抗裂型水稳基层配合比设计及施工技术应用探讨

周渭华

（江苏中基工程技术研究有限公司，江苏 南通 226003）

0 引言

水稳基层作为路面结构的承重层，担负着承上启下的作用，但水稳极易产生裂缝，不仅降低了路面的整体强度，同时还会形成反射裂缝，进而对路面结构层的使用质量产生影响。通过对裂缝形成机理的分析并以此为基点，对配合比设计中的原材料，级配优化进行有效调整，同时对施工过程中的质量控制重点进行了简要论述，在此过程中将极大减少水稳基层中裂缝的产生。

1 水稳碎石基层结构裂缝形成机理及成因分析

1.1 裂缝形成机理概述

水稳基层裂缝普遍分为两大类型：荷载型裂缝、非荷载型裂缝，现就裂缝形成的机理进行论述分析。

（1）荷载型裂缝的成因分析。荷载型裂缝的主要特点在于，由于外部受力情况和承载面积通常是不固定的，因此裂缝的形态特征和扩散范围大小也没有统一的规格。部分荷载型裂缝会表现为纵向或横向的结构断裂或宽缝隙现象，同时还有一些会表现为局部的密集裂缝和宽度较小的龟裂现象。

（2）非荷载型裂缝的成因分析。非荷载型裂缝大多受到自然环境和气候变化的影响而产生，可将非荷载型裂缝进一步划分为干缩裂缝和温缩裂缝两种常见类型。干缩裂缝的产生大多源自环境温度升高或阳光的长时间照射，导致部分水稳基层结构内部的含水量在短时间内大幅度降低。而在含水量降低的同时水泥材料分子间所发生的吸附作用和毛细管作用，在宏观层面上便会表现为局部结构之间发生异向剧烈收缩，最终便会发展为严重的裂缝和大尺度的结构断裂现象；而温缩裂缝的产生原因则相对较为单一，其主导因素便在于环境的温度变化引发的水泥材料内部出现热胀冷缩现象，而当水稳基层结构的表面收缩程度超过了其抗拉强度所能承受的极限范围，那么便会产生断面结构不均匀和不规则的非等间距结构断裂现象[1]。

2 抗裂型水稳碎石基层配合比设计研究

本文以某高速公路工程项目为例，通过对该项目中水稳碎石基层结构施工的真实数据进行分析和比对，从而进一步深入探究材料配合比设计方案，对于水稳碎石基层结构的抗裂性能以及综合质量所产生的不同程度的影响效果。其中本工程中水稳碎石基层的厚度为36cm，沥青下面层和中面层厚度为8cm，沥青上面层厚度为4cm，水泥碎石稳定基层结构的无侧限抗压强度应控制在4.5MPa以上[2]。

2.1 水稳基层原材料性能研究

高速公路水稳基层结构的原材料中，最主要的部分便是水泥材料，水泥在混合料中对于强度的贡献较为突出，也显得较为重要。综合兼顾统筹考虑现场实际施工情况，水稳混合料即拌和、运输、摊铺、碾压一般情况需要3-4小时施工完成，所以在选择水泥初凝时间上应该要综合考虑，一般混合料的延迟实际应控制在4小时较为稳妥，本项目采用P.0 42.5（缓凝型），在选择水泥厂家时应优先考虑生产量较大、信誉较高的大厂生产的旋窖水泥，水泥胶砂强度检测数据如表1所示。

表1 水泥胶砂强度检测数据

遵照规范及设计图纸要求，粗集料的最大粒径一般控制在≤31.5mm，如果粗集料粒径过大，现场施工时则极容易发生离析现象，同时会影响拌合楼的生产和摊铺机性能及施工质量。原材料的各项数据指标应满足图纸设计及《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20- 2015）中的要求。细集料控制中值得关注的是石屑的0.075mm通过率的控制，应合理控制在15%以内，同时石屑中小于0.6mm的颗粒必须检测液塑限，要求液限＜28%，塑性指数＜9，建议结合砂当量试验进行双控（砂当量控制宜为50%左右）。当含黏土或0.075mm以下杂质含量偏多时，会直接导致水稳基层干缩应变系数偏大，产生裂缝的几率偏大，另外也会导致强度的降低。

原材料堆放场地为了避免到场材料二次污染应集中硬化场地，同时由于雨天会造成石屑遇水出现团、黏结等现象，使其在拌合楼下料过程中出现堵塞，影响配合比数据，要求对原材料存放的地点进行搭棚、垫高、覆盖等措施进行保护。

2.2 配合比设计方案的优化

在原材料相关检测数据满足规范及设计要求的前提下，对本工程水稳混合料配合比进行设计优化，同时借助试算法进行计算，并根据设计经验调整各级矿料间的比例。在矿料比例设计中对照正“S”形调节级配曲线进行优化调整，必须严格控制26.5mm、4.75mm、0.075mm筛孔的通过率，26.5mm筛孔的控制应为上限，可以减少现场施工的离析。4.75mm筛孔应控制在中值范围左右，4.75mm筛孔作为抗裂型水稳级配成败的关键来控制，因为在水稳混合料级配中，4.75mm以上的粗骨料是形成石-石嵌挤结构的重要部分。4.75mm通过率与矿料间隙率有着较为密切的关联，随着4.75mm通过率的增大，矿料间隙率将逐步趋于常数，只有当4.75mm通过率小于30%，矿料间隙率才开始增加。0.075mm筛孔的通过率越大，粉料含量即偏多，对裂缝产生的几率也就越大，并且对混合料的耐久性也有很大的影响，所以0.075mm通过率应控制在2.5%左右较为合适。水稳级配的好坏，直接关系着裂缝出现几率的多少，只要控制好这三个关键性筛孔，混合料将形成有效的骨架嵌挤结构，裂缝出现的几率将会大大减少[3]。本工程中所使用的细集料及合成级配数据见如表2和表3所示。

表2 细集料检测数据

表3 合成级配结果

通过击实试验获得混合料最佳含水率和最大干密度，其结果分别为5.2%和2.39g/cm³，即混合料各项指标接近于经验值，均满足施工质量控制要求。

3 抗裂型水稳碎石基层施工技术应用及质量控制

3.1 加强混合料拌和质量控制

保持良好的水稳混合料的拌和质量，是进行科学合理的水稳基层施工配合比设计方案制定的重要基础。在拌和混合料时应选择具有合适功率和工艺参数要求的拌和设备。水稳混合料实际生产前应安排检测人员对原材料的含水率，集料的级配情况进行及时检测，并下达生产配合比通知单，并且要根据当天的气候情况、早中晚温差变化适时调整用水量。磅房设专人填写出料单，明确每车料的出厂时间，目的在于严格控制水稳混合料的“延迟时间”，出料单作为前场收料摊铺的依据，一旦水稳混合料的延迟时间超过设定的时间范围，一律当废料处理[4]。

3.2 水泥混合料的运输、摊铺及碾压技术管理

在混合材料的运输过程中由于管理不科学，很容易造成混合料水分大量流失、综合性能明显降低等问题，施工单位应采用专业的运输设备并采取相应的覆盖措施减少混合料的水分流失，进而保障混合料运输过程的性能稳定。运输车辆到场后专人收取出料单查看出厂时间，混合料的“延迟时间”在设定范围之内的正常使用，超过“延迟时间”的混合料应废弃，不允摊铺。

两台摊铺机应匀速协调施工，即摊铺速度、摊铺厚度、振动频率、松铺厚度保持协调一致。合理控制摊铺速度，禁止出现“车机互等”的现象；既不能因为摊铺机等运输车而影响铺好断面的压实，也不能让运输车长时间的等待摊铺，进而增加延迟时间，前后场应及时沟通、步调一致。同时现场对局部产生的“蜂窝”及时处理。

碾压应在水泥终凝前完成，并满足压实度要求，同时现场没有明显的轮迹印。为保证水稳基层边缘强度，现场施工宽度应有超宽。对于当天临近收工结束时的质量控制，应加强现场管理人员的责任心。

4 结语

综上所述，抗裂型水稳基层施工技术在高速公路建设工程中的应用，可以有效改善传统基层施工过程中裂缝出现的几率。因此，施工单位及检测人员要重点把握抗裂水稳碎石基层的配合比设计优化，并通过加强材料管理和施工技术管理来有效提高我国公路建设的整体质量。