浅谈水泥稳定基层裂缝产生原因及控制措施

吴文利

摘要：水泥稳定基层在高等级公路中应用极为广泛，但是，早期裂缝的出现，以及由此引起的沥青层反射裂缝的出现，严重影响道路的平整度和行驶的舒适性，加大了养护资金投入，对道路耐久性构成了威胁。因此，如何防治水泥稳定基层裂缝的产生是施工过程中需要解决的一个问题。

关键词：水泥稳定；基层；裂缝；原因；控制措施

引言

随着我国公路建设的不断增多，高等级公路建设也得以迅猛发展，特别是高等级沥青路面有较多优点，车辆行驶噪声低，振动小，感觉舒适。其优点是强度高、水稳定性好、易操作、抗疲劳能力强、远期成本低等。这种路面结构却普遍存在着裂缝较多的缺点，早期裂缝存在不仅影响水泥稳定基层的整体性，并且必然降低结构层的强度和刚度，铺筑沥青路面后将使沥青面层出现反射裂缝，造成不同程度的路面病害，降低了道路的使用质量和耐久性。

1.水泥稳定基层裂缝对道路的危害

水泥稳定碎石基层具有强度高、造价低、整体性及水稳定性好等优点，在我国公路建设中得到了广泛的运用：但它在运营期间易产生干缩和低温收缩裂缝，在交通荷载的重复作用下，水泥稳定碎石基层的这种收缩裂缝很容易扩展到沥青面层而形成反射裂缝。反射裂缝一旦产生，不仅影响路面的美观和行车舒适性，更重要的是大大的缩短了路面的使用寿命。

由于水泥稳定碎石基层材料属于水硬性材料，当水泥稳定碎石基层建成以后，其内部的物理化学反应要持续一个相当长的时间，强度和刚度随着龄期的增长而不断加强。水泥稳定碎石材料的温度和温缩裂缝，而其下卧层与该层之间的磨阻力作用抑制了其收缩，从而在水泥稳定碎石基层内部产生拉应力，当此应力超过其抗拉强度时则发生断裂。这种裂缝多发生运营期初冬季节和施工期的夏季基层铺筑后尚未覆盖沥青面层之前。

当水泥稳定碎石基层开裂以后，在沥青面层与半刚性基层层间的裂缝处形成一个薄弱点，在使用过程中，由于荷载应力与温度应力的共同作用下，在该点的沥青面层底面产生应力集中，如沥青面层较薄则会引起开裂。随之，在行车和大气因素的反复作用下，裂缝逐渐向上扩展，直至沥青表面。这种裂缝通常称为反射裂缝。反射裂缝一般为横向裂缝，其间距大小取决于当地气候条件、沥青面层的厚度，以及沥青面层材料的抗裂性能。当日温差变化较大，沥青面层较薄、半刚性基层和沥青面层材料的抗裂性能较差时，则裂缝间距较小；反之，则较大。

反射裂缝不仅使路面使用性能老化，影响行车舒适性，而且导致路表水下浸，影响到整个路基的强度与稳定陛。更为重要的是，在行车荷载反复作用和周期性变化环境温度的影响下，常常使得裂缝迅速向四周扩展，大大缩短面层的使用寿命。

2.水泥稳定基层裂缝原因分析

2.1路基不均匀沉降产生裂缝

正常情况下路基施工完成后应对其进行沉降观测，沉降速率小于规定的要求时方可进行路面施工，由于工期紧、任务重，路基工程一结束马上进行路面工程的大规模施工，这就导致路面施工过程中由于路基的不均匀沉降引起基层裂缝的产生，特别是高填方、填挖交界和桥头台背回填等位置，都表现为在相同或不同，施工时间内出现左右幅对称性横向裂缝或纵向不规则裂缝，且整个结构全部断裂。

2.2干缩裂缝

水泥稳定碎石混合料在施工中随着水分的减少及混合料硬化时体积的收缩变形，产生均匀纵横向的干缩裂缝，它产生的原因主要和水泥、水与矿石集料之间所占的比重有关。水泥越多，水泥与水起水化反应的作用越强，消耗水分越大，干缩也越大。集料中的细料成分越多，则所需水分越多，干缩也越大；水泥稳定碎石基层施工时气温太高引起表面水分散发太大，也会引起干缩裂缝。基层施工时由于拌和机出现故障，所拌的混合料时湿时干，水泥时多时少，引起干缩裂缝较为明显，但干缩裂缝多是局部裂缝。

2.3温缩性开裂

温度收缩裂缝发生的较多，比较有规律，绝大部分为横向裂缝。且为上下贯通，裂缝冬季较大，夏季微小，裂缝间有一定的间隔，尽管间距不等，但还是比较有规律。主要原因是由气温骤升骤降形成温差太大。当气温骤然升降时，水泥稳定基层的表面温度和水泥稳定基层内部温度不一致时，产生的收缩量也不一致，当他们之间的收缩应力大于水泥稳定基层的抗拉强度时，自然而然产生了开裂现象。

2.4水泥泥剂量过大或不稳定

《公路路面基层施工技术规范》中明确指出，水泥剂量在5%-6%时，其收缩量最小。但在半刚性基层施工中，施工单位为了追求取芯效果，水泥剂量一般采用上限，加之水泥稳定基层类拌和设备在拌和过程中存在不稳定现象，水泥拌和不均匀，导致基层强度比规范要求高出大约30%，收缩系数增大，温缩裂缝和干缩裂缝增多，在施工过程中要严格控制水泥剂量上限，保证强度符合规范要求即可。

2.5含水量过大

由于拌和时用水量不准，造成水灰比时大时小，混合料性能不稳定，致使基层的强度存在差异，增大了裂缝产生的机率。

2.6养生工作不到位

养生的目的是为了防止水份快速地蒸发，确保基层的抗压强度及抗折强度，但受炎热、干燥或大风天气的影响，使水份蒸发得特别快，水车养生难以保证养生质量，从而造成基层混合料干缩变形，产生裂缝。养生不到位，施工中温度高，洒水不及时，水泥稳定级配碎石基层顶面与底部温差大，温缩裂缝和干缩裂缝密集。

2.7网状裂缝

水泥稳定碎石产生网状裂缝的部位多在排水检查井、电信井、自来水井等结构物的周围。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縫。在外力作用下，基层呈塌陷状。究其原因，一是检查井周围压实度未得到真正的保证，存在着不均匀沉降的隐患。二是检查井是大型压路机工作面的死角，尤其是集料粒径偏粗时，基层本身的压实度也难以保证，故强度难以达到设计要求。而检查井周围是温度应力、弯拉应力的集中区，在外力的综合作用下，基层就被破坏，产生裂纹进而发展成裂缝。

2.8材料级配

混合料级配控制偏细，以至于不能形成有效的骨架密实结构以阻止裂缝的产生。

3.水泥稳定基层裂缝的防治措施

3.1严格控制级配和压实度

作为水泥稳定基层用的碎石要求不是很高，规范中只有4个指标：相对密度、压碎值、有机质含量、硫酸盐含量。因此很多岩矿都可作为基层碎石的料矿。高速公路基层石用量是很大的，而一般外购的一个石料场的产量却很小，就必须同时使用几个料场进料，并且由于储料场地不足而又混堆储料，这就产生两个很严重的问题：一是由于不同矿源筛网不同造成同一档料内各粒料数量不同，几档材料混合后，生产配合比经常变化，极易超出上限或下限。二是各料场碎石的密度不同，在确定最大干密度时带来很大的困难，无法在几种混合料中得到一个最具代表性的最大干密度，最终导致现场无法进行正常压实度检测和控制，压实度经常超过100%或小于极限值。

如果只使用一个岩矿做粗集料的料场，既能保证生产配合比与理论配合比吻合较好，也能保证最大干密度不至于经常变化，有利于压实度的现场控制。事实证明，水泥稳定碎石基层级配和压实度的好坏，不但影响水泥稳定基层的干缩性，而且还影响到水泥稳定基层的耐冻性。所以，控制好级配和压实度可预防裂缝的产生。

3.2严格控制水泥用量

在施工过程中，要严格控制好水泥稳定基层的水泥剂量。水泥稳定碎石基层设计强度一般为3-5MPa，相应水泥用量为5%-6%。如果水泥剂量太小，水泥稳定基层强度则不能满足承载力要求；而水泥用量越大，其水化作用越强，收缩也越大，水泥稳定碎石基层越容易产生横向干缩裂缝。干缩裂缝一般表现为20-30m/道，严重3-5m/道，基本呈现规律变化。因此，在保证强度的前提下，应尽量使水泥用量控制在经济、合理的目标上。

3.3含水量控制

水泥稳定基层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。

水箱要求装配高精度電子动态计量器，电子动态计量器应经有资质的计量部门进行计量标定后方可使用，保证含水量稳定。

拌和时应根据集料和混合料含水量的大小，及时调整加水量，拌和机加水装置处应有专人严格管理。

运料车装料出厂时，为防止表层混合料含水量损失过多，特别是在气温较高、阳光充足和有风的气候条件下，车厢必须覆盖，并应尽快将拌和的混合料运送到铺筑现场，减少水分损失，从拌和到碾压完成的延迟时间不能超过2h。

施工单位必须随时检测所用集料的含水量，并根据集料的含水量以及天气等因素及时调整水稳材料的加水量，控制水稳材料的生产质量。有条件时，要对4.75mm以下的细集料进行遮盖，以保证其含水量不出现大的波动。

水泥稳定基层混合料含水量要根据天气情况，通过试验段施工确定，以最佳含水量为控制要求，初始含水量过大，振动压路机压实过程中，水泥浆上浮，导致干缩裂缝出现增加，拌和站含水量检测要根据天气情况提高检测频率，经过长时间总结后，确定含量水量调整方式，确保水泥稳定级配碎石混合料在最佳含水量规定范围内完成压实，在基层施工前，下承层要充分洒水，保证水泥稳定级配碎石下层混合料中水泥充分水化。

3.4离析的控制

施工过程中，混合料表面碾压完成后出现的局部块状或者条状离析现象对基层裂缝的产生也会有一定的影响，因为离析就是粗、细集料分离，细集料集中的地方就容易产生裂缝；因此应该从以下几个方面防止摊铺离析现象：

（1）拌和机出料时，运输车辆应分前、后、中移动三次装料，以减少装料过程中粗、细集料离析。

（2）摊铺机应保持连续、缓慢、匀速的摊铺，尽量避免摊铺机等料现象，等料处容易发生块状离析；螺旋布料器应缓慢匀速旋转且其中料位应位于其2/3高度；摊铺过程中尽量减少摊铺机收斗拢料次数，刮板输送器裸露时禁止收斗。

（3）为防止摊铺机机械离析，可在摊铺机变速箱处和螺旋挂杆处安装反向叶片，并根据实际情况可以调整反向叶片的角度。

3.5养护控制

水泥稳定碎石基层碾压成型后应及时养护，由于水分参与了水泥的水化反应，所以充足及时的养护是保证水泥稳定基层强度和避免干裂不可缺少的方法。可以采用草袋、麻袋或塑料薄膜覆盖等养护方法，保持基层在养护期间不直接暴露在外。养生期结束后，如果不及时铺筑沥青封层（透层）和沥青面层而让其曝晒，同样会散失水分，产生干缩裂缝。

基层过冬时，应采取冬季覆盖保温措施，以防止基层开裂或表面受损，可采取先铺塑料薄膜后覆盖粘土的措施，减少和避免因温差过大产生温缩裂缝。

3.6选择有利的季节或时间进行水稳基层的施工

水稳基层施工最好选择在年平均气温时期施工。由于此时气温变化不大，结构内温度应力较小，水稳层不易产生热胀冷缩的现象。施工时的气温与一年中最冷或最热时的温差越大，越易产生温缩性裂缝。

如果在夏天酷暑条件下施工，最好能选择在早晚的时间，尽可能避开中午时间进行摊铺，并要加强覆盖洒水养护，保证水稳层处于湿润状态。

冬天气温低于5时，一般不能进行水稳基层的施工。在有冰冻的地区，应在第一次重冰冻（3-5）到来之前半个月到一个月内完成。

总而言之，水泥稳定基层是路面的承重层，对路面荷载起着支承作用，如果施工中没有控制好，出现早期裂缝，以及由此引起的沥青面层反射裂缝的出现，将严重影响道路的平整度和行驶舒适性，加大了养护资金投入，对道路耐久l陛构成了威胁。因此，水泥稳定基层的质量极其重要。

4.结语

水泥稳定基层裂缝问题是目前公路建设领域一个典型性的问题也是一个长期困拢性的问题。要严格按照规范和设计要求进行施工，否则，影响路面的使用奉命，同时，给后期的养护工作带来不必要的费用。