半刚性基层裂缝形成的原因及防治

王 晋 津

(山西远方路桥(集团)有限责任公司，山西 大同　037005)

半刚性基层在国内使用的频率越来越高，这是一种常见的路面结构设计。由于其强度高，耐久性较好，半刚性基层被广泛使用。在广泛使用的基础上，也发现半刚性基层存在问题，半刚性基层的裂缝一直是半刚性基层的致命缺点。但是水稳碎石刚度大，对温度的敏感性以及湿度的敏感性非常强，非常容易因温度以及湿度的变化而产生裂缝，降低道路的强度和使用性能[1]。为了提高基层的质量必须对裂缝产生的原因进行分析。

1　半刚性基层裂缝产生的原因

半刚性基层裂缝一般分为三种类型：温缩裂缝、干缩裂缝、纵向裂缝。温缩裂缝是指水泥稳定级配碎石温度气温变化的情况下，水泥稳定级配碎石会产生热胀冷缩，其基层表面的拉应力超过材料的极限应力出现裂缝。裂缝的大小随着路基的弯沉和下基层的弹性模量、铺筑厚度、养护条件都有一定的关系。路基的弯沉较大，材料的温度反复变化的情况下导致变形较大出现应力破坏。下基层的弹性模量过大，不能适应气候的变化，材料刚性过大，超过材料的极限模量发生刚性破坏。路面铺筑厚度较大，材料承受破坏的弯曲和拉伸应力较大，并且路面上裂缝的几率较低。

干缩裂缝是水泥稳定级配碎石水化时需要水，水化的过程中需要两次水化过程。水泥第一次水化的时候是其强度增长初期所需的水量，该水化程度决定了水泥稳定级配碎石的强度。二次水化的过程中直接决定了其强度的大小，如果水化过程充分，无侧限抗压强度会持续提高。这样混合料就会产生收缩，材料之间的抗收缩力小于强度增长的拉力，材料就会形成干缩裂缝。因此干缩裂缝的产生与材料、用水量有直接的关系。干缩裂缝产生时往往很细小,随着水分继续减少,裂缝会增宽到3 mm以上[2]。

纵向裂缝的产生一般是由基层不均匀沉降造成路面出现裂缝，该裂缝出现的长度较长并且朝一个方向发展，波动的宽度不大。但是在基层表面出现的裂缝，裂缝的位置不在相对应的路基位置上。路基产生不均匀沉降，路面在外界荷载的作用下，基层会在受力最薄弱的地方发生破坏。其破坏形式对路面的危害比较大。

通过以上对裂缝出现几种形式的分析可知，路基的压实度、材料的含水量、配合比、施工碾压都会对裂缝的产生有影响。所以在设计混合料和施工过程中应注意以上因素。

2　半刚性基层裂缝的防治

纵向裂缝的防治比较简单，处理好路基的压实度即可。但是在施工过程中由于检测不到位和管理不到位，给基层裂缝留下隐患，以致反射到路面形成裂缝。这种裂缝的处理通常采用热沥青灌缝的方式，严重的洗刨处理。

预防干缩裂缝主要是设计合理的混合料、拌和的混合料规范，及时养护能有效的避免干缩裂缝的发生。在设计混合料的时候，首先要确定最佳含水量和最佳水泥剂量。在确定最佳含水量的时候按照规程的方法进行检测。也可以采用一张吸水的滤纸在成型的试件上，观察滤纸上的斑点的分布情况。出现的斑点大约在3 mm～5 mm，一般可以确认为最佳含水量。在确定最佳含水量的时候，一定注意水泥剂量的准确性。最佳含水量与水泥剂量有密切的关系。在生产拌制的时候，水泥稳定碎石拌合楼水泥剂量不稳定的时候，滤纸测试的含水量就会变化，造成判断失误。生产过程中的混合料含水量根据工程的实际情况来确定，从裂缝的控制角度来讲，含水量的控制位于下限，有利于裂缝的降低。由于二次水化的过程中，混合料水分不足，强度不会过高，裂缝产生的几率就会减少。

在混合料养护的过程中，混合料的含水量较大，养护比较充分，混合料的强度显著增加导致基层开裂。在调整裂缝的过程中，这是补救的方法，主要还是依靠混合料本身的级配为主要因素。

温缩裂缝的防治主要是混合料设计方面的问题，设计的混合料应该具备抵抗温度变化的性能。增强混合料水泥胶浆的厚度，减少细集料的用量，适当增加集料的空隙率，提高混合料的热稳定性。首先是增强水泥浆料的厚度，减少细集料的粉尘含量。现在新细则对0.075 mm颗粒含量要求比较严格。目前也出现一些新的设计级配如低剂量水泥稳定碎石、抗裂型水泥稳定碎石，都取得了良好的效果。2.36 mm，4.75 mm的通过量都是控制设计混合料细集料的用量，细集料用量减少可以降低路面的裂缝，但是混合料的抗冲刷能力降低。增加细集料的用量，必须考虑混合料的抗冲刷能力。因此，适量的细集料用量是关键，不能大幅度调整细集料用量，因此必须调整原材料的质量。其次提高混合料摊铺的均匀性，摊铺的混合料不离析，材料均匀一致温缩变化一致，减少裂缝的几率。大于19.0 mm的碎石含量超过25%，在基层摊铺的时候极易离析，所以在设计的时候一定考虑混合料的均匀性。摊铺机摊铺的时候混合料进入绞笼的速度缓慢均匀，当受料斗的料位低于1/3,不要收斗。应该将下一辆料车到摊铺机前，将料倒入受料斗进行摊铺，摊铺的过程中要保持匀速摊铺。保证混合料的均匀性。

混合料的养护对基层裂缝比较重要，首先是洒水均匀性和一致性。基层强度增长前3天是关键期，洒水养护不均匀造成强度不均匀，膨胀收缩不一致，容易出现裂缝。如果设计的混合料强度过高，在养护条件较好的情况下，会出现干缩裂缝。因此洒水养护是对混合料配合比设计的验证。

混合料的碾压一般情况下都不很关注，压实程度直接影响着无侧限抗压强度。无侧限抗压强度细则最高要求为5 MPa～7 MPa,如果压实度超过100%，其强度不可避免的增加，并且可能超过规范要求的强度，就会出现温缩裂缝。如果压实度过小，则混合料无侧限抗压强度降低，表面就会松散。

以上三种裂缝的产生都与配合比设计有关系。确定最佳水泥剂量与设计的无侧限抗压强度有关系，无侧限抗压强度与水泥的3 d胶砂强度有关系，通过基层取芯判定出来。如果取芯在2 d～3 d取出芯样基层就有可能出现裂缝。在养护的时候适当降低用水量，降低成型的强度。设计的混合料在碾压的时候，观察混合料复压时混合料变形不大，此种混合料抗压能力较强，抵抗温缩变形的能力强。其次观察混合料料车倾倒的时候下滑面呈砂状，不是弧形下滑，混合料存在产生裂缝的几率就会降低。确定的最佳含水量在拌合控制的时候，应该根据拌制混合料级配细集料的多少进行适当调整。在拌合混合料时，装载机上料级配均匀一致，含水量要稳定。添加的含水量的加水装置计量精度要稳定准确，都是控制最佳含水量的方式。

3　裂缝的处置

裂缝的处理一般是采用玻纤格栅处理。先确定裂缝的面积，然后清扫裂缝位置。用钢钉将玻纤格栅固定好，再洒乳化沥青。洒布完乳化沥青再进行检查玻纤格栅的牢固程度。防止在沥青混合料摊铺的过程中被推移。

4　结语

通过对基层裂缝产生的原因进行分析，确定了温缩裂缝、干缩裂缝、纵向裂缝三种方式的相关因素，分析了破坏的原因。确定了三种破坏的防治措施，在设计方面降低0.075 mm颗粒的通过量，细集料的用量要稳定，兼顾裂缝和抗冲刷能力、适当的降低混合料的含水量有利于降低基层的裂缝。选择合适的碾压方案可以减少基层的裂缝。因此裂缝的防止和处置都是混合料设计与施工有机的结合体。