高温高寒地区水稳基层收缩裂缝控制措施研究

夏友军

（华设设计集团股份有限公司，江苏南京210000）

0 引言

在公路工程施工过程中，由于水稳基层具有刚度大、强度高以及稳定性强等特点，可以使路面承载力进一步提高，因此其应用越来越广泛。但是由于其半刚性属性，因此极易产生干燥和温度收缩裂缝，这不但会使基层强度和耐久性受到影响，还会使沥青面层受到影响，使其路面使用年限进一步降低。某高速公路设计时速为120km/h，为双向四车道，全长为100km，路面为沥青混凝土。该高速公路所处气候为温带大陆性干旱气候，具有夏季高温、冬季严寒、风沙大、干旱少雨以及温差大等特点。通过对该高速公路收缩裂缝进行控制，可以使其水稳基层施工质量进一步提升。

1 水稳基层收缩裂缝类型

湿度和温度变化会随水稳基层产生较大的影响，在碾压成型过程中，由于水分蒸发或温度变化会使其体积产生收缩，常见的收缩类型主要有温度收缩以及干燥收缩。

1.1 干燥收缩

在水稳基层拌和压实过程中，由于混凝土内部水化和水分蒸发等作用，会使基层体积产生收缩，当收缩内应力大于水稳基层的抗拉应力时，会使其出现干燥收缩。在水稳碎石中的水泥硬化过程中，水泥会产生水化，当水泥含量较高时，所消耗的水量则会随之增加，极易产生干缩裂缝。

1.2 温度收缩

根据相关研究统计可知，水稳基层中的水泥含量通常为4.5%～5.5%，在水化热反应的过程中，会产生大量热量，由于混合料散热较慢，会使基层内部温度进一步增加，当其温度大于最高限额时，会导致其体积不断增加，在外界温度降低时时，其内外温差会进一步提高，会导致基层出现温度收缩，当其大于极限应力时，会导致其产生不同程度的裂缝病害。

在对高温高寒地区公路进行施工过程中，为了保障施工效果，通常会选择高温季节进行施工，因此在其施工过程中极易出现干燥收缩，通常干燥收缩发生在前期阶段，此阶段也伴随着温度收缩，养生后的收缩类型主要为温度收缩，在路面承受荷载和温度应力增加过程中，其微观损伤会越来越明显[1]。

2 控制收缩裂缝的主要措施

2.1 配合比和材料方面

水稳结构为骨架密实型，在其施工过程中，检测人员应严格控制集料级配范围，通常其粒径应为31.5mm之内。由于骨架密实型结构具有干缩应变小、最佳含水率低、抗裂指数和收缩系数较低，因此其在高温高寒环境中应用较为广泛，为了保障其施工质量，施工单位应对各拌和材料进行控制。

2.1.1 水泥

在高温高寒环境下进行施工，为了保障混合料不发生冻融破坏，施工单位应合理选择水泥型号，通常应选择抗冻性较好、终凝时间不小于6.5h 的硅酸盐水泥进行施工。与此同时，为了保障水稳强度，施工单位应对水泥用量进行控制，达到控制水稳收缩裂缝的目的。除此之外，检测人员还应控制水泥细度和标准稠度用水量，防止出现干缩裂缝。

2.1.2 矿料

为了使水稳基层密实性进一步提高，施工单位应对粗细集料进行合理选择。通常碎石中针片状含量不应超过15%，软石含量应不大于3%，0.075mm 粒径以下的粗集料含量应小于1%，细集料的0.075mm 粒径以下的细集料含量应小于15%。

2.1.3 早强外加剂

水泥水化速度会随着温度降低而降低，在此过程中，水温强度上升的速度也会进一步降低，为了使水稳基层早期强度进一步提高，施工单位可以添加一定量的早强外加剂，应通过试验确定早强剂掺量。通过加入早强剂，不但可以使水稳基层力学性能得到改善，还可以使水稳基层收缩特性得到改善。这主要是因为通过掺加早强剂，可以使水稳基层的保水能力进一步增加，使水分蒸发量进一步降低，最终达到提高水稳基层抗干缩性能的目的。除此之外，通过掺加早强剂，还可以使集料和水泥之间的黏结效果得到改善，使材料抗裂性能进一步提高。

2.2 合理设置伸缩缝

当施工环境为高温高寒气候时，水稳基层极易产生裂缝，使公路整体性能受到严重影响。与此同时，锯缝深度应小于水稳基层的厚度，但是，在热胀冷缩的作用下，会导致路面受力不均匀，当应力较为集中时，会使水稳基层的裂缝反射到路面，进而导致面层被破坏。除此之外，在昼夜温差大、日照较为强烈的地区，温度应力也会增加，使基层出现疲劳开裂，这种裂缝为温度疲劳裂缝。为了使该种裂缝得到改善，施工单位应以环境情况为基础，对伸缩缝进行合理设置，具体如下：

2.2.1 施工放样

在基层施工完成后的7d 内，施工单位应每隔100m设一道伸缩缝，并设置标线。

2.2.2 切缝

在对基层进行切缝施工时，应使用带合金钢片的切割机对其进行施工，切缝宽度应为2cm，深度应为基层深度。

2.2.3 清理切缝

在对切缝中杂物进行清理时，施工人员应借助高压气泵，保障缝隙的整洁度。

2.2.4 灌缝

灌缝时应使用热沥青，且应保障缝隙的密实度和饱满度。

2.2.5 铺设玻纤格栅

在铺设玻纤格栅时，应使用50mm×30mm×1mm的铁皮和2 英寸（约5cm）钢钉对其进行固定，且其宽度应以伸缩缝为中心，向左右各扩1m，使路面拱胀和反射裂缝问题得到有效解决。图1 为伸缩缝设置图。

图1 伸缩缝设置图

2.3 摊铺工艺

在使用传统施工工艺对水稳基层实施施工过程中，通常需要采取水稳分层方式进行施工，在下基层摊铺完成后，需养生至少7 天才可以对上基层进行施工。在对半刚性材料进行施工时，其层间黏结性较差，若分层施工，会使水稳层的结构强度和整体性降低，当拉应力大于单层受力时，水稳基层会出现开裂问题。尤其是在高寒气候中，在环境温度降低时，路面温度也会随之降低，在此过程中，面层和基层材料出现了不同程度的收缩，导致拉应力和拉应变增加，最终导致基层出现低温收缩裂缝。与此同时，当层间存在污染或含水量不同时，会使其整体性降低，虽然可以使用洒水泥浆的方式进行连接，但是由于水泥浆铺设不均匀，会使其连接效果受到影响。当上下层摊铺密实度不同、膨胀系数不同都会导致水稳基层出现裂缝。

为了解决上述问题，施工单位应使用一次性全厚摊铺碾压成型施工工艺进行施工。该种施工方式具有抗拉伸能力强、水稳结构整体性好、不存在并机接缝离析，可以有效控制纵向裂缝。在使用该种方式进行施工时。主要做法为：施工单位应以其实际施工厚度为依据，将基层分为上下两层同时进行施工。在施工过程中，施工单位应采用两组设备，第一组设备先对下层进行摊铺和碾压施工，再使用第二组设备对上层进行摊铺和碾压施工，两组设备摊铺和碾压长度差应小于100m。这样连续作业，可以使基层连接更加紧密，不但可以使水稳施工工序进一步简化，还可以缩短养生时间，使水稳基层的完整性和整体性进一步提高[2]。

2.4 养护工艺

在水稳基层碾压完成后，施工人员通常会使用不透水材料（土工布和塑料薄膜）对其进行覆盖养护。但是当现场风力较大时，覆盖材料会被吹开，加快水稳基层水分散失，导致水稳基层局部养护不到位，此时再采取补水养护已达不到理想效果。与此同时，由于覆盖材料不透水，会使水稳水化效果降低，钻取的芯样不完整，使整个水稳基层质量受到影响。除此之外，塑料薄膜是不能被重复利用的白色污染，而土工布虽然可以起到保水的作用，但是在其使用过程中，需要使用土或者沙袋压面，在养护完成后，需要消耗大量人工对其进行清理，养护效率较低。因此施工单位应采取高效环保经济的材料对水稳基层进行养护。

通过一系列的研究可知，洒布透层油可以起到良好的养护效果。透层油可以渗透进水稳表面，形成一层膜，使水分无法挥发，起到保湿的作用。与此同时，其还能封闭表面的裂缝，使基层和面层的黏结性进一步提高，达到改善整体受力的作用。除此之外，在日照高温环境下，洒布透层油还可以保护水稳材料，防止其出现开裂，减缓温度下降速度，使基层强度增长速度进一步增加。透层油的洒布量应为1.2～1.5L/m2，通常为PC-2 型阳离子改性乳化沥青，应在基层碾压后表面还未完全干且强度没有形成时进行洒布。

在高温干燥地区进行施工时，为了使基层表面湿润度进一步提高，碾压施工后，施工人员还应对其表面进行补水处理，通常应采用雾化的方式进行补水，这样不但不会使表面因冲刷力过大被破坏，还可以提高补水均匀性，补水后应立即将乳化沥青洒布在基层上。

3 结语

在水稳基层施工中，由于各种因素的影响，会导致基层出现收缩裂缝。因此在高温高寒地区实施水稳基层施工时，施工单位应以当地气候为基础，对施工全过程质量进行控制。在此过程中，施工单位应对原材料、配合比、伸缩缝、摊铺碾压以及养护等环节进行控制，减少水稳基层收缩裂缝，使基层施工质量进一步提高。