摘要：本文結(jié)合工程實(shí)例，分析闡述了高等級(jí)城市道路路面基層施工中水穩(wěn)碎石基層開(kāi)裂的主要原因即溫度收縮、干燥收縮和硬化收縮；并結(jié)合施工實(shí)踐，詳細(xì)探討了水穩(wěn)碎石基層裂縫的具體控制措施，針對(duì)性提出了具體施工建議。
　　關(guān)鍵詞：城市道路；水泥穩(wěn)定基層；配合比設(shè)計(jì)；溫度收縮；裂縫控制
　　1引言
　　現(xiàn)代城市道路由于交通量、軸載的增加，都對(duì)路面的主要承重層——基層提出了更高的要求。基層的使用性能、耐久性和抗裂性對(duì)整個(gè)路面的使用性能和使用壽命有十分重要的影響。水泥穩(wěn)定碎石具有較高的強(qiáng)度，且強(qiáng)度形成快，水穩(wěn)定性好，耐沖刷，板體性能好，在高等級(jí)公路中得到廣泛的應(yīng)用。
　　開(kāi)裂是水泥穩(wěn)定碎石基層容易出現(xiàn)和迫切需要解決的問(wèn)題。水穩(wěn)碎石基層的開(kāi)裂經(jīng)常會(huì)反射到瀝青路面表層，造成瀝青路面表面開(kāi)裂，形成反射裂縫，這些裂縫如果不能及時(shí)處理，在雨雪冰凍等惡劣自然條件和反復(fù)車輛動(dòng)載等因素作用下，很容易導(dǎo)致路面破壞。因此，水泥穩(wěn)定碎石基層開(kāi)裂是影響瀝青路面路用性能，進(jìn)而影響瀝青路面壽命和使用品質(zhì)的重要因素。在進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)把水泥穩(wěn)定碎石基層的開(kāi)裂問(wèn)題作為重點(diǎn)問(wèn)題來(lái)研究。
　　2工程概況
　　某城市高等級(jí)城市市政道路線全長(zhǎng)9．845km，路面采用兩層改性瀝青4cm的Superpave-13和8cm的Superpave-19，下封層采用0．5cm的SBR改性稀漿封層，基層采用2層18cm水泥穩(wěn)定碎石基層。
　　本文針對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層開(kāi)裂原因，探索出一種抗裂型水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配設(shè)計(jì)方法，在實(shí)踐中取得良好使用效果。
　　3水穩(wěn)碎石基層開(kāi)裂原因分析
　　水穩(wěn)碎石基層的收縮裂縫可以形成縫寬達(dá)2～5mm的橫向裂縫或縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)狀裂縫。基層的開(kāi)裂不僅破壞了基層結(jié)構(gòu)的整體性而降低其強(qiáng)度，還可能在瀝青路面面層頂部形成縫寬12～16mm的反射裂縫。水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就在于采取各種措施來(lái)消除穩(wěn)定類基層的裂縫，將瀝青面層反射裂縫出現(xiàn)的概率盡可能地降低。
　　導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生收縮裂縫的因素很多，主要有環(huán)境溫度、相對(duì)濕度等外部因素，以及材料級(jí)配組成、材料與外摻劑相互作用等內(nèi)在因素，這些因素歸納起來(lái)分為溫度收縮、干燥收縮和硬化收縮3大類。
　　隨著攤鋪后水泥穩(wěn)定碎石基層水分的喪失，水泥水化作用的進(jìn)行，若養(yǎng)生不及時(shí)，容易造成水穩(wěn)碎石基層失水，從而產(chǎn)生于縮裂縫；隨著氣溫的降低，水泥穩(wěn)定碎石基層受冷收縮，易發(fā)生溫縮裂縫。干縮開(kāi)裂和溫縮開(kāi)裂是導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石基層開(kāi)裂的重要原因。應(yīng)針對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層開(kāi)裂原因，采取相應(yīng)措施，盡可能地減少水泥穩(wěn)定碎石基層的開(kāi)裂。
　　4高等級(jí)城市道路水穩(wěn)碎石基層抗裂措施
　　4．1水穩(wěn)碎石基層硬化收縮減緩措施
　　4．1．1原材料要求標(biāo)準(zhǔn)
　　《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）中對(duì)基層集料要求較為寬松，對(duì)許多關(guān)鍵指標(biāo)均要求較低，由于劣質(zhì)石料價(jià)格便宜，這就容易誤導(dǎo)承包商在選擇水泥穩(wěn)定碎石材料時(shí)選擇材質(zhì)較差的石料。水泥劑量是由水泥穩(wěn)定碎石試件7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)決定的。若采用的石料性能較差勢(shì)必將增加混合料中水泥的劑量，來(lái)確保7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值，以滿足設(shè)計(jì)要求。由于集料原材料品質(zhì)較差而采用高水泥劑量，是導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石基層容易產(chǎn)生裂縫的重要原因�；�于此考慮，在選擇水泥穩(wěn)定碎石原材料過(guò)程中，結(jié)合本地區(qū)石料供應(yīng)情況，有針對(duì)性地提高集料標(biāo)準(zhǔn)，以降低水穩(wěn)碎石水泥用量，達(dá)到提高強(qiáng)度、減緩開(kāi)裂的目的。
　　水泥穩(wěn)定碎石采用15～31．5mm、5～15mm、0～5mm碎石，為改善細(xì)集料特性，添加0～2．36mm機(jī)制砂。前3種集料采用本地石料廠生產(chǎn)的碎石及水洗砂,水泥采用普通硅酸鹽緩凝水泥，標(biāo)號(hào)為32．5。
　　對(duì)于水泥穩(wěn)定粗集料，制定了高于規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要求在材料上岸前加強(qiáng)3項(xiàng)檢測(cè)：級(jí)配檢驗(yàn)、針片狀檢驗(yàn)和壓碎值檢驗(yàn)，級(jí)配要求±10，針片狀要求不大于13％，壓碎值要求不大于28％。針片狀和壓碎值是影響粗集料性能的最重要指標(biāo)，也是影響水泥穩(wěn)定混合料強(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)。
　　水泥穩(wěn)定碎石細(xì)集料中粉料的含量、含泥量是關(guān)系到水泥穩(wěn)定碎石開(kāi)裂率的關(guān)鍵指標(biāo)，粉料含量高、含泥量高的混合料導(dǎo)致收縮應(yīng)變大，容易開(kāi)裂。因此細(xì)集料以石粉為主，應(yīng)潔凈且含泥量少。采用兩種細(xì)集料摻配，分別為0～5mm碎石和0～2．36mm機(jī)制砂，要求細(xì)集料砂當(dāng)量在60以上，級(jí)配容許誤差±5。集料中小于0．6mm的顆粒必須進(jìn)行液限和塑性指數(shù)試驗(yàn)，要求液限小于28％，塑性指數(shù)﹤9。
　　水泥穩(wěn)定碎石基層施工所用水泥以普通硅酸鹽水泥為宜，禁止使用快硬水泥、早強(qiáng)水泥、粉煤灰水泥和其它受外界影響而變質(zhì)的水泥，應(yīng)使用緩凝水泥。路面基層宜采用強(qiáng)度等級(jí)適中的水泥，水泥強(qiáng)度不宜過(guò)低；水泥各齡期強(qiáng)度、安定性等應(yīng)達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)要求；要求水泥初凝時(shí)間3h以上，終凝時(shí)間不小于6h。如采用散裝水泥，在水泥進(jìn)場(chǎng)入罐時(shí)，要了解其出爐天數(shù)。剛出爐的水泥，要停放7d，且安定性合格后才能使用。夏季高溫作業(yè)時(shí)，散裝水泥入罐溫度不能高于50℃，高于這個(gè)溫度，若必須使用時(shí)，應(yīng)采取降溫措施。
　　4．1．2原材料試驗(yàn)結(jié)果
　　根據(jù)施工指導(dǎo)意見(jiàn)，各項(xiàng)目部進(jìn)行了廣泛的材料采供調(diào)查，最后確定了原材料、石料各項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表l。水泥各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表2。
　　表1集料技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果
　　技術(shù)指標(biāo) 針片狀/% 壓碎值/% ﹤0.6mm塑性指數(shù)
　　技術(shù)要求 ≤13 ≤28 ﹤9
　　15~31.5mm碎石 11.1 20.5 
　　5~15mm碎石 12.1  
　　 12.3  
　　0~5mm石屑   3.9
　　0~2.36mm機(jī)制砂   3.9
　　表2水泥物理性能檢測(cè)
　　技術(shù)指標(biāo) 細(xì)度/% 凝結(jié)時(shí)間/min 安定性 3d抗壓強(qiáng)度/MPa 3d抗折強(qiáng)度/MPa
　　  初凝 終凝   
　　技術(shù)要求 ≤10 ≥180 ≥360 合格 ≥11.0 ≥2.5
　　檢測(cè)結(jié)果 4.1 332 387 合格 20.6 4.1
　　4．1．3水泥劑量的控制
　　水泥穩(wěn)定碎石中水泥劑量是影響水穩(wěn)開(kāi)裂的重要原因，而通常高等級(jí)公路設(shè)計(jì)交通量都很大，在選擇設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)一般會(huì)選擇較高值，如一般高速公路水泥穩(wěn)定碎石7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值一般介于4．5～5．0MPa，而施工指導(dǎo)意見(jiàn)中通常對(duì)碎石材料要求不高，這就必然導(dǎo)致了高水泥用量，容易造成路面開(kāi)裂。
　　在高等級(jí)道路采用了優(yōu)質(zhì)碎石材料，在選擇設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)充分考慮到交通量和交通軸載較重這一特點(diǎn)，確定7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于3．5MPa。
　　在混合料配合比設(shè)計(jì)中，選取了兩種級(jí)配進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，分別采用水泥劑量為3．5％、4．0％、4．5％、5．0％、5．5％五種配比進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3、表4。
　　表3兩種級(jí)配通過(guò)率％
　　級(jí)配 通過(guò)下列篩孔（mm）的百分率
　　 31.5 26.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075
　　級(jí)配A 100.0 92.7 78.3 50.4 32.3 19.7 8.7 0.7
　　級(jí)配B 100.0 97.4 75.5 53.2 35.8 22.0 8.7 1.7
　　表4兩種級(jí)配7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)
　　水泥劑量/% 最大干密度/（g•cm-1） 最佳含水量/% 7d無(wú)側(cè)限強(qiáng)度/MPa
　　 級(jí)配A 級(jí)配B 級(jí)配A 級(jí)配B 級(jí)配A 級(jí)配B
　　3.5 2.26 3.32 5.3 4.9 3.1 2.6
　　4.0 2.27 2.33 5.5 5.1 3.5 3.3
　　4.5 2.28 2.34 5.6 5.2 4.1 3.9
　　5.0 2.28 2.34 5.7 5.3 4.4 4.1
　　5.5 2.29 2.35 5.9 5.5 4.8 4.5
　　兩種級(jí)配所用原材料均相同，經(jīng)過(guò)比選，為滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求并達(dá)到一定的保證率，級(jí)配B采用了5．0％的水泥劑量，級(jí)配A采用4．5％的水泥劑量，并分別鋪筑了各300m的試驗(yàn)段進(jìn)行對(duì)比。拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等各項(xiàng)施工工藝均相同，在施工養(yǎng)生滿10d后進(jìn)行了路況調(diào)查。由于前后時(shí)間較短，晝夜溫差小，可以認(rèn)為未發(fā)生溫縮裂縫，路面僅發(fā)生了硬化裂縫和干縮裂縫，兩種級(jí)配結(jié)果相差較大。從表3可以看出兩種級(jí)配比較接近，采用級(jí)配B即水泥劑量5．0％的試驗(yàn)段落出現(xiàn)了11條微細(xì)的裂縫，其中6條貫通整個(gè)半幅路面，5條貫通半幅；而采用級(jí)配A即水泥劑量為4．5％的試驗(yàn)段落僅出現(xiàn)了1條微細(xì)的裂縫，貫通整個(gè)路幅。
　　從兩條試驗(yàn)段調(diào)查情況看，水泥劑量對(duì)硬化開(kāi)裂和干縮開(kāi)裂影響是非常顯著的，水泥劑量的增加，將導(dǎo)致水穩(wěn)基層裂縫數(shù)量急劇的增加，但其對(duì)基層強(qiáng)度的增加影響并不顯著，從表4可以看出，兩種級(jí)配A和B，水泥劑量增加了0．5％，強(qiáng)度均為4．1MPa，而裂縫數(shù)量增加了11倍。
　　4．1．4水穩(wěn)混合料級(jí)配控制
　　《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）中對(duì)半剛性基層級(jí)配要求較寬，級(jí)配偏細(xì)，細(xì)集料偏多容易導(dǎo)致開(kāi)裂的發(fā)生。
　　本城市道路采用了較粗的級(jí)配形式，通過(guò)K法計(jì)算出集料級(jí)配范圍，通過(guò)率范圍見(jiàn)表5。
　　表5水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配范圍％
　　級(jí)配 通過(guò)下列篩孔（mm）的百分率
　　 31.5 26.5 19.0 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075
　　規(guī)范 100 90~100 72~89 47~67 29~49 17~35 8~22 0~7
　　本道路 100 90~100 72~84 45~57 29~41 18~29 7~16 0~6
　　4．1．5水泥穩(wěn)定混合料含水量控制
　　水泥穩(wěn)定碎石施工中，為了防止強(qiáng)度形成過(guò)程中水泥水化缺水，施工中控制用水量高于最佳含水量1％～2％左右，但不宜過(guò)高，以防止碾壓過(guò)程中形成輪轍影響路面平整度。
　　4．2水穩(wěn)基層干燥收縮減緩措施
　　水穩(wěn)碎石強(qiáng)度形成過(guò)程中需要大量水分，若養(yǎng)生不充分、灑水不及時(shí)，很容易發(fā)生干縮裂縫。
　　在本城市市政道路公路采用表面覆蓋養(yǎng)生方法，在水穩(wěn)基層表面覆蓋土工布或麻袋片。在初期灑水養(yǎng)生非常重要，在施工后的7d內(nèi)，必須不停地灑水，保持基層表面始終潮濕，這段時(shí)間干縮裂縫最容易出現(xiàn)，在養(yǎng)生7d后，可以將表面覆蓋物清除，此時(shí)早期強(qiáng)度已基本形成，但應(yīng)該繼續(xù)灑水，直到28d。
　　存在一種觀點(diǎn)，認(rèn)為水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生干縮裂縫的主要起因是施工含水量偏高，必須嚴(yán)格控制施工含水量不能過(guò)高于最佳含水量，否則容易發(fā)生干縮裂縫。但是，在下基層施工中發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，在K5+100～K5+300右幅施工過(guò)程中，由于之前雨水較多，材料普遍含水量偏高，因此該段施工含水量偏大，碾壓過(guò)程產(chǎn)生嚴(yán)重車轍，輪跡明顯。由于其它各項(xiàng)指標(biāo)均較好，對(duì)其進(jìn)行返工，加強(qiáng)了養(yǎng)生。2007年初基層開(kāi)裂調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該段前后1km，未發(fā)現(xiàn)一條裂縫，甚至微細(xì)開(kāi)裂也未出現(xiàn)。由此可知，施工含水量對(duì)施工中平整度、輪轍影響較為顯著，含水量偏大將嚴(yán)重影響路面平整度，而與路面開(kāi)裂并沒(méi)有直接關(guān)系，要防止水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生干縮開(kāi)裂，應(yīng)加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)灑水保濕，并應(yīng)持續(xù)到強(qiáng)度完全形成。
　　4．3水穩(wěn)碎石基層溫度收縮減緩措施
　　《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）中要求水泥穩(wěn)定土結(jié)構(gòu)層宜在春末和氣溫較高季節(jié)組織施工，施工期的日最低溫度應(yīng)在5℃以上，在有冰凍的地區(qū)，應(yīng)在第一次重冰凍到來(lái)之前半個(gè)月到一個(gè)月前完成。
　　然而，在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度形成和二灰碎石有著顯著區(qū)別。在低溫下施工水泥穩(wěn)定碎石基層不但沒(méi)有損害質(zhì)量，反而可以減少裂縫的產(chǎn)生，降低基層的開(kāi)裂率。
　　水泥穩(wěn)定碎石基層在水泥水化過(guò)程中，需要大量水分且產(chǎn)生熱量。因此，水泥穩(wěn)定碎石施工后在養(yǎng)生期間，表面迅速干燥，即使遭受到寒流突襲、冰雪襲擊，也會(huì)迅速吸收表面水份，使表面迅速干燥，此時(shí)溫度下降到0℃以下，也不會(huì)發(fā)生冰凍，破壞水泥穩(wěn)定碎石基層的結(jié)構(gòu)，只需加強(qiáng)表面覆蓋，加強(qiáng)灑水養(yǎng)生即可。
　　因此，水泥穩(wěn)定碎石基層即使在較低溫度下施工，也不會(huì)發(fā)生冰凍損壞結(jié)構(gòu)，而在較低溫度下施工，有利于避免溫度收縮裂縫的發(fā)生。溫度開(kāi)裂主要是由于溫度梯度過(guò)大引起的，發(fā)生冰凍時(shí)或溫度驟降時(shí)的溫度與施工溫度之間溫差過(guò)大，產(chǎn)生較大的溫度梯度，最終導(dǎo)致開(kāi)裂。因此，盡可能地降低施工溫度，降低最不利情況下的溫度梯度，減緩開(kāi)裂。
　　從該高等級(jí)道路施工實(shí)踐來(lái)看，其他條件完全相同，同樣的材料、級(jí)配、水泥劑量、施工工藝、養(yǎng)生養(yǎng)護(hù)條件下，在溫度較高施工的水泥穩(wěn)定碎石段落開(kāi)裂率明顯高于低溫施工的段落。
　　過(guò)冬后，組織全線各單位對(duì)部分施工的第一層水泥穩(wěn)定碎石開(kāi)裂情況進(jìn)行調(diào)查。在2月初調(diào)查中，共發(fā)現(xiàn)裂縫71條，其中21條裂縫貫通左右雙幅路面，疑為路基沉降引起，扣除這21條裂縫，平均197m出現(xiàn)1條裂縫。其中采用水泥劑量5．0％的段落5km，共出現(xiàn)裂縫28條，平均178m出現(xiàn)1條，而采用水泥劑量4．5％的段落4.8km，共出現(xiàn)裂縫22條，平均218m出現(xiàn)1條。表6所列為采用水泥劑量4．5％的4.8km段落施工后開(kāi)裂情況。
　　表6部分段落開(kāi)裂情況調(diào)查
　　樁號(hào)范圍 路幅 平均氣溫/℃ 路段長(zhǎng)度 裂縫數(shù)量 開(kāi)裂間距/（m•縫-1）
　　K5~K6 左幅 10 1000 6 166.6
　　K6~K7 右幅 9 1000 7 142.8
　　K7+500~K8 右幅 8 500 2 250
　　K8~K9 右幅 3 1000 3 333.3
　　K5~K6 右幅 3 1000 1 1000.0
　　K6~K8 左幅 2 2000 3 666.7
　　從表6中可以看出，隨著施工溫度的降低，開(kāi)裂的幾率降低，發(fā)生裂縫的間距增大。以最后施工的K8～K9+600段為例，1.6km路段僅出現(xiàn)3條細(xì)微開(kāi)裂，裂縫產(chǎn)生幾率明顯下降。
　　5結(jié)論及建議
　　根據(jù)該條高等級(jí)級(jí)公路水穩(wěn)碎石的施工與管理實(shí)踐可知，水泥穩(wěn)定碎石作為路面基層，確實(shí)是一種很好的路面結(jié)構(gòu)，路用性能表現(xiàn)優(yōu)異，而且可以采取一些措施降低基層本身開(kāi)裂并防止其產(chǎn)生反射裂縫,具體建議如下:
　　1）《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）中對(duì)石料要求過(guò)低，而對(duì)水泥穩(wěn)定混合料強(qiáng)度要求偏高，這就導(dǎo)致必須采用高水泥劑量以滿足強(qiáng)度需要，從而易導(dǎo)致基層開(kāi)裂。如果不降低強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)提高石料品質(zhì)，粗集料要降低針片狀和壓碎值，細(xì)集料要減少含泥量，提高砂當(dāng)量（建議60以上）。
　　2）水泥劑量對(duì)硬化開(kāi)裂和干縮開(kāi)裂影響是非常顯著的，水泥劑量的增加將導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫數(shù)量大大增加，而對(duì)基層強(qiáng)度的增加并不顯著。因此，在滿足足夠的設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下，盡可能地降低水泥劑量是防止水穩(wěn)基層抗裂的重要措施。
　　3）水穩(wěn)碎石7d抗壓強(qiáng)度選取應(yīng)謹(jǐn)慎，建議采用3．0～4．0MPa為宜。強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)過(guò)高，容易造成相應(yīng)的水泥劑量偏高，易造成基層開(kāi)裂。
　　4）水穩(wěn)碎石產(chǎn)生干縮裂縫的主要原因是養(yǎng)生不當(dāng)，應(yīng)在早期強(qiáng)度形成過(guò)程中保濕養(yǎng)生，建議7d內(nèi)保持覆蓋養(yǎng)生，持續(xù)灑水直到28d。
　　5）較低溫施工可以降低裂縫的發(fā)生幾率，只要覆蓋措施得當(dāng)，對(duì)于提高路面施工質(zhì)量是有益的。
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