市政道路水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫防治研究

李 超，王 俊，段 宇 帆, 楊 博

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

水泥穩(wěn)定碎石基層是根據(jù)水泥、碎石、砂和水按一定比例配制拌合的路面承重結(jié)構(gòu)層[1]，主要承受車輛荷載的豎向力，并將來自面層的應(yīng)力下傳擴(kuò)散至路基且為面層施工提供穩(wěn)定而堅(jiān)實(shí)的工作面，控制或減少路基不均勻凍脹或沉降變形對(duì)面層產(chǎn)生的不利影響。其具有強(qiáng)度高、成型快、剛度大、施工方便、抗疲勞、水穩(wěn)定、抗凍性好等優(yōu)點(diǎn)。但因其結(jié)合料為水泥，抗變形能力差，施工工藝要求較高且需要較好的施工管理環(huán)境，否則極易產(chǎn)生裂縫而影響到道路設(shè)計(jì)使用年限和行車安全。

通江縣環(huán)高明湖經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)PPP項(xiàng)目為綜合市政工程，市政道路共有19條，包括城市次干路和城市支路。其行車道水泥穩(wěn)定碎石基層分兩層設(shè)置：20 cm厚、4%水泥穩(wěn)定碎石下基層+20 cm厚、5%水泥穩(wěn)定碎石上基層。

縱二路隸屬于博覽園區(qū)市政道路建設(shè)子項(xiàng)目，道路類型為城市次干路，當(dāng)4%和5%水穩(wěn)基層鋪筑完成78 d后，其水穩(wěn)基層表面不同程度地出現(xiàn)了橫向裂縫病害，引起施工技術(shù)人員的高度重視。通過現(xiàn)場(chǎng)勘查，分別從原材料、施工工藝及養(yǎng)護(hù)管理等方面著手進(jìn)行分析研究，有針對(duì)性地提出了預(yù)防和治理措施并予以實(shí)施，確保了市政道路的施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

2 產(chǎn)生裂縫的原因分析

項(xiàng)目施工技術(shù)人員對(duì)縱二路水泥穩(wěn)定碎石基層橫向裂縫的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，橫向裂縫間隔為25～30 m一道，縫寬為1～4 mm，深度不大于5 cm。經(jīng)施工技術(shù)人員根據(jù)水泥穩(wěn)定碎石基層的配合比、攤鋪碾壓工藝、養(yǎng)護(hù)管理、外界環(huán)境因素、管理維護(hù)、施工控制以及裂縫的形狀、大小、位置等方面對(duì)其進(jìn)行了分析，總結(jié)出水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生橫向裂縫的原因主要有以下幾方面。

2.1 干縮裂縫

水泥穩(wěn)定碎石攤鋪碾壓完成后，養(yǎng)生期間水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)產(chǎn)生水化熱，水分蒸發(fā)造成水泥穩(wěn)定碎石中的水分快速流失，體積收縮[2]，導(dǎo)致道路基層每隔一段距離會(huì)產(chǎn)生寬度比較均勻的干縮裂縫?？傊鶎邮┕ぶ?，水泥穩(wěn)定碎石中含水量越大，養(yǎng)生期間水化熱反應(yīng)蒸發(fā)的水分越多，越容易產(chǎn)生干縮裂縫[3]。

2.2 溫縮裂縫

水泥穩(wěn)定碎石上基層混合料中水泥含量為5%，而水泥具有膨脹性，養(yǎng)生初期，水泥發(fā)生水化熱反應(yīng)，釋放出較多熱量，體積膨脹。隨著時(shí)間的推移，其內(nèi)部溫度降低，水泥穩(wěn)定碎石混合料體積收縮，一旦收縮應(yīng)力超過水泥的抗彎拉強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)溫縮裂縫。

2.3 路基不均勻沉降產(chǎn)生裂縫

為完善市政道路周圍的市政管網(wǎng)體系，路基中有很多條橫穿的過街管道，過街管道大多數(shù)采用混凝土滿包處理，因水泥穩(wěn)定碎石混合料基礎(chǔ)為土路基，過街管道為剛性基礎(chǔ)，隨著時(shí)間的推移，兩種不同屬性的基礎(chǔ)之間會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，進(jìn)而形成橫向裂縫。

根據(jù)縱二路裂縫產(chǎn)生的時(shí)間、位置及外界因素影響并結(jié)合以上裂縫產(chǎn)生的主要原因進(jìn)行分析后得知：縱二路水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫主要屬于溫縮裂縫。

3 裂縫的防治

3.1 原材料的選擇

通過以上裂縫產(chǎn)生原因可知：水泥硬化速度的快慢、劑量的高低，碎石粒料的強(qiáng)度、粒徑大小、含泥量的多少均為形成裂縫的關(guān)鍵因素。為防止水泥穩(wěn)定碎石基層中裂縫的出現(xiàn)，水泥穩(wěn)定碎石采用標(biāo)號(hào)為42.5的普通硅酸鹽水泥(禁止使用快硬水泥、早強(qiáng)水泥以及其他易受外界影響而變質(zhì)的水泥)，其物理性能和化學(xué)成分應(yīng)符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175-2007的規(guī)定。水泥穩(wěn)定碎石中采用的碎石應(yīng)選擇針片狀含量不大于15%、軟石含量不大于5%、含泥量不大于3%、壓碎值不大于28%的碎石，能夠減少因混合料中含泥量偏大、水泥劑量高而形成的裂縫。

3.2 配合比設(shè)計(jì)

合理的級(jí)配是半剛性基層強(qiáng)度形成的重要保證，也是防治裂縫產(chǎn)生的重要環(huán)節(jié)。連續(xù)級(jí)配不僅能保證骨料與骨料之間密實(shí)相接,減少細(xì)料的填縫，進(jìn)而使細(xì)集料減少，水泥穩(wěn)定碎石基層的收縮應(yīng)力隨即減少，可以有效地減少裂縫的發(fā)生概率。

為了保證今后其它市政道路水泥穩(wěn)定碎石基層的施工質(zhì)量，防止和減少橫向裂縫的再次產(chǎn)生，施工中合理的配合比設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，歸根結(jié)底就是確定最佳的粒料級(jí)配和水泥含量。項(xiàng)目部所屬試驗(yàn)室結(jié)合設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過反復(fù)進(jìn)行配合比試驗(yàn)，最終確定了水泥摻量和粗細(xì)集料比例，同時(shí)確定了最大干密度。最終確定的配合比見表1、2。

表1 4%水泥穩(wěn)定碎石配合比表

表2 5%水泥穩(wěn)定碎石配合比表

3.3 施工控制

項(xiàng)目部通過對(duì)縱二路裂縫位置進(jìn)行取芯試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所取芯樣不夠密實(shí)、孔隙較多，又因水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫產(chǎn)生的原因主要屬于溫縮裂縫，若要減少和防止水泥穩(wěn)定碎石基層水化后產(chǎn)生裂縫，保證水泥穩(wěn)定碎石基層，必須碾壓密實(shí)、集料之間相互嵌擠嚴(yán)密，這兩點(diǎn)是施工中的控制重點(diǎn)。為減少水泥穩(wěn)定碎石基層成型后因集料碾壓不密實(shí)、孔隙較大產(chǎn)生裂縫，項(xiàng)目部針對(duì)4%、5%水泥穩(wěn)定碎石基層制定了不同的攤鋪、碾壓施工工藝：

水穩(wěn)層下基層采用推土機(jī)結(jié)合平地機(jī)全斷面攤鋪，上基層采用1臺(tái)攤鋪機(jī)分幅攤鋪，2臺(tái)振動(dòng)碾碾壓。

攤鋪前需做好施工設(shè)備工況檢查工作，確保設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，并將路床表面適當(dāng)灑水濕潤(rùn)。初步擬定松鋪系數(shù)為1.3，根據(jù)單層設(shè)計(jì)鋪筑厚度計(jì)算出攤鋪混合料松鋪厚度為26 cm。下基層利用布置于道路兩側(cè)的標(biāo)高控制線設(shè)定松鋪高程并做好標(biāo)記。攤鋪機(jī)調(diào)整好熨平板高度，并用木塊支墊，其厚度與松鋪厚度相等，將熨平板牢固放在上面。為防止混合料離析，施工時(shí)派專人在攤鋪機(jī)兩側(cè)將堆積的粗粒料散開，平地機(jī)、攤鋪機(jī)攤鋪后，設(shè)專人消除集料離析現(xiàn)象，特別注意鏟除局部粗集料“窩”，并用新拌混合料填補(bǔ)。拌和站拌制的混合料含水量稍高于最佳含水量0.5%～1%，以補(bǔ)償運(yùn)輸、攤鋪及碾壓過程中的水分損失。

根據(jù)該工程所在地情況，縱二路采用2臺(tái)單鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓作業(yè)。攤鋪、修整后立即用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，按靜壓→弱振→強(qiáng)振→靜壓的程序進(jìn)行碾壓施工。碾壓施工過程中將壓路機(jī)的行駛速度控制在1.5～2.5 km/h，碾壓時(shí)重疊1/2輪寬。根據(jù)上下基層碾壓壓實(shí)度和彎沉值、水泥用量不同，分兩個(gè)方案進(jìn)行碾壓作業(yè)：

方案一(上基層)采用單光輪壓路機(jī)，通過6遍碾壓(振動(dòng)碾一個(gè)來回算碾壓一遍)完成：

第一次光輪壓路機(jī)(22 t)靜壓，速度為1.5～1.7 km/h;

第二次光輪壓路機(jī)(22 t)弱振，速度為1.5～1.7 km/h;

第三～五次光輪壓路機(jī)(26 t)重振，速度為1.5～1.7 km/h;

第六次光輪壓路機(jī)(22 t)靜壓，速度為2～2.5 km/h。

碾壓結(jié)束后，由試驗(yàn)人員采用灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度，6點(diǎn)全部合格,即大于設(shè)計(jì)要求的98%。

下基層采用單光輪壓路機(jī)通過5遍碾壓完成：

第一次光輪壓路機(jī)(22 t)靜壓，速度為1.5～1.7 km/h;

第二次光輪壓路機(jī)(22 t)弱振碾壓，速度為1.5～1.7 km/h;

第三～四次光輪壓路機(jī)(26 t)重振碾壓， 速度為1.5～1.7 km/h;

第五次光輪壓路機(jī)(22 t)靜壓，速度為2～

2.5 km/h。

碾壓結(jié)束后，由試驗(yàn)人員采用灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度，4點(diǎn)全部合格,即大于設(shè)計(jì)要求的97%。

壓實(shí)度達(dá)到要求后，測(cè)量人員恢復(fù)各檢測(cè)點(diǎn)并測(cè)量各測(cè)點(diǎn)高程，計(jì)算出合適的松鋪系數(shù)。

3.4 養(yǎng) 生

每一段碾壓完畢，經(jīng)壓實(shí)度、標(biāo)高檢查合格后，立即采用塑料薄膜覆蓋，養(yǎng)生期間用水車噴霧灑水使基層表面潮濕，避免溫度過高而導(dǎo)致水分蒸發(fā)快使表面產(chǎn)生裂縫而影響強(qiáng)度。對(duì)于晝夜溫差大的天氣可采用覆蓋物保溫。我們采用灑水養(yǎng)生7 d的方式，始終保持其表面濕潤(rùn)，要求7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于2 MPa[4]。清除覆蓋物后，繼續(xù)灑水養(yǎng)生7 d，且每天上午、下午至少灑水兩次。灑水養(yǎng)生期間，道路應(yīng)封閉交通，嚴(yán)禁其他車輛通行。

4 裂縫的處理

針對(duì)縱二路水泥穩(wěn)定碎石基層已經(jīng)形成的淺層橫向裂縫，如果將裂縫位置及周圍不符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的路段破除，重新鋪筑合格的水泥穩(wěn)定碎石，重新進(jìn)行碾壓成活及養(yǎng)生，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)料，增大工程成本，延遲工期，而且新老水穩(wěn)基層結(jié)合面也不能夠保證達(dá)到預(yù)期效果。因此，如果裂縫深度、寬度在可控范圍內(nèi)，形狀比較規(guī)則，裂縫口及周邊沒有發(fā)生嚴(yán)重破損及脫落現(xiàn)象，在綜合考慮成本、進(jìn)度以及保證工程質(zhì)量的前提下，項(xiàng)目部認(rèn)為采用直接修補(bǔ)的方法是比較理想的裂縫處理方法。

4.1 修補(bǔ)材料的確定

針對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層淺層橫向裂縫，如果采取直接修補(bǔ)的方法，其修補(bǔ)材料的選擇尤為重要。項(xiàng)目部針對(duì)裂縫的成因以及危害，通過網(wǎng)絡(luò)、相關(guān)規(guī)范、論文并與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通、協(xié)商、聽取相關(guān)有經(jīng)驗(yàn)的施工人員和專家的建議，經(jīng)綜合考慮后最終確定采用高性能抗裂貼對(duì)裂縫進(jìn)行直接修補(bǔ)。因?yàn)楦咝阅荛_裂貼具有較大的抗拉強(qiáng)度[5]、不透水性、低溫柔韌性、粘結(jié)性，不僅能很好地與路面粘結(jié)牢固，防止雨水深入裂縫加深病害，還能起到消能緩沖的效果，而且其價(jià)格相較于其它材料較便宜?？偠灾?，高性能抗裂貼是修補(bǔ)水泥穩(wěn)定碎石基層淺層裂縫最快、最有效、最經(jīng)濟(jì)的處理方法之一。

4.2 直接修補(bǔ)

(1)首先在水泥穩(wěn)定碎石基層發(fā)生橫向裂縫前后各1 m范圍內(nèi)用高壓水槍沖洗干凈，清除縫內(nèi)雜物，保持修補(bǔ)的基層表面干燥、無積水。

(2)對(duì)于寬度超過50 mm的橫向裂縫或坑槽，需先將裂縫內(nèi)的雜物清理干凈，并將坑槽用熱瀝青填充并碾壓至基層平整面。

(3)貼上高性能瀝青抗裂貼，抗裂貼與裂縫位置的道路基層表面兩者之間緊密結(jié)合，抗裂貼應(yīng)鋪設(shè)平整、不翹邊、不起皺，然后再在其上鋪筑瀝青混凝土面層。如果接觸面地面溫度過低，高性能抗裂貼與修補(bǔ)位置的道路基層表面不能很好地粘接，可以使用噴水槍加熱抗裂貼與接觸面的溫度，以使兩者之間緊密連接。

(4)鋪設(shè)高性能抗裂貼后，按照瀝青鋪筑施工規(guī)范撒布透層油、粘層油，為防止車輛或攤鋪機(jī)在運(yùn)料和攤鋪過程中粘結(jié)高性能抗裂貼，需提前在高性能抗裂貼上撒些混合料或細(xì)粒碎石。

采用高性能抗裂貼直接修補(bǔ)的路面不僅可以防止因垂直荷載及溫度影響引起的裂縫反射到瀝青面層，減少路面車轍，延長(zhǎng)路面的使用壽命，而且其施工方法相對(duì)簡(jiǎn)單，省工、省時(shí)。

5 結(jié) 語

在市政道路建設(shè)中，水泥穩(wěn)定碎石基層橫向裂縫普遍存在，只能采取有效的措施預(yù)防裂縫數(shù)量的增加并防止裂縫危害的擴(kuò)大。由上述可知：應(yīng)從施工人員、原材料、施工機(jī)械、施工方法和施工過程等方面予以預(yù)控，可減少或杜絕基層裂縫、排水檢查井周邊下沉和局部管線溝槽下沉的頑癥。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、市政基礎(chǔ)設(shè)施工程施工各方主體施工、管理手段的不斷完善健全，基礎(chǔ)設(shè)施的使用功能將越來越完善，城市建設(shè)和管理將更加規(guī)范、秩序、和諧、文明、可持續(xù)發(fā)展，市民生活的幸福指數(shù)將越來越得到提高。