（新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

水泥穩(wěn)定基層作為新疆地區(qū)路面結(jié)構(gòu)的主要基層類型，很好地適應(yīng)了新疆干旱少雨的氣候特點(diǎn)。然而，近幾年環(huán)塔里木盆地沿線的多條高速公路水泥穩(wěn)定基層發(fā)生了大量拱脹變形，已成為新疆低降雨、高蒸發(fā)、大溫差和鹽漬化地區(qū)瀝青路面的常見病害，影響了道路的服務(wù)水平和使用壽命。

一、病害調(diào)查

（一）調(diào)查原則及范圍

基于自然地理條件差異性、溫度差異性、時間差異性和材料及工藝差異性原則，本文選取了北疆地區(qū)G30連霍高速公路小草湖至烏魯木齊段、塔里木盆地西北緣G3012吐和高速公路阿克蘇至喀什段、S16麥喀高速公路麥蓋提至喀什段、S13三岔口至莎車公路及塔里木盆地南緣G3012吐和高速公路墨玉至和田高速公路開展了路面拱脹病害調(diào)查。

（二）病害特征

路面拱脹病害調(diào)查結(jié)果表明，路面拱脹存在3個特征：從地域分布看，拱脹主要發(fā)生在環(huán)塔里木盆地沿線；從公路等級看，拱脹主要發(fā)生在整體式高速公路和一級公路；從工程建成年代看，拱脹主要發(fā)生在近幾年建設(shè)的水穩(wěn)基層厚30cm以上、基層強(qiáng)度較高的高等級道路。此外，在早期建成的水穩(wěn)基層厚度薄、強(qiáng)度低的各等級公路未發(fā)現(xiàn)水泥穩(wěn)定基層拱脹情況。

（三）拱脹特征分析

通過對拱脹發(fā)生路段路面結(jié)構(gòu)的調(diào)查、分析，發(fā)現(xiàn)拱脹路段主要有3個特點(diǎn)：從易溶鹽含量看，發(fā)生拱脹的基層Na2SO4含量較未發(fā)生拱脹的基層平均高出14%、總含鹽量平均高出18%；從混合料級配看，拱脹主要發(fā)生在《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50-2006）級配范圍內(nèi)的基層，由施工期間檢測數(shù)據(jù)可知，拱脹段基層混合料級配普遍偏細(xì)；從施工工藝看，拱脹主要發(fā)生在采用分層攤鋪或分層連續(xù)攤鋪的路段，上下基層間結(jié)合差，發(fā)生拱脹破壞時上、下基層分離。

二、影響因素

該課題室內(nèi)室外試驗(yàn)研究及室外病害調(diào)查分析結(jié)果表明，諸多因素會對水泥穩(wěn)定基層板拱脹造成較大影響。依據(jù)室內(nèi)及室外試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探究基層拱脹影響因素與影響方式，為提出切實(shí)可行且有效的防拱脹措施提供理論依據(jù)。

（一）級配

室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)其他條件相同時，隨著水泥用量的增大，水泥穩(wěn)定基層材料的拱脹變形和拱脹系數(shù)隨之增大。水泥用量每增大0.5%，拱脹系數(shù)增大約0.15。這主要是由于隨著水泥用量的增加，試件的密實(shí)度不斷增加，內(nèi)部孔隙減少，在溫度應(yīng)力和結(jié)晶應(yīng)力的作用下更容易發(fā)生拱脹變形。

（二）濕度

在單一因素下，濕度的增加對水泥穩(wěn)定基層拱脹影響不明顯。這主要是由于隨著環(huán)境濕度的增長，水泥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)干縮減少；同時，隨著環(huán)境濕度的增長，部分結(jié)晶鹽溶于水，基層結(jié)構(gòu)體積應(yīng)力減少。

（三）含鹽量

隨著試件含鹽量的增大，水泥穩(wěn)定基層材料的拱脹變形明顯增加。因此，在水泥穩(wěn)定基層原材料含鹽量較高或區(qū)域鹽漬化現(xiàn)象廣泛分布時，應(yīng)考慮水泥穩(wěn)定基層材料鹽脹作用對基層拱脹的影響，水泥穩(wěn)定基層設(shè)計中在控制原材質(zhì)量、優(yōu)化配合比及混合料級配的同時，還應(yīng)注重對水泥穩(wěn)定基層防拱脹結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

（四）應(yīng)力釋放結(jié)構(gòu)

當(dāng)其他條件相同時，設(shè)置脹縫的試件拱脹變形和拱脹系數(shù)顯著低于不設(shè)置脹縫試件的拱脹變形和拱脹系數(shù)。隨著脹縫寬度的增加，試件的兩種系數(shù)明顯降低。隨著脹縫深度的增加，試件的兩種系數(shù)明顯降低。

（五）溫度

試件在相同的含鹽量和環(huán)境濕度條件中，水泥穩(wěn)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)會隨溫度的升高而增大，繼而影響不同深度基層的溫脹變形。當(dāng)試件級配、材料、含鹽量等條件相同時，可以推測溫度上升會導(dǎo)致水的導(dǎo)熱系數(shù)上升，從而使試件的整體導(dǎo)熱系數(shù)上升。此外，在不同溫度范圍內(nèi)，相同水泥用量的試件拱脹變形和拱脹系數(shù)不同。在30℃～40℃的范圍內(nèi)，拱脹系數(shù)最大，約為0℃～10℃時拱脹系數(shù)的1.25倍～1.17倍。該現(xiàn)象與新疆地區(qū)水泥穩(wěn)定基層拱脹主要發(fā)生在夏季的特征相吻合，對比兩種溫度范圍下的拱脹系數(shù)可知水泥穩(wěn)定基層材料的拱脹以溫脹為主，但鹽脹也不可忽略。

（六）水泥摻量

當(dāng)壓實(shí)度相同時，隨著試件水泥用量的增加，滲透系數(shù)明顯減少，水泥用量主要通過影響水泥穩(wěn)定材料孔隙率影響其滲透系數(shù)。水泥用量的增加，使試件中孔隙數(shù)量和有效直徑減少，造成水的滲流路徑減少，從而抑制水在水泥穩(wěn)定材料中的滲透作用。

隨著水泥穩(wěn)定材料中水泥用量的增大，導(dǎo)熱系數(shù)隨之增大，進(jìn)而導(dǎo)致基層的溫脹。其原理主要是由于水泥用量增加，試件內(nèi)部孔隙率減少，改變了試件的整體導(dǎo)熱系數(shù)。在水泥穩(wěn)定基層滿足強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，隨著水泥用量的增加，水泥穩(wěn)定基層發(fā)生拱脹的概率會增大，也與新疆地區(qū)公路水泥穩(wěn)定基層拱脹病害的調(diào)查結(jié)果一致。

三、防拱脹措施

（一）原材料

在原材料含鹽量較高或區(qū)域鹽漬化現(xiàn)象嚴(yán)重時，應(yīng)考慮水泥穩(wěn)定基層材料鹽脹作用對基層拱脹的影響，嚴(yán)格控制集料中硫酸鹽的含量在0.2%以內(nèi)。從集料組成上，應(yīng)嚴(yán)格控制水泥穩(wěn)定基層集料來源及質(zhì)量，細(xì)集料中直徑小于0.075的顆粒含量不超過5%，對0mm～3mm和0mm～5mm的細(xì)集料應(yīng)分別嚴(yán)格控制2.36mm篩孔和4.75mm篩孔的通過率。混合料的公稱最大粒徑控制為31.5mm。此外，應(yīng)控制工程用水中和含量及PH值，也相應(yīng)控制水泥中SO3、MgO、堿含量、膨脹劑等指標(biāo)的含量。

（二）配合比

從骨料級配看，在水泥穩(wěn)定基層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)級配、減少水泥用量的方式降低基層拱脹。從混合料結(jié)構(gòu)看，骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)的防拱脹性能優(yōu)于懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)。

（三）施工質(zhì)量及驗(yàn)收

振動壓實(shí)能夠有效地提高水泥穩(wěn)定基層強(qiáng)度，在滿足設(shè)計要求強(qiáng)度的前提下，可以通過采用振動壓實(shí)的方式減小水泥用量，從而降低對基層拱脹變形帶來的不利影響。此外，設(shè)置脹縫的水泥穩(wěn)定基層拱脹變形和拱脹系數(shù)均明顯降低，且隨著脹縫寬度及深度的增加，水泥穩(wěn)定基層的拱脹變形和拱脹系數(shù)均出現(xiàn)下降趨勢。

在施工季節(jié)和溫度方面，一般水穩(wěn)基層施工宜選擇在溫和的春季或秋季，應(yīng)盡量避免冬季低溫環(huán)境，并保證基層的施工溫度在10℃以上。攤鋪方式推薦基層施工采用雙層連續(xù)攤鋪或者大厚度一體攤鋪。

四、結(jié)語

以新疆公路水泥穩(wěn)定基層拱脹機(jī)理及防治措施研究科研課題為依托，對新疆地區(qū)水泥穩(wěn)定基層拱脹易發(fā)生區(qū)域路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn)，對半剛性基層拱脹機(jī)理及影響因素展開系統(tǒng)性探究，旨在完善適用于新疆地區(qū)的防拱脹水泥穩(wěn)定基層結(jié)構(gòu)，減少未來公路建設(shè)中的水泥穩(wěn)定基層拱脹變形現(xiàn)象，保障公路行車的舒適性和安全性，并減少養(yǎng)護(hù)資金的投入。