高等级城市道路水稳碎石基层抗裂措施分析探讨

摘要：本文结合工程实例，分析阐述了高等级城市道路路面基层施工中水稳碎石基层开裂的主要原因即温度收缩、干燥收缩和硬化收缩；并结合施工实践，详细探讨了水稳碎石基层裂缝的具体控制措施，针对性提出了具体施工建议。

关键词：城市道路；水泥稳定基层；配合比设计；温度收缩；裂缝控制

1引言

现代城市道路由于交通量、轴载的增加，都对路面的主要承重层——基层提出了更高的要求。基层的使用性能、耐久性和抗裂性对整个路面的使用性能和使用寿命有十分重要的影响。水泥稳定碎石具有较高的强度，且强度形成快，水稳定性好，耐冲刷，板体性能好，在高等级公路中得到广泛的应用。

开裂是水泥稳定碎石基层容易出现和迫切需要解决的问题。水稳碎石基层的开裂经常会反射到沥青路面表层，造成沥青路面表面开裂，形成反射裂缝，这些裂缝如果不能及时处理，在雨雪冰冻等恶劣自然条件和反复车辆动载等因素作用下，很容易导致路面破坏。因此，水泥稳定碎石基层开裂是影响沥青路面路用性能，进而影响沥青路面寿命和使用品质的重要因素。在进行水泥稳定碎石混合料设计时，应当把水泥稳定碎石基层的开裂问题作为重点问题来研究。

2工程概况

某城市高等级城市市政道路线全长9．845km，路面采用两层改性沥青4cm的Superpave-13和8cm的Superpave-19，下封层采用0．5cm的SBR改性稀浆封层，基层采用2层18cm水泥稳定碎石基层。

本文针对水泥稳定碎石基层开裂原因，探索出一种抗裂型水泥稳定碎石级配设计方法，在实践中取得良好使用效果。

3水稳碎石基层开裂原因分析

水稳碎石基层的收缩裂缝可以形成缝宽达2～5mm的横向裂缝或纵横交错的网状裂缝。基层的开裂不仅破坏了基层结构的整体性而降低其强度，还可能在沥青路面面层顶部形成缝宽12～16mm的反射裂缝。水泥稳定碎石配合比设计的关键就在于采取各种措施来消除稳定类基层的裂缝，将沥青面层反射裂缝出现的概率尽可能地降低。

导致水泥稳定碎石基层产生收缩裂缝的因素很多，主要有环境温度、相对湿度等外部因素，以及材料级配组成、材料与外掺剂相互作用等内在因素，这些因素归纳起来分为温度收缩、干燥收缩和硬化收缩3大类。

随着摊铺后水泥稳定碎石基层水分的丧失，水泥水化作用的进行，若养生不及时，容易造成水稳碎石基层失水，从而产生于缩裂缝；随着气温的降低，水泥稳定碎石基层受冷收缩，易发生温缩裂缝。干缩开裂和温缩开裂是导致水泥稳定碎石基层开裂的重要原因。应针对水泥稳定碎石基层开裂原因，采取相应措施，尽可能地减少水泥稳定碎石基层的开裂。

4高等级城市道路水稳碎石基层抗裂措施

4．1水稳碎石基层硬化收缩减缓措施

4．1．1原材料要求标准

《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）中对基层集料要求较为宽松，对许多关键指标均要求较低，由于劣质石料价格便宜，这就容易误导承包商在选择水泥稳定碎石材料时选择材质较差的石料。水泥剂量是由水泥稳定碎石试件7d无侧限抗压强度标准决定的。若采用的石料性能较差势必将增加混合料中水泥的剂量，来确保7d无侧限抗压强度代表值，以满足设计要求。由于集料原材料品质较差而采用高水泥剂量，是导致水泥稳定碎石基层容易产生裂缝的重要原因。基于此考虑，在选择水泥稳定碎石原材料过程中，结合本地区石料供应情况，有针对性地提高集料标准，以降低水稳碎石水泥用量，达到提高强度、减缓开裂的目的。

水泥稳定碎石采用15～31．5mm、5～15mm、0～5mm碎石，为改善细集料特性，添加0～2．36mm机制砂。前3种集料采用本地石料厂生产的碎石及水洗砂,水泥采用普通硅酸盐缓凝水泥，标号为32．5。

对于水泥稳定粗集料，制定了高于规范的技术标准，要求在材料上岸前加强3项检测：级配检验、针片状检验和压碎值检验，级配要求±10，针片状要求不大于13％，压碎值要求不大于28％。针片状和压碎值是影响粗集料性能的最重要指标，也是影响水泥稳定混合料强度的关键指标。

水泥稳定碎石细集料中粉料的含量、含泥量是关系到水泥稳定碎石开裂率的关键指标，粉料含量高、含泥量高的混合料导致收缩应变大，容易开裂。因此细集料以石粉为主，应洁净且含泥量少。采用两种细集料掺配，分别为0～5mm碎石和0～2．36mm机制砂，要求细集料砂当量在60以上，级配容许误差±5。集料中小于0．6mm的颗粒必须进行液限和塑性指数试验，要求液限小于28％，塑性指数﹤9。

水泥稳定碎石基层施工所用水泥以普通硅酸盐水泥为宜，禁止使用快硬水泥、早强水泥、粉煤灰水泥和其它受外界影响而变质的水泥，应使用缓凝水泥。路面基层宜采用强度等级适中的水泥，水泥强度不宜过低；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。如采用散装水泥，在水泥进场入罐时，要了解其出炉天数。刚出炉的水泥，要停放7d，且安定性合格后才能使用。夏季高温作业时，散装水泥入罐温度不能高于50℃，高于这个温度，若必须使用时，应采取降温措施。

4．1．2原材料试验结果

根据施工指导意见，各项目部进行了广泛的材料采供调查，最后确定了原材料、石料各项试验检测数据分别见表l。水泥各项检测指标见表2。

表1集料技术指标检测结果

表2水泥物理性能检测

4．1．3水泥剂量的控制

水泥稳定碎石中水泥剂量是影响水稳开裂的重要原因，而通常高等级公路设计交通量都很大，在选择设计强度时一般会选择较高值，如一般高速公路水泥稳定碎石7d无侧限抗压强度设计值一般介于4．5～5．0MPa，而施工指导意见中通常对碎石材料要求不高，这就必然导致了高水泥用量，容易造成路面开裂。

在高等级道路采用了优质碎石材料，在选择设计强度时充分考虑到交通量和交通轴载较重这一特点，确定7d无侧限抗压强度不小于3．5MPa。

在混合料配合比设计中，选取了两种级配进行强度试验，分别采用水泥剂量为3．5％、4．0％、4．5％、5．0％、5．5％五种配比进行试验。试验结果见表3、表4。

表3两种级配通过率％

表4两种级配7d无侧限抗压强度对比试验

两种级配所用原材料均相同，经过比选，为满足设计强度要求并达到一定的保证率，级配B采用了5．0％的水泥剂量，级配A采用4．5％的水泥剂量，并分别铺筑了各300m的试验段进行对比。拌和、运输、摊铺、碾压、养生等各项施工工艺均相同，在施工养生满10d后进行了路况调查。由于前后时间较短，昼夜温差小，可以认为未发生温缩裂缝，路面仅发生了硬化裂缝和干缩裂缝，两种级配结果相差较大。从表3可以看出两种级配比较接近，采用级配B即水泥剂量5．0％的试验段落出现了11条微细的裂缝，其中6条贯通整个半幅路面，5条贯通半幅；而采用级配A即水泥剂量为4．5％的试验段落仅出现了1条微细的裂缝，贯通整个路幅。

从两条试验段调查情况看，水泥剂量对硬化开裂和干缩开裂影响是非常显著的，水泥剂量的增加，将导致水稳基层裂缝数量急剧的增加，但其对基层强度的增加影响并不显著，从表4可以看出，两种级配A和B，水泥剂量增加了0．5％，强度均为4．1MPa，而裂缝数量增加了11倍。