摘要：本文結合工程實例，分析闡述了高等級城市道路路面基層施工中水穩碎石基層開裂的主要原因即溫度收縮、干燥收縮和硬化收縮；并結合施工實踐，詳細探討了水穩碎石基層裂縫的具體控制措施，針對性提出了具體施工建議。
　　關鍵詞：城市道路；水泥穩定基層；配合比設計；溫度收縮；裂縫控制
　　1引言
　　現代城市道路由于交通量、軸載的增加，都對路面的主要承重層——基層提出了更高的要求�；鶎拥氖褂眯阅堋⒛途眯院涂沽研詫φ麄�路面的使用性能和使用壽命有十分重要的影響。水泥穩定碎石具有較高的強度，且強度形成快，水穩定性好，耐沖刷，板體性能好，在高等級公路中得到廣泛的應用。
　　開裂是水泥穩定碎石基層容易出現和迫切需要解決的問題。水穩碎石基層的開裂經常會反射到瀝青路面表層，造成瀝青路面表面開裂，形成反射裂縫，這些裂縫如果不能及時處理，在雨雪冰凍等惡劣自然條件和反復車輛動載等因素作用下，很容易導致路面破壞。因此，水泥穩定碎石基層開裂是影響瀝青路面路用性能，進而影響瀝青路面壽命和使用品質的重要因素。在進行水泥穩定碎石混合料設計時，應當把水泥穩定碎石基層的開裂問題作為重點問題來研究。
　　2工程概況
　　某城市高等級城市市政道路線全長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水泥穩定碎石基層。
　　本文針對水泥穩定碎石基層開裂原因，探索出一種抗裂型水泥穩定碎石級配設計方法，在實踐中取得良好使用效果。
　　3水穩碎石基層開裂原因分析
　　水穩碎石基層的收縮裂縫可以形成縫寬達2～5mm的橫向裂縫或縱橫交錯的網狀裂縫�；鶎拥拈_裂不僅破壞了基層結構的整體性而降低其強度，還可能在瀝青路面面層頂部形成縫寬12～16mm的反射裂縫。水泥穩定碎石配合比設計的關鍵就在于采取各種措施來消除穩定類基層的裂縫，將瀝青面層反射裂縫出現的概率盡可能地降低。
　　導致水泥穩定碎石基層產生收縮裂縫的因素很多，主要有環境溫度、相對濕度等外部因素，以及材料級配組成、材料與外摻劑相互作用等內在因素，這些因素歸納起來分為溫度收縮、干燥收縮和硬化收縮3大類。
　　隨著攤鋪后水泥穩定碎石基層水分的喪失，水泥水化作用的進行，若養生不及時，容易造成水穩碎石基層失水，從而產生于縮裂縫；隨著氣溫的降低，水泥穩定碎石基層受冷收縮，易發生溫縮裂縫。干縮開裂和溫縮開裂是導致水泥穩定碎石基層開裂的重要原因。應針對水泥穩定碎石基層開裂原因，采取相應措施，盡可能地減少水泥穩定碎石基層的開裂。
　　4高等級城市道路水穩碎石基層抗裂措施
　　4．1水穩碎石基層硬化收縮減緩措施
　　4．1．1原材料要求標準
　　《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000）中對基層集料要求較為寬松，對許多關鍵指標均要求較低，由于劣質石料價格便宜，這就容易誤導承包商在選擇水泥穩定碎石材料時選擇材質較差的石料。水泥劑量是由水泥穩定碎石試件7d無側限抗壓強度標準決定的。若采用的石料性能較差勢必將增加混合料中水泥的劑量，來確保7d無側限抗壓強度代表值，以滿足設計要求。由于集料原材料品質較差而采用高水泥劑量，是導致水泥穩定碎石基層容易產生裂縫的重要原因。基于此考慮，在選擇水泥穩定碎石原材料過程中，結合本地區石料供應情況，有針對性地提高集料標準，以降低水穩碎石水泥用量，達到提高強度、減緩開裂的目的。
　　水泥穩定碎石采用15～31．5mm、5～15mm、0～5mm碎石，為改善細集料特性，添加0～2．36mm機制砂。前3種集料采用本地石料廠生產的碎石及水洗砂,水泥采用普通硅酸鹽緩凝水泥，標號為32．5。
　　對于水泥穩定粗集料，制定了高于規范的技術標準，要求在材料上岸前加強3項檢測：級配檢驗、針片狀檢驗和壓碎值檢驗，級配要求±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，也是影響水泥穩定混合料強度的關鍵指標。
　　水泥穩定碎石細集料中粉料的含量、含泥量是關系到水泥穩定碎石開裂率的關鍵指標，粉料含量高、含泥量高的混合料導致收縮應變大，容易開裂。因此細集料以石粉為主，應潔凈且含泥量少。采用兩種細集料摻配，分別為0～5mm碎石和0～2．36mm機制砂，要求細集料砂當量在60以上，級配容許誤差±5。集料中小于0．6mm的顆粒必須進行液限和塑性指數試驗，要求液限小于28％，塑性指數﹤9。
　　水泥穩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、早強水泥、粉煤灰水泥和其它受外界影響而變質的水泥，應使用緩凝水泥。路面基層宜采用強度等級適中的水泥，水泥強度不宜過低；水泥各齡期強度、安定性等應達到相應指標要求；要求水泥初凝時間3h以上，終凝時間不小于6h。如采用散裝水泥，在水泥進場入罐時，要了解其出爐天數。剛出爐的水泥，要停放7d，且安定性合格后才能使用。夏季高溫作業時，散裝水泥入罐溫度不能高于50℃，高于這個溫度，若必須使用時，應采取降溫措施。
　　4．1．2原材料試驗結果
　　根據施工指導意見，各項目部進行了廣泛的材料采供調查，最后確定了原材料、石料各項試驗檢測數據分別見表l。水泥各項檢測指標見表2。
　　表1集料技術指標檢測結果
　　技術指標 針片狀/% 壓碎值/% ﹤0.6mm塑性指數
　　技術要求 ≤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機制砂   3.9
　　表2水泥物理性能檢測
　　技術指標 細度/% 凝結時間/min 安定性 3d抗壓強度/MPa 3d抗折強度/MPa
　　  初凝 終凝   
　　技術要求 ≤10 ≥180 ≥360 合格 ≥11.0 ≥2.5
　　檢測結果 4.1 332 387 合格 20.6 4.1
　　4．1．3水泥劑量的控制
　　水泥穩定碎石中水泥劑量是影響水穩開裂的重要原因，而通常高等級公路設計交通量都很大，在選擇設計強度時一般會選擇較高值，如一般高速公路水泥穩定碎石7d無側限抗壓強度設計值一般介于4．5～5．0MPa，而施工指導意見中通常對碎石材料要求不高，這就必然導致了高水泥用量，容易造成路面開裂。
　　在高等級道路采用了優質碎石材料，在選擇設計強度時充分考慮到交通量和交通軸載較重這一特點，確定7d無側限抗壓強度不小于3．5MPa。
　　在混合料配合比設計中，選取了兩種級配進行強度試驗，分別采用水泥劑量為3．5％、4．0％、4．5％、5．0％、5．5％五種配比進行試驗。試驗結果見表3、表4。
　　表3兩種級配通過率％
　　級配 通過下列篩孔（mm）的百分率
　　 31.5 26.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075
　　級配A 100.0 92.7 78.3 50.4 32.3 19.7 8.7 0.7
　　級配B 100.0 97.4 75.5 53.2 35.8 22.0 8.7 1.7
　　表4兩種級配7d無側限抗壓強度對比試驗
　　水泥劑量/% 最大干密度/（g•cm-1） 最佳含水量/% 7d無側限強度/MPa
　　 級配A 級配B 級配A 級配B 級配A 級配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
　　兩種級配所用原材料均相同，經過比選，為滿足設計強度要求并達到一定的保證率，級配B采用了5．0％的水泥劑量，級配A采用4．5％的水泥劑量，并分別鋪筑了各300m的試驗段進行對比。拌和、運輸、攤鋪、碾壓、養生等各項施工工藝均相同，在施工養生滿10d后進行了路況調查。由于前后時間較短，晝夜溫差小，可以認為未發生溫縮裂縫，路面僅發生了硬化裂縫和干縮裂縫，兩種級配結果相差較大。從表3可以看出兩種級配比較接近，采用級配B即水泥劑量5．0％的試驗段落出現了11條微細的裂縫，其中6條貫通整個半幅路面，5條貫通半幅；而采用級配A即水泥劑量為4．5％的試驗段落僅出現了1條微細的裂縫，貫通整個路幅。
　　從兩條試驗段調查情況看，水泥劑量對硬化開裂和干縮開裂影響是非常顯著的，水泥劑量的增加，將導致水穩基層裂縫數量急劇的增加，但其對基層強度的增加影響并不顯著，從表4可以看出，兩種級配A和B，水泥劑量增加了0．5％，強度均為4．1MPa，而裂縫數量增加了11倍。
　　4．1．4水穩混合料級配控制
　　《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000）中對半剛性基層級配要求較寬，級配偏細，細集料偏多容易導致開裂的發生。
　　本城市道路采用了較粗的級配形式，通過K法計算出集料級配范圍，通過率范圍見表5。
　　表5水泥穩定碎石級配范圍％
　　級配 通過下列篩孔（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水泥穩定混合料含水量控制
　　水泥穩定碎石施工中，為了防止強度形成過程中水泥水化缺水，施工中控制用水量高于最佳含水量1％～2％左右，但不宜過高，以防止碾壓過程中形成輪轍影響路面平整度。
　　4．2水穩基層干燥收縮減緩措施
　　水穩碎石強度形成過程中需要大量水分，若養生不充分、灑水不及時，很容易發生干縮裂縫。
　　在本城市市政道路公路采用表面覆蓋養生方法，在水穩基層表面覆蓋土工布或麻袋片。在初期灑水養生非常重要，在施工后的7d內，必須不停地灑水，保持基層表面始終潮濕，這段時間干縮裂縫最容易出現，在養生7d后，可以將表面覆蓋物清除，此時早期強度已基本形成，但應該繼續灑水，直到28d。
　　存在一種觀點，認為水泥穩定碎石基層產生干縮裂縫的主要起因是施工含水量偏高，必須嚴格控制施工含水量不能過高于最佳含水量，否則容易發生干縮裂縫。但是，在下基層施工中發現這一現象，在K5+100～K5+300右幅施工過程中，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，碾壓過程產生嚴重車轍，輪跡明顯。由于其它各項指標均較好，對其進行返工，加強了養生。2007年初基層開裂調查中發現，該段前后1km，未發現一條裂縫，甚至微細開裂也未出現。由此可知，施工含水量對施工中平整度、輪轍影響較為顯著，含水量偏大將嚴重影響路面平整度，而與路面開裂并沒有直接關系，要防止水泥穩定碎石基層產生干縮開裂，應加強早期養護，加強灑水保濕，并應持續到強度完全形成。
　　4．3水穩碎石基層溫度收縮減緩措施
　　《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000）中要求水泥穩定土結構層宜在春末和氣溫較高季節組織施工，施工期的日最低溫度應在5℃以上，在有冰凍的地區，應在第一次重冰凍到來之前半個月到一個月前完成。
　　然而，在工程實踐中發現，水泥穩定碎石的強度形成和二灰碎石有著顯著區別。在低溫下施工水泥穩定碎石基層不但沒有損害質量，反而可以減少裂縫的產生，降低基層的開裂率。
　　水泥穩定碎石基層在水泥水化過程中，需要大量水分且產生熱量。因此，水泥穩定碎石施工后在養生期間，表面迅速干燥，即使遭受到寒流突襲、冰雪襲擊，也會迅速吸收表面水份，使表面迅速干燥，此時溫度下降到0℃以下，也不會發生冰凍，破壞水泥穩定碎石基層的結構，只需加強表面覆蓋，加強灑水養生即可。
　　因此，水泥穩定碎石基層即使在較低溫度下施工，也不會發生冰凍損壞結構，而在較低溫度下施工，有利于避免溫度收縮裂縫的發生。溫度開裂主要是由于溫度梯度過大引起的，發生冰凍時或溫度驟降時的溫度與施工溫度之間溫差過大，產生較大的溫度梯度，最終導致開裂。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，減緩開裂。
　　從該高等級道路施工實踐來看，其他條件完全相同，同樣的材料、級配、水泥劑量、施工工藝、養生養護條件下，在溫度較高施工的水泥穩定碎石段落開裂率明顯高于低溫施工的段落。
　　過冬后，組織全線各單位對部分施工的第一層水泥穩定碎石開裂情況進行調查。在2月初調查中，共發現裂縫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1條裂縫。其中采用水泥劑量5．0％的段落5km，共出現裂縫28條，平均178m出現1條，而采用水泥劑量4．5％的段落4.8km，共出現裂縫22條，平均218m出現1條。表6所列為采用水泥劑量4．5％的4.8km段落施工后開裂情況。
　　表6部分段落開裂情況調查
　　樁號范圍 路幅 平均氣溫/℃ 路段長度 裂縫數量 開裂間距/（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，開裂的幾率降低，發生裂縫的間距增大。以最后施工的K8～K9+600段為例，1.6km路段僅出現3條細微開裂，裂縫產生幾率明顯下降。
　　5結論及建議
　　根據該條高等級級公路水穩碎石的施工與管理實踐可知，水泥穩定碎石作為路面基層，確實是一種很好的路面結構，路用性能表現優異，而且可以采取一些措施降低基層本身開裂并防止其產生反射裂縫,具體建議如下:
　　1）《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000）中對石料要求過低，而對水泥穩定混合料強度要求偏高，這就導致必須采用高水泥劑量以滿足強度需要，從而易導致基層開裂。如果不降低強度標準，應提高石料品質，粗集料要降低針片狀和壓碎值，細集料要減少含泥量，提高砂當量（建議60以上）。
　　2）水泥劑量對硬化開裂和干縮開裂影響是非常顯著的，水泥劑量的增加將導致水泥穩定碎石基層裂縫數量大大增加，而對基層強度的增加并不顯著。因此，在滿足足夠的設計強度的情況下，盡可能地降低水泥劑量是防止水穩基層抗裂的重要措施。
　　3）水穩碎石7d抗壓強度選取應謹慎，建議采用3．0～4．0MPa為宜。強度標準過高，容易造成相應的水泥劑量偏高，易造成基層開裂。
　　4）水穩碎石產生干縮裂縫的主要原因是養生不當，應在早期強度形成過程中保濕養生，建議7d內保持覆蓋養生，持續灑水直到28d。
　　5）較低溫施工可以降低裂縫的發生幾率，只要覆蓋措施得當，對于提高路面施工質量是有益的。
　　參考文獻：
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