水稳碎石基层裂缝成因及防治探讨
摘 要：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，且取得了较为丰富的经验。但由于其结合料为水泥，施工工艺要求较高，而且需要较好的施工管理环境，否则就极易产生早期裂缝。从原材料、施工及养护管理等方面的提出了综合的防治措施，以保证公路路面的正常使用。
关键词：高速公路；水稳碎石；基层裂缝；防治
1 裂缝产生原因分析
1.1 干缩裂缝
水泥稳定碎石在干燥空气中硬化时，随着水分的减少，体积将收缩变形，每隔一段距离产生均匀的干缩裂缝。水泥稳定碎石产生干缩裂缝的原因与其水泥、水和碎石集料都有很大的关系。一方面混合料在凝结硬化过程中，水泥与水起水化反应，消耗大量的水分。水泥含量越高，则消耗的水分越多。另一方面，碎石集料表面也要吸附水，集料中的细料成分越多，表面吸附的水分就越多。再者， 基层施工过程中，含水量越大，蒸发散失的水分就越多。因此就越易产生干缩裂缝。
1.2 温缩裂缝
水泥稳定碎石由于混合料中有5%左右的水泥，所以具有热胀冷缩的性质，在混合料硬化初期，水泥水化放出较多的热量，但散热较慢，因此其内部温度较高，使内部体积膨胀。而外部如遇气温急剧降低则冷却收缩，内胀外缩相互制约，产生较大的应力。一旦应力超过其极限抗弯拉强度，将产生温缩裂缝。温缩裂缝多数是横向分布。
1.3 网状裂缝
网状裂缝也叫“龟裂”，它是由于局部弯沉太大，在外力作用下产生结构性破坏的裂缝，它是一种破坏性较大的裂缝，如遇下雨，则渗水，在外力作用下引起翻浆。初期时仅为网状细裂纹，随着时间的推移，裂纹处基层内部的水分继续蒸发，裂纹逐渐发展成为发散形裂缝。在外力作用下，基层呈塌陷状。
1.4 纵缝
如果水泥稳定碎石基层在施工早期产生纵缝，一定是施工控制方面引起的。其原因应归结为局部土基压实度或基层压实度没有达到规范要求。但城市道路基层7d养护期满后，如果管理维护不到位，也会产生纵缝。由于基层较厚，采用分层碾压作业。第一层摊铺碾压成型时，其厚度较薄，一般在15cm左右，尽管养护期满，但其承载能力较低。
1.5 路基不均匀沉降产生裂缝
如果水泥稳定碎石基层产生纵向裂缝，多是由于局部土基及底基层压实度达不到规范要求引起，在重车的作用下产生的反射裂缝，有时显弧状分布，且表面形成一定的高度差。
2 裂缝防治
2.1 原材料控制
水泥：为保证水泥稳定碎石基层施工时有足够的时间运输、摊铺和压实，应对水泥的终凝时间有限制，一般需要6～10h。夏季施工时，气温较高，表面层的凝结硬化速度较快，水泥终凝时间应尽可能达到10h；春秋季施工时水分蒸发较慢，终凝时间可缩短至6h。水泥标号不能太高，最好不要超过32.5R，采用普通硅酸盐水泥。剂量控制范围为5% 左右。因为水泥剂量太低，强度难以满足要求；而剂量过高时，混合料的收缩系数增大，裂缝增加。故水泥剂量一定要经过试配并结合现场调试合适之后确定；石料：石料的粗细直接影响水泥稳定碎石基层的强度、平整度和裂缝的产生。水泥稳定碎石的粒料越粗，强度越高，稳定性越好，预防温缩、干缩裂缝的能力越强。但粒料过于粗糙，则粒料间的粘接力不足，一旦车辆上路，表面层极易跑散，使得基层的平整度难以达到验收标准要求。如果粒料偏细，基层强度难以合格。而且石粉含量偏多时，水泥稳定碎石的收缩性增大，裂缝也就增多。
2.2 施工控制
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；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；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。冬季施工时，要及时采取防冻措施。因为强度未形成的混合料中的自由水在气温0℃以下时结冰，体积膨胀，使基层结构变得松散，达不到设计强度要求。
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。
