水稳裂缝原因

水泥稳定碎石裂缝原因分析与防治水泥稳定碎石裂缝原因分析与防治 半刚性基层沥青路面是由无机结合料稳定底基层、基层和沥青面层构成的路 面结构形式。这种路面强度高、抗疲劳性能好，因此在我国公路建设中广泛应 用中，是路面的主要类型。但水泥稳定碎石基层容易产生裂纹却一直是一个不 争的事实，是一个有侍解决的问题。本文就其产生裂纹的原因进行了分析，并 提出了防治技术。 以级配碎石作骨料，用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空 隙，按嵌挤原理摊铺压实，称之为水泥稳定碎石、水泥稳定砂砾。由于水泥稳 定碎石的整体强度、刚度、水稳性较好，目前高等级公路大多采用水泥稳定碎 石来做基层。 水泥稳定碎石基层是一种半刚性结构。水泥稳定碎石基层易产生裂缝的 问题是一直想方设法研究解决的问题。这种裂缝是很有规律性的，一般在基层 顶面横向每隔 5～10 米一条，缝宽 0.5～4mm 左右。出现较早时在水稳基层摊铺 完成后一个月内就开始出现，晚的在沥青砼路面通车后一至二年内开始出现， 这是由于水泥稳定基层裂缝反射上去造成的。 基层裂缝的危害有二个方面：一是降低基层的整体强度，二是发展后 会形成反射裂缝，使沥青砼路面相应出现有规则的横向裂缝、起拱。出现第二 种情况后，若不及时处理，雨水从裂缝内向下渗透，沥青砼和基层裂缝缝隙处 充满自由水，在车辆荷载反复冲击下，就会使沥青砼中粘附在碎石表面的沥青 剥离，基层的细集料形成灰浆被挤压出路面，沥青砼路面出现坑洞、碎裂、松 散，造成沥青砼路面早期破损，影响使用寿命。基层裂缝的危害极为常见，直 接影响到了路面行车的质量和舒适度。 1.1.裂缝产生的原因分析裂缝产生的原因分析 根据现场调查分析，虽然基层裂缝有种种特征，但总的来说水泥稳定碎石 基 层裂缝产生的原因可归结为三大原因： 干缩性裂缝 干缩性裂缝的情况分为二种，一是水泥稳定碎石压实成型到正常养护期 （一般为 7 天）的干缩；二是养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青砼 面层这段时间的干缩。其机理基本上是一样的，只是其损害的程度有所不同。 水泥稳定碎石压实成型到正常养护期（一般为 7 天）期间，由于混合料 本身拌和、养护时用水，水分蒸发以及混合料内部水化作用而发生的毛细管作 用、分子间吸附作用力和碳化收缩作用等，引起基层混合料体积在一定程度趋 于减小而收缩，出现拉裂的现象。如果这段时间天气正常，气温没有太大变化， 混合料（基层）从最佳含水量到较干燥的干缩过程可称之为“一次性的干缩”， 其产生的裂缝是有限的。 从基层养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青砼面层之间，如果这 段时间间隔较长，自然天气有多变（出现雨天和晴天交替），基层料从“较干 燥→饱水状态→较干燥→饱水状态”反复循环作用，水分反复的“蒸发、饱和、 蒸发、饱和”，多次重复干缩过程，必然会使基层出现较严重的拉裂现象，积 少成多，在薄弱地方就表现为裂缝，这种破坏在多雨的南方夏天特别明显。 “养生期结束后，如其上为沥青面层，应先清扫基层，立即喷洒透层或粘层沥 青”、“在清扫干净的基层上，也可先做下封层，以防止基层干缩开裂”的规 定原因之一。 荷载性裂缝 这种裂缝往往出现在车道上，裂缝在主车道上，并向超车道上或路肩延伸， 一般裂缝宽度较小，在 1mm 左右，有的还会出现多个裂缝交叉现象。 荷载裂缝一般出现在营运期间，由于基层施工成型后表面的不均匀性，使 的基层底部存在着损伤或裂缝。根据受力特点，沥青层底受压，基层是受拉的， 在基层受拉时裂缝就会逐渐向上扩展，最终形成基层荷载性开裂。基层在使用 后期也易形成疲劳裂缝，这种也属于荷载裂缝，这中缝很容易形成支缝，长时 间不处理就会导致基层松散，强度降低。最后出现坑洞。 温缩性裂缝 也就是热胀冷缩产生的裂缝。万物都具有热胀冷缩的性质，水泥稳定碎石 基层属半刚性体，它也不会例外。大家都知道，在水泥路面设计和施工中，设 置伸缩缝的做法规范中已有明确的规定，并且在施工和实际中得到了广泛的应 用，取得了显著的成效。但长期以来，在沥青砼路面设计规范或施工技术规范 中却没有提出来，因而极少有人试用过。 水泥无机结合料内部的不同矿物颗粒组成的固相、液相和气相体，在温差 作用中必然会使其产生热胀冷缩的体积变化，从而引起温缩性裂缝。 2 2、裂缝的预防和处理技术、裂缝的预防和处理技术 严格控制级配和压实度 作为水泥稳定基层用的碎石要求是不很高，规范中只有 4 个指标：相对密 度、压碎值、有机质含量、硫酸盐含量，因此很多岩矿都可作为基层碎石的料 矿。高速公路基层碎石用量是很大的，而一般外购的一个岩矿场的产量却很小， 于是很多施工单位就同时使用几个矿场进料，并且由于储料场地不足而又混堆 进行储料（尽管分了不同档级）。这就产生二个很严重的问题：一是由于不同 矿源筛网不同造成同一档料内各粒料数量不同，几档材料混合后，生产配合比 经常变化，极易超出上限或下限。二是各矿场碎石的视密度不同，在确定最大 干密度带来很大的困难——无法在几种混合矿料中得到一个最具代表性的最大 干密度，最终导致现场无法进行正常压实度检测和控制。 只使用一个岩矿做粗集料的料场，既能保证生产配合比与理论配合比吻合 较好，也能保证最大干密度不至于经常变化，有利于压实度的现场控制。事实 证明，水泥稳定碎石基层级配和压实度的好坏，不但影响水泥稳定基层的干缩 性，而且还影响到水泥稳定基层的耐冻性。所以，控制好级配和压实度对预防 裂缝的产生具有很好的现实意义。 严格控制小于 0.075 以下的颗粒含量 小于 0.075 以下的颗粒含量增加时，不但增加了水泥的用量，而且基层表 面还容易起砂，严重影响水稳层的质量。同时，当细集料增加时，混合料的温 缩系数随温度降低的变化幅度越来越大。温度越低，细粒料对温缩的影响也越 大。因此，规范中水泥稳定土的颗粒组成范围规定：集料中 0.5mm 以下细粒土 有塑性指数时，小于 0.075 以下的颗粒含量不应超过 5%，细粒土无塑性指数时， 小于 0.075 以下的颗粒含量不应超过 7%。 在实际施工控制中，要减小 0.075 以下的颗粒（矿粉、粘土）含量采用事 后在储料场过筛方法去除或用水冲洗是很不现实也很费时的。最好是方法是在 破碎现场加装水洗装置或者在破碎机的皮带运输机最后一环节上再加装一个可 360 度旋转的滚动筛。经过这个工序，小于 0.075 以下的颗粒含量将会太太减 小。施工时，如果能将塑性指数控制在小于 4%，不但可以减小水泥稳定粒料的 收缩性，而且还可以提高压力水对基层的抗冲刷能力。 严格控制水泥用量和碾压时的最佳含水量 一般的水泥稳定碎石基层，其设计强度通常为 3～5Mpa。设计强度愈高， 所需水泥用量越大。基层刚性越大，越易产生干缩性裂缝，缝宽也增大。所以 我国规范规定水泥剂量≦6%。 水泥稳定碎石基层干缩应变随混合料的含水量增加而增大。施工碾压时 含水量越大，结构层越易产生干缩性裂缝。即使铺筑了沥青面层，在旱季或冬 季也可能产生干燥裂缝。因此在施工时，应根据天气情况适当增加或减少拌和 用水量。例如，在夏天施工气温较高，即使在同一天施工，混合料的拌和用水 量也应早、中、晚各不相同，并且，还要根据运距远近、运输车辆配置情况不 断的调整，确保碾压时混