喷洒粘层油，再铺开玻纤格栅，并先将玻纤格栅一端固定，然后用机械或人工拉紧，固定另一端，固定器包括固定钉和固定铁皮，固定钉可用水泥钉、射钉或膨胀螺钉，钉长8～10cm，固定铁皮可用厚1mm、宽3cm的长铁皮等；

c）如上基层除了预锯缝后还出现不规则的横向裂缝，对于间距＜5m的段落返工，对于间距＞5m的段落，扩缝、清理、灌缝，做上标记，下面层施工前骑缝铺2m宽玻璃纤维格栅。

2.4.3 裂缝调查

本路段2009年1月通车，2010年7月调查路基段落路面裂缝情况如表3所示。

表3 裂缝调查表

由调查数据可以看出，裂缝每百米条数最大为1.09条/百m，最大缝宽2.5mm。结果说明基层设计使用骨架级配水泥稳定碎石基层，采用双层连续摊铺，并在基层顶面预锯缝+铺玻璃纤维格栅对基层延缓反射裂缝的发生是有效的。

3 结论

通过实际使用的情况来看，可得出如下结论：

a）基层采用骨架级配整体性较好，在保证基层强度的基础上，减少了水稳碎石的收缩变形，减少了基层的开裂，防裂效果显著；

b）基层施工采用双层连续施工，减少了一次养生工序，使得基层整体性更好，减少开裂；

c）切缝后铺设玻璃纤维格栅，由于玻璃纤维格栅良好的抗拉性能，对基层裂缝的反射起到了很好的防止效果。

[1]沈金安.国外沥青路面设计方法总汇及预防[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]周富杰，孙立军.防止反射裂缝的措施及其分析[J].华东公路，1996，（10）：25-31.

[3]周富杰，胡凡.反射裂缝产生和发展的机理[J].国外公路，1997，（4）：12-17.

[4]周志刚，张起森，郑健龙.交通荷载作用下土工格栅防止沥青路面开裂的桥联效应[J].中国公路学报，1999，（3）：27-35.