浅析水泥稳定碎石基层开裂病害及防治措施

宋泽亚

摘 要：随着通车运营时间的增长，道路使用过程中，极易发生裂缝、水稳定性不足等情况，尤其是水泥稳定碎石基层开裂病害最为常见。为了解决这一技术难题，提高水泥稳定碎石基层施工质量，必须找出病害原因，采取科学、有效的防治措施，从而促进我国公路建设水平不断进步。

关键词：水泥稳定碎石基层;开裂病害;防治措施

中图分类号：U418.6 文献标识码：A

1 工程概况

某公路工程全长19.6 km，为双向四车道，沿线存在大型矿企，是煤炭外运的主要通道。建成通车多年，路面出现了大量病害问题，尤其裂缝问题最为严重。为此，本文选取具有代表性的路段为试验段，k4+780～k5+780，共1 000 m，由此展开裂缝病害调查与分析。

2 水泥稳定碎石基层开裂病害路况调查与分析

2.1 裂缝调查与分析

本调查路段共计1 000 m，左、右路幅裂缝调查与分析情况如下：

（1）左半幅。在所调查的1 000 m范围内，左半幅共有横向裂缝163条，最短及最长横向间距分别为0.8 m、29 m。其中贯通裂缝共82条，占横向裂缝总数量的50.3%。此外，在该范围内还出现了大量纵向裂缝，共76处，其中最长的一条达到了182 m。

（2）右半幅。在1 000 m试验段内，右半幅共计横向裂缝182条，最短及最长横向间距为1.4 m～27.6 m。其中贯通裂缝共89条，占横向裂缝总数量的48.9%。此外，本路段同样存在大量纵向裂缝，共62处，其中最长的一条达到了167 m。

由此可见，本路段路面裂缝病害较为严重，不仅贯通裂缝占比较高，还存在较为严重的纵向开裂问题。一般情况下，路基、基层沉降或结构承载力不足会引起路面纵向开裂。结合裂缝发展特点来看，初步判定裂缝产生的主要原因在于基层强度不足。

2.2 钻芯调查与分析

为了更深入地调查裂缝病害情况，针对局部裂缝采取了钻芯取样法，以便了解裂缝变化情况和发展走势。在试验段上共选取6个测点，具体情况如下：

由表1可见，本路段贯通裂缝较多，面层开裂处，基层已开裂。且在芯样内发现杂質情况，说明裂缝的产生已对路面整体性带来了极大影响。

2.3 裂缝处承载能力检测与分析

为检验裂缝处承载能力情况，本文采用了BZZ-100载重车进行试验段弯沉值的测定与分析。结果如表2所示。

由此证明，裂缝传荷能力很小，甚至是没有。由于右半幅车道重载超载车辆较多，所以弯沉值相对较高。

3 水泥稳定碎石基层开裂病害原因

通过对本路段裂缝问题的调查与分析，可以了解到水泥稳定碎石基层开裂的主要原因在于以下几点：

（1）由钻芯取样结果可见，本路段多为贯通裂缝，且面层开裂处，基层已开裂，或部分基层产生裂缝，面层较为完好。这说明很多情况下是基层先产生裂缝，在长期荷载和温缩、干缩等作用下，导致该处裂缝出现应力集中现象，形成反射裂缝。为此，必须将如何抑制和减少基层裂缝作为防治水泥稳定碎石基层开裂的重要途径。

（2）从弯沉测定情况分析，相比完好段的弯沉值，裂缝处弯沉值要高出很多，说明，裂缝处承受的路面应变相对较大。尤其是在行车荷载和温度等因素的长期作用下，裂缝将进一步发展，其长度、宽度也会发生变化，逐步发展为网裂、坑槽、龟裂等病害。为解决此类问题，必须改善裂缝处传荷能力，提高路面抗裂能力。

（3）除了上述原因，路面材料压实度达不到设计要求，雨水不断进入路面内部结构，降低基层强度，加上行车荷载长期作用，进而引发其他病害，如唧泥、松散等，导致基层支撑失效，引发大量裂缝病害。

4 水泥稳定碎石基层开裂病害防治措施

为了有效控制和减少水泥稳定碎石基层开裂问题，本文提出采用抗裂型水稳碎石基层。具体施工措施如下：

4.1 混合料配合比设计

4.1.1 含水量、干密度试验

为确定抗裂型水稳碎石基层的最佳含水率和最大干密度，本文采用振动压实成型法和重型击实成型法对不同水泥掺量的水稳混合料进行试验测定。试验结果如下：

水泥掺量3.0%：①振动成型法最佳含水率为4.3%，最大干密度为2.388 g/cm³;②重型击实法最佳含水率为4.2%，最大干密度为2.337 g/cm³。

水泥掺量3.5%：①振动成型法最佳含水率为4.5%，最大干密度为2.399 g/cm³;②重型击实法最佳含水率为4.4%，最大干密度为2.351 g/cm³。

水泥掺量4.0%：①振动成型法最佳含水率为4.6%，最大干密度为2.438 g/cm³;②重型击实法最佳含水率为4.6%，最大干密度为2.372 g/cm³。

水泥掺量4.5%：①振动成型法最佳含水率为4.9%，最大干密度为2.457 g/cm³;②重型击实法最佳含水率为5.0%，最大干密度为2.385 g/cm³。

4.1.2 强度试验

成型无侧限抗压强度测定本文分别采用了振动压实法和静压法，按照压实度（98%）进行混合料试件的制备，在规定要求下进行6d养护，浸水1d后取出，作7d无侧限抗压强度检测。所得结果如下：

水泥掺量3.0%：①水稳混合料7d静压成型强度平均值为3.1 MPa，代表值为2.7 MPa;②水稳混合料7d振动成型强度平均值为4.8 MPa，代表值为4.2 MPa。

水泥掺量3.5%：①水稳混合料7d静压成型强度平均值为4.2 MPa，代表值为3.8 MPa;②水稳混合料7d振动成型强度平均值为6.2 MPa，代表值为5.5 MPa。

水泥掺量4.0%：①水稳混合料7d静压成型强度平均值为5.1 MPa，代表值为4.6 MPa;②水稳混合料7d振动成型强度平均值为7.9 MPa，代表值为7.1 MPa。

水泥掺量4.5%：①水稳混合料7d静压成型强度平均值为5.9 MPa，代表值为5.2 MPa;②水稳混合料7d振动成型强度平均值为9.1 MPa，代表值为8.3 MPa。

按照抗裂型水泥稳定碎石基层施工标准要求，应保证静压法成型强度代表值在3 MPa以上的技术要求，结合上述检测数据，且基于经济性原则，决定选取3.5%水泥掺量的水稳混合料设计。

由此得出，抗裂型水泥稳定碎石基层水泥用量为3.5%，最大干密度为2.399 g/cm³，最佳含水率为4.5%。

4.2 施工技术要点

相比传统水稳工艺，抗裂型水稳工艺的关键在于拌合站生产配合比设计和现场压实度控制两点，通过上述试验方法已确定配合比。因此，在施工技术要点方面，必须做好压实度控制工作，根据工程实际情况，为提高碾压施工效果，本工程应采用吨位较大的单钢轮压路机，并对碾压方案进行优化调整，从而提高水稳基层抗裂性能。基层碾压施工一般分为3个阶段，初压时，采用DD110振动压路机进行1遍静压，碾压速度不宜过快，可控制在1.5 km/h～1.7 km/h之间;复压时，采用徐工220压路机进行3～5遍重振，速度可适当加快，控制在1.8 km/h～2.2 km/h;终压时，可采用XP261压路机进行1遍静压，速度缓慢，控制在1.5 km/h～1.7 km/h。终压后，保证无明显轮迹，压实度满足设计要求。

4.3 质量检测分析

为检验抗裂型水泥稳定碎石基层施工效果，选取试验段和普通水稳基层路段进行裂缝数量对比与分析。所得结果如下：

（1）抗裂型基层裂缝情况。裂缝数量共17条，裂缝平均间距为113 m。

（2）普通水稳基层裂缝情况。裂缝数量共55条，裂缝平均间距32 m。

由此可见，无论是在裂缝数量方面，还是裂缝平均间距方面，抗裂型水稳基层远远低于普通水稳基层，说明抗裂水稳基层具有显著的抗裂效果。

5 结束语

综上所述，近年来，我国道路迅猛发展，公路规模持续扩大，里程数量快速增长。随着交通量的不断增加，交通荷载越来越大，对路面承载能力提出了更高的要求。目前，我国已建公路多采用半刚性基层材料，比如，水泥稳定砂砾、二灰碎石等，此类材料强度大、刚度高，且具有良好的整体性。将其作为路面基层，可以很好地抵抗路面行车荷载疲劳破坏带来的问题。然而，在使用过程中发现，水泥稳定碎石基层极易发生开裂等病害，为有效控制和减少基层裂缝，必须找出开裂原因，采取切实可行的防治措施，全面提升工程施工質量。

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