水泥稳定土类基层收缩裂缝成因分析及防治

【摘 要】水泥稳定土类基层早期出现裂缝，结合大岭南路施工实践，对基层收缩裂缝的成因机理作了分析，并提出了在施工中防治裂缝发生的有效措施。

【关键词】水泥稳定土类基层；收缩裂缝；成因分析；防治措施

引言

水泥稳定土类基层作为半刚性基层的一种是沥青路面结构的主要承重层，因其结构强度较高，荷载分部良好，水稳性可靠以及施工成本低廉，目前已成为现代高速公路、高等级道路普遍采用的路面结构形式。

水泥稳定土固有的温缩与干缩特性及水泥稳定碎石和沥青材料对温度和湿度变化的敏感性，使其在强度形成过程中以及营运期间会产生干缩裂缝和低温收缩裂缝。在路面交通荷载重复作用下，水泥稳定土类基层的干缩裂缝和收缩裂缝会扩展到沥青路面面层形成反射裂缝而具有弱点。路面裂缝不仅影响路面美观减低平整度，而且会削弱路面的整体平整度。特别是路面开裂后水分通过裂缝渗到路面基层低基层甚至土层，削弱基层土层的强度，从而加剧路面的破坏，直接影响路面的使用功能和使用寿命。这一问题已成为广大道路建设者共同关心的一个难题，从广大建设者和研究者的角度出发，目前较普遍的结论主要有：

（1） 水泥稳定土类基层容易产生收缩裂缝，其主要表现形式是在基层面出现有规则的横向裂缝。

（2） 水泥稳定土类基层过早出现收缩裂缝，容易引起沥青路面出现反射裂缝或对应裂缝。

（3）沥青面层摊铺时，基层尚未出现有规则的横向裂缝，可以延缓和减少反射裂缝的产生，但在极端气候人条件下，路面仍有可能出现横向裂缝。

（4）设计采取加厚沥青面层或设置隔层，在一定程度上可能推迟或减轻裂缝的产生，却不能彻底解决此问题。

（5）加铺后的沥青面层下优质的水泥稳定碎石基层，可以保持不先裂，只有当沥青面层开始产生收缩裂缝，才会影响或可能使基层产生自上而下的裂缝。

归纳一点，水泥稳定土类基层产生横向收缩裂缝，对铺筑后的沥青面层是十分不利的，因此，防治基层产生横向收缩裂缝，对提高沥青路面品质是十分重要的。为此，研究分析水泥稳定土类基层收缩缝的成因机理和防治措施有其积极意义。

1.施工背景及效果

1.1水文气象及地质地貌

大岭南路新建道路地处内陆，属暖温带大陆性半湿润季风气候，冬季寒冷，夏季炎热，四季分明，降水量、蒸发量、气温等气候要素的年纪、年内变化明显，多年平均气温13.8摄氏度，多年平均降水量575.1mm，年降水量分配不均，雨季集中在7、8、9三个月，平均相对湿度60%；勘察深度内未发现地下水、空洞、暗滨等不良地质作用及地下不利埋藏物。

1.2施工技术标准

（1）底基层设计厚度30cm，石灰稳定土（石灰：土=12：88）分两层铺设，每层15cm，设计强度不低于0.8MPa（7d无侧限抗压强度）。

（2）基层（水泥粉煤灰稳定碎石）设计厚度30cm，分上下两层各15cm施工，设计强度不小于2.5 MPa（7d无侧限抗压强度），设计混合料的基本特性是低强度、低水泥剂量。

（3）基层顶面采用乳化沥青封层（不计厚度），防渗及上下联结良好。

（4）沥青面层设计总厚度12cm，其中厚密集配沥青混合料4cm（AC-13C）， 厚密集配沥青混合料8cm（AC-20C）；采用了较厚的沥青面层和高性能沥青混凝土。

1.3基层实体质量描述

施工过程中未发现有规则的横向收缩裂缝，包括两个越冬路段也未发现明显裂缝。基层的钻件完整，强度较好，一般在5～7d左右即可取出芯样。室内无侧限抗压强度单个样本强度在3.0 MPa以上。

2.基层裂缝成因机理分析

水泥稳定土类基层收缩裂缝发育程度，一是基于基层的温缩与干缩固有特性；二是基于施工方案与工艺水准；三是基于施工外部环境（低温、温差、暴晒、蒸发）等自然力作用。

2.1水泥稳定粒料土干缩特性及影响因素

水泥和各种粒料土加水拌合与压实后，由于水分蒸发和混合料内部发生水化作用，其含水量会不断减少，在不断失水的过程中，基层内部产生干缩应力，产生体积收缩应变，由于道路横向约束较小，体积收缩应变主要以产生横向收缩裂缝为主。干缩特性一般以干缩洗漱的大小来描述。经研究与试验分析，影响水泥稳定粒料土的干缩性主要与粒料土的含量和塑性指数、水泥剂量、制件含水量和失水率等因素有关，对比试验表明：

（1）水泥剂量不变时，水泥粒料土的干缩应变小于水泥土的干缩应变，水泥粒料土的干缩应变随土含量增大而增大。

（2）粒料土的塑性指数对水泥混合料的干缩应变的影响是正比关系，及塑性愈大，干缩应变也愈大。

（3）制件含水量对水泥稳定粒料土的干缩应变明显，含水量增加，干缩应变也增加。

（4）失水率愈大，基层内部产生收缩应力愈早，失水量愈大，混合料的收缩系数愈大。

（5）干缩应变随集料级配和水泥剂量有很大变化，一般集料平均粒径增大，水泥剂量对干缩应变的影响减少。集料平均粒径在5.7mm以上时，水泥剂量对干缩应变的影响很小；集料平均粒径在1.2～3.3mm时，水灰比对干缩应变的影响特别明显。

（6）龄期相同时骨架密实的水稳结构的干缩系数明显小于悬浮结构。

2.2水泥稳定粒料土温度收缩特性及影响因素

组成水泥稳定粒料土的集料、水和空隙中的气体在降温过程中相互作用，使压实后的混合料产生体积收缩，即温度收缩。就组成骨架的矿物颗粒而言，原材料中砂粒以上的颗粒温度收缩系数较小，粉粒以下的颗粒温缩性较大，粘土及其它胶体颗粒温缩性大小与扩散层厚度成正比。

影响材料的温缩性质的主要因素有：含水量、集料和土含量、土的矿物成分、环境温度和龄期等。

通过近年来笔者施工过的不同道路水泥稳定基层原材料的分析，在环境因素相同的情况下，可以得出几点结论：

（1）水泥稳定集料的收缩特性优于其它半刚性材料。

（2）材料组成是关键，要选择合适的原材料，严格控制混合料中的土含量，含土量大，塑性指数高，材料抗收缩特性差。骨架嵌挤密实结构能提高结构强度，也能提高抗收缩能力。

（3）控制好混合料的最佳含水量，既能得到良好的压实度，获取最大的压实干密度，还能有效降低混合料的收缩性。

（4）控制好水泥剂量，在满足设计强度要求的情况下尽可能采用较低的水泥剂量，能减少混合料的收缩性。

3.施工中防治水泥稳定基层产生收缩裂缝的措施

实践证明，施工质量的好坏，直接影响基层的质量。避免和减少基层过早地产生横向收缩裂缝，有以下几方面防治措施：

（1）选择好原材料，使其符合施工技术规范中各项质量指标。水泥稳定土类基层宜采用缓凝型强度等级较低的水泥；水泥各龄期强度、安定性等应达到相应指标要求；要求水泥初凝时间3h以上，终凝时间不小于6h。集料碎石压碎值不大于28%，粗集料针片状含量不大于15%，集料中小于0.6mm颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限小于28%，塑性指数小于9。

（2）认真做好混合料的组成设计和生产配合比验证，按重型标准击实试验求的可靠的标准密度。生产过程中按规定检查频率检验混合料各项质量指标，在满足设计强度要求的情况下尽可能降低的水泥用量，以最佳含水量掌握好施工含水量，施工含水量一般不宜超过最佳含水量的1%。

（3）采用拌和楼集中拌和，投料应有符合要求的自动计量装置，减少混合料的离散性，拌和的混合料要均匀一致，具有良好的和易性。

（4）尽量采用大型摊铺机摊铺混合料，按设计标高控制好摊铺厚度及平整度，保证压实后的基层结构厚度一致，平整度良好。

（5）在规定时间内一次压实成型，必须控制在水泥的初凝时间内，一般不超过3h。

（6）通过试铺，确定压路机的类型（宜用大吨位压路机）、碾压组合方式和压实工艺，接缝和边角部位要加压，尽可能提高压实密度。

（7）压实成型后有条件的及时用透水土工布覆盖，充分洒水保湿养生，防止基层在终凝前失水影响强度。

（8）早期强度形成后经检验合格，宜立即施工下封层和面层，以防暴露时间过长而失水，这对减少路面各结构层的施工污染、提高层间结合力、防止基层出现早期干缩裂缝十分有效。

（9）掌握好施工季节，地表温度低于2～3摄氏度时尽量不施工，严防霜冻。夏天高温强度形成较快，表面蒸发和水化作用吸水量均较大，摊铺前应对下层洒水湿润，摊铺压实施工要连续、紧凑，压实后要及时覆盖、洒水养生要充分。

（10）未经封层严禁在基层上通车施工。

4.结语

通过采取良好的混合料组成设计、规范的施工工艺、严格的过程质量控制等措施，降低水泥稳定基层的收缩系数，提高水泥稳定基层的质量是完全可能的。优化施工工艺，提供优质的基层，及时覆盖，是避免水泥稳定基层过早出现收缩裂缝的一项切实可行的有效措施。

参考文献：

[1] CJJ 1―2008.城镇道路工程施工与质量验收规范

[2]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面.北京：人民交通出版社，1997

[3]大岭南路道路工程设计文件.2010

作者简介：

胡俊波（1970-），男，河南偃师人，工程师，从事市政工程施工工作。