水泥稳定碎石基层裂缝成因与防治

[摘要]水泥稳定碎石基层是当前高等级道路施工的基层，由于其强度高、承载能力好以及抗疲劳性能较好和抗冲刷性能较好等优势，在道路建设和改良过程中得到了有效的应用，但其容易受到温度以及湿度变化的影响产生裂缝，致使路面强度降低，路面使用寿命下降，以水泥稳定碎石的特点分析为基础，对裂缝产生的原因以及裂缝的类型和形成原因进行分析，并最终提出了针对性的解决措施和方案，为类似水泥稳定碎石基层裂缝的防治提供了可供参考的经验。

[关键字]水泥稳定碎石；基层；裂缝；成因；防治

当前，我国高等级道路多数以水泥稳定碎石为基层，由于其力学性能以及板体性较强，初期强度较高，同时随着龄期的增加其强度也随之增加，由于水泥稳定碎石的强度较高、承载能力好以及抗疲劳性能好和抗冲刷性能较佳等优势，在我国高等级道路沥青路面得到了广泛的应用，但水泥稳定碎石的脆性较大，致使其对温度和湿度的变化较为敏感，容易由于温度以及湿度的变化而产生裂缝，并将裂缝反映到道路表面，导致道路路面的强度降低，是道路路面工程无法忽视的病害。

1.裂缝的产生原因

水泥稳定碎石基层裂缝的形成主要有非荷载性裂缝以及荷载型裂缝两种形式，不同类型的裂缝形成原因也有所不同。非荷载型裂缝主要由于环境的作用和结果，包括温度和湿度的影响，由于干缩以及温缩和疲劳而形成的裂缝。而荷载型裂缝则主要由于汽车的动态荷载所形成的垂直方向上或者水平方向上的应力，致使在基层内部产生超过基层抗拉极限应力的拉应力所导致的，同时，地基的不均匀沉降也将造成路面裂缝。

2.裂缝的类型

2.1温缩性裂缝

由于施工材料性能不同而导致的胀缩特性差异，碎石原材料的矿物，其成分主要为SiO2、AI203，其热胀冷缩系数为810-6／℃，而水泥稳定碎石所形成的新胶结物质的成本主要为C-S-H凝胶体，其热胀冷缩系数为10-2010-6／℃。由于二者之间的热胀冷缩系数并不相同，致使这二者所构成的固相符合稳定材料矿物的热胀冷缩性能也有所不同，其在温度变化时所表现出来的认账冷缩数值是不同的；在混合料内部空隙以及胶体中存在的自由水、结构水、毛细水以及结晶水，由于水的热胀冷缩系数为7010-6／℃，由此当温度升高时，将产生较大的扩张力，使颗粒之间的距离增加而产生膨胀力；混合料中的毛细孔以及内部空隙中还充盈着气体，夏季水稳层的内部结构气体受到温度升高的影响而导致充分膨胀，致使结构内的颗粒充满了扩张力。在冬季气温较低时，原本膨胀的气体体积收缩，致使颗粒内部的结构应力减小，形成了收缩力，体积有所减小。而当混合料的扩张力达到临界点时，水稳层将形成起拱，而当收缩力超过了结构的拉应力时，又将产生横向上的裂缝。

2.2干缩性裂缝

干缩性裂缝有两种状况，一种是水泥稳定碎石压实成型到养护时期所产生的干缩，另一种是养护期完成到沥青封层或者透层、摊铺沥青混凝土路面时期所产生的干缩。虽然两种裂缝所形成的原理是一致的，但其对于道路路面所造成的损害是不同的。

水泥稳定碎石从压实成型到正常养护器件，由于混合料自身水分以及养护洒水水分的蒸发以及混合料内部的水花作用所形成了毛细管的作用，引发了分子间的吸附作用和碳化吸收作用等，导致了基层混合料体积由于收缩而有着减小的趋势，由此容易出现拉裂的现象。若是在基层压实成型到养护期间天气正常，且气温维持较稳定的状态，致使混合料从最佳含水量到较为干燥的过程可称为一次性干缩，这种干缩所造成的裂缝较小。

2.3荷载性裂缝

荷载性裂缝主要有沉降裂缝和局部网状裂缝两种形式。沉降裂缝表现在水泥稳定碎石基层所产生的纵向裂缝，一般由于局部土基层以及底部基层压实达不到标准的要求，导致路基的不均匀沉降引发的，容易在重车和荷载作用下形成反射裂缝，该种类型的裂缝在某些时候呈现弧状分布，并且其裂缝表面具有一定的高度差异。此外，填挖交接地段以及桥涵踏板处也呈现横向沉陷裂缝；局部网状裂缝也可称为龟裂，是由于局部地区沉降过大，从而在外力的作用下形成的结构性破坏而形成的裂缝，局部网状裂缝对道路的破坏性较大，若是遇到降水天气，那么雨水将随着裂缝下身，与外力共同作用引发路基翻浆。

3.裂缝的形成过程

半刚性的基层往往不是由于交通荷载才形成的裂缝。水泥稳定碎石基层受到水分和温度变化的影响，容易产生裂纹，在开始使用前就已经具有大量的微细裂纹以及孔洞。由此，半刚性基层裂缝实际上本身就带有细微的裂缝状况而后再在外力的交通荷载作用下形成的，基层的干缩和温缩是内部原因。

而反射裂缝的形成主要由于基层底部拉应力超过了沥青混凝土极限所导致的。在基层开裂之后，由于基层失去了抵抗应力的作用，由此将基层的开裂传递给了路面，导致道路路面的在裂缝处的应力集中，若是加上偏荷载主拉应力的作用，其应力值将超过极限强度，从而导致面层开裂。反射裂缝的形成主要由于偏荷载作用的主拉应力。由此可了解到，反射裂缝的形成主要是由于基层开裂后的水平以及垂直方向上的位移所导致的。

4.基层裂缝的预防和防治

4.1严格控制混合料级配

道路基层碎石的使用量较大，由此在实际施工中要使用到几个料场，并且同一个料场的不同料场质量并不稳定，在几档材料混合完成后，生产的配合比将经常变化，容易超过施工中所需要的级配上限或者下限。由此水泥稳定碎石基层的级配对水泥稳定基层的干缩特性造成了直接的影响，而良好的混合料级配还将有效减少水泥稳定碎石裂缝的形成。

4.2控制混合料的含水量

混合料的拌合现场，应在每天通过专职人员按照实际的规范对各种集料的含水量进行测定，而后根据实际施工的配比设计出符合施工实际的最佳含水量标准，在制定的过程中应综合考虑到施工现场的温度、湿度、材料的运输距离等状况，由此确定混合料拌合过程中的实际用水量。而负责测量压实度的专职人员，要在混合料摊铺整型过程中及时测定混合料的含水量，指挥压路机进行碾压，从而保证在最佳含水量的状况下进行碾压。并且由于含水量偏小，混合料的凝固性不佳，不容易碾压成型，并将对混合料的密度和强度都造成影响，若是混合料的含水量较大，混合料的密实度降低，则容易产生干缩裂缝。

4.3控制水泥剂量

水泥的剂量也将对基层裂缝的形成造成影响。水泥剂量偏低，那么水泥稳定碎石的强度也将降低，对道路工程项目的质量造成影响，而水泥剂量偏高，水泥稳定碎石强度过大，将导致基层形成较多裂缝，从而致使沥青表面层形成反射裂缝，由此要在工程项目施工规范的基础之上，尽可能减少水泥的计量，保证道路工程项目的质量。