浅谈水泥稳定碎石基层裂缝的成因及防治措施

沈健

摘 要：目前高等级公路路面基层大部分采用水泥稳定碎石基层，由于受外界环境、温度、气候、荷载的影响，水泥稳定碎石基层易产生裂缝现象，严重影响路面的使用寿命。文章主要结合工程实践，主要阐述了水泥稳定碎石产生裂缝的主要原因，从中提出了水泥稳定碎石基层裂缝的控制措施，旨在为解决路面开裂问题提供参考与借鉴。

关键词：水泥稳定碎石基层；裂缝；原因分析；防治措施

水泥稳定碎石基层是将一定级配的集料与水泥和水一起拌和后，在最佳含水量状态下碾压成型，经过养生达到一定强度的路面基层结构。此基层是一种半刚性结构。水泥稳定基层容易产生裂缝是影响沥青混凝土面层破坏的关键因素。若不及时处理，雨水从裂缝内向下渗透，沥青混凝土和基层裂缝缝隙处充满自由水，在车辆荷载反复冲击下，就会使沥青混凝土中粘附在碎石表面的沥青剥离， 基层的细集料形成泥浆被挤压出路面，沥青混凝土路面出现坑洞、碎裂、松散，造成沥青混凝土路面早期破损，影响其使用寿命。因此，对基层裂缝原因分析并制定相应的防治措施，将有助于完善基层施工工艺，提高路面施工质量。文章以某一道路基层施工出现的纵横向裂缝为背景，从地质条件、外部环境以及施工工艺等方面进行了分析，提出了相应的防治措施。

1 水泥稳定碎石作用原理及裂缝产生机理

水泥稳定碎石是较为常见的一种半刚性的基层结构，是以级配碎石作骨料，采用水泥作胶凝材料，按嵌挤作用原理摊铺充分碾压，强度主要依靠碎石间的嵌挤和水泥的胶凝作用，形成的较高密实度，水泥硬化后形成的板状半刚性体。特点是极大地提高了路面的承载力，具有很高的强度和刚度。它的初期强度高，并且强度随龄期而增加结成板体，抗渗和抗冻效果较好。但由于水稳料固有的干缩性、温缩性，表面容易产生裂缝，影响到基层本身、路面面层的稳定性，影响其使用性能。水泥稳定碎石产生裂缝主要有以下几个方面。

1.1 水分蒸发产生干缩裂缝

水泥稳定碎石生产时主要由水泥与各种级配粒料和水拌和。压实后，由于蒸发和混合料内部水泥与水发生水化作用，消耗大量的水分，水泥含量越高，则消耗的水分越多，水分减少使体积收缩变形，而且施工过程中含水量越大，蒸发散失的水分就越多，就越易产生干缩裂缝。

1.2 温度变化产生收缩裂缝

水泥稳定碎石由于混合料中含有3.5～4.5%的水泥，在混合料硬化初期，水泥水化放出较多的热量，因为表面散热较快，内部散热较慢，因此内外温度相差较大，使内部体积膨胀，而外部散热快使混合料冷却收缩，内胀外缩相互制约，产生较大应力，当应力超过极限抗拉强度时，产生裂缝。

1.3 其他因素导致的裂缝

此外，一是因局部土基及底基层压实度达不到规范要求，在行车作用下产生土基变形而反射到表面的裂缝；二是由原道路拓宽，两侧不均匀沉降而产生纵向裂缝；三是由于施工控制方面不当使水泥稳定碎石在施工早期产生纵缝。

2 工程概况

某道路沥青路面设计结构层次为：5cm细粒式沥青混凝土上面层+7cm中粒式沥青混凝土下面层+36cm水泥稳定碎石基层+20cm12%石灰土底基层。部分施工段落于6月份进行了水泥稳定碎石基层施工，由于种种原因，该施工段落未及时摊铺沥青混凝土，导致10月份在该段落上发现了横向裂缝，极个别段落出现了纵向裂缝。

3 裂缝原因分析

水泥稳定碎石基层整体性好，具有较大的刚度和承载能力，但是其抗拉能力不足，容易在张力作用下产生裂缝。通过从原材料进场、拌合、运输、摊铺碾压等各道工序进行分析，结合现场对有横缝、纵缝、局部离析的部位开槽检查及钻芯取样检查的结果，分析认为裂缝产生的原因主要有：（1）温缩性裂缝。温度疲劳产生的温缩裂缝，也就是热胀冷缩产生的裂缝。由于该段落于6月份进行基层施工，10月中旬发现裂缝，时间长达近4个月，在此期间，经历了一年之中最高的温度季节，而且雨水又相对集中，半刚性基层从高温到低温经历了反复循环，形成温缩裂缝。（2）干缩性裂缝。干缩性裂缝的情况分为两种，一是水泥稳定碎石压实成型到正常养护期（一般为7天）的干缩；二是养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青混凝土面层这段时间的干缩。其机理基本上是一样的，只是其损害的程度有所不同。水泥稳定碎石压实成型到正常养护期期间，由于混合料本身拌和、养护时用水，水分蒸发以及混合料内部水化作用而发生的毛细管作用、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，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。但是从基层养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青混凝土面层之间，这段时间间隔长达四个多月，雨水较多，天气温度又高，自然天气从睛到雨，从雨到晴，风吹日晒雨淋，基层料从“较干燥→饱水状态→较干燥→饱水状态”反复循环作用，水分反复的“蒸发、饱和、蒸发、饱和”，n次重复干缩过程，必然会使基层出现较严重的拉裂现象，积少成多，在薄弱地方就表现为裂缝，这就是《公路路面基层施工技术规范》制定“养生期结束后，如其上为沥青面层，应先清扫基层，在清扫干净的基层上，也可先做下封层，以防止基层干缩开裂”的规定原因之一。（3）荷载性裂缝。在运输车辆长时间重荷载作用下，由于车辆荷载的反复作用，裂缝逐渐向上扩展至表面，车轮荷载作用下产生的裂缝反映在顶面，往往产生一定数量的裂缝。在施工过程中，由于施工需要以及当地交通的现状，交通封闭不严，致使部分段落基层承受了运输车辆的荷载作用，从而可能产生了裂缝。（4）基层两层连续摊铺结束后，进行透层油施工，以尽最大可能的封住基层中的水分，达到在最佳含水量状态下进行自身养生的目的。基层在施工结束后，个别路段透层油洒布不均匀，洒布量不足，导致水分散失，没能达到封水养生的目的，这可能也是产生裂缝的原因之一。（5）施工现场施工工艺控制不严格，两台摊铺机搭接处出现条状离析，导致其他极个别部位细集料偏多，易出现收缩裂缝。（6）原材料进场及基层配合比设计控制不严，未能按照规范验收每段材料数量，使实际施工配合比及灰剂量不符合设计及规范要求，也是裂缝产生原因之一。（7）地基土体因固结差异而引起的不均匀沉降，传递到基层就会形成裂缝。

4 裂缝处理和解决办法

（1）对裂缝比较严重的有纵向裂缝部位基层水稳给予铣刨。（2）对其余局部有横向裂缝的基层采用对裂缝位置冲刷干净，采用乳化沥青进行灌缝处理。（3）如遇裂缝宽度超过2mm的裂缝采用灌纯沥青并铺设玻纤格栅，再进行下封层施工，特别在进行沥青摊铺时施工车辆不得在上面拐弯和急刹车。

5 防治措施

（1）针对水稳基层不能长时间暴露在外，尤其是夏季这种高温多雨温差变化大的不利季节，一旦水稳养护期满，应立即安排下道工序施工，防止水稳基层长期暴露在自然环境中，受到温度疲劳及雨水等不利自然环境影响而产生的温缩及干缩裂缝。（2）加强各个施工道口的交通管制，在养护期内不许任何车辆通行，并派专人负责；对全线所有的施工道口进行清查，并派有责任心的人员进行统一的管理，全线采用统一的通行证，无关车辆不得进入施工现场。（3）加强原材料的进厂控制，严把质量关，坚决不允许不合格石料进入拌和场，对收料人员定人、定岗，那个环节出现问题那个负责。（4）增加试验人员和加强试验人员的专业知识培训，加大混合料检测频率，对混合料出厂的各项指标定人、定岗检测，发现混合料质量问题及时解决。（5）对施工的半刚性水稳基层加大透层油的洒布用量，试验人员对每一段落的洒布量和总洒布用量进行比对控制，确保基层表面全部被乳化沥青所覆盖。（6）现场摊铺人员严格按照施工工艺进行，清扫、摊铺、碾压、养生各道工序严格按规范及试铺总结的要求去做，并落实岗位责任制；着重加强现场摊铺碾压、摊铺机搭接离析和局部离析控制。（7）强化全员质量意识，推行全员质量责任制，在各工序、各岗位、各环节均定人、定责，提高全员抓质量的自觉性，同时做好全员的技术交底工作。（8）施工时控制好含水量，严格按照技术方案碾压，确保压实度符合设计及规范要求；严格验收下承层标高、宽度、平整度，严格控制各材料摊铺宽度、松铺厚度，以保证材料的均匀性，充分碾压，确保高程、宽度、平整度、强度均达到规范规定的标准。

6 结束语

由于路面工程是系统工程，而裂缝的产生对整个系统工程体现着诸多危害，主要危害有两点：一是损伤整个路面强度；二是后期造成对沥青混凝土路面变形导致裂缝或者起拱等其他现象。第一种情况发生，影响是多方面的；第二种情况发生影响是显而易见的：假如没有得到处理，外部雨水会向下不断渗透，沥青混凝土和基层裂缝缝隙处充满水，在外力载荷不断侵袭下就会使粘附在碎石表面的沥青剥离，基层的石料被挤压出路面，沥青混凝土路面则有可能结构松散、内部碎裂、产生坑洞。通过对该道路部分段落水泥稳定碎石基层出现裂缝的原因分析得出：气温的高低反复循环、基层料的“干燥→饱水→干燥→饱水”反复循环、车辆荷载作用、原材料控制不严、施工工艺不规范、施工作用人员的责任心不强等均会对基层施工质量产生影响。为避免或减少基层裂缝，须从裂缝形成原因出发，加强各个方面的质量控制，知己知彼，方能百战不殆。

参考文献

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[2]苏风华，魏丽华.优质级配碎石基层[J].黑龙江交通科技，2011（6）.