水泥稳定碎石基层裂缝成因与防治

《现代交通技术￣２００６年第３期　藤勘　文章编号：１６７２—９８８９（２００６）０３—００２４—０４　水泥稳定碎石基层裂缝成因与防治　杨修志，林清峰，王　磊　（山东省平邑县公路局，山东平邑２７３３００）　摘要：结合３２７国道改建工程，通过试验分析了水泥稳定碎石基层裂缝产生的原因，从控制水泥、矿物和水的含量，　有效碾压等几方面．提出了裂缝的防治措施。　关键词：水泥稳定碎石基层；裂缝；成因；防治　中图分类号：Ｕ４１６．２１４　文献标识码：Ｂ　Ｃａｕｓｅ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｃｒａｃｋ　ｏｎ　Ｒｏａｄ　Ｂａｓｅ　ｏｆ　Ｃｅｍｅｎｔ　ＳｔａｂｉｌｉｚａｔｉＯｎ　Ｓｔｏｎｅ　Ｙａｎｇ　Ｘｉｕｚｈｉ，Ｌｉｎ　Ｑｉｎｇｆｅｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｌｅｉ　（Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｐｉｎｇｙｉ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｐｉｎｇｙｉ　２７３３００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　３２７　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｒｏａｄ，ｔｈｅ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒａｃｋ　ｉｎ　ｃｅｍｅｎｔ　ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｇｒａｖｅｌ　ｂａｓｅ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｅｓｔ．Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ，ｍｉｎｅｒａｌ　ｐｏｗｄｅｒ，ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｔａｋｅｎ，Ａｓ　ａ　ｒｅｓｕｌｔ，ｃｒａｃｋ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｒｅｄｕｃｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｅｍｅｎｔ　ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｇｒａｖｅｌ　ｂａｓｅ；ｃｒａｃｋｓ；ｃａｕｓｅｓ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　水泥稳定碎石基层因其水稳性好、强度高、刚　规则，一般ｌＯ　２０　ｍ左右出现一条横向裂缝，而网　度大，被广泛用于高等级公路路面基层。但由于结　状裂纹则比较少见。其裂缝产生的主要原因有干　合料为水泥，容易产生温缩、干缩裂缝。基层裂缝会　缩、温缩和地基沉降差产生。　对沥青面层造成反射裂缝或对应裂缝，从而导致面　１．１干缩裂缝　层水下渗积聚在基层与面层之间，在冲击荷载作用　由于混合料中水分的散失而产生的裂缝，称干　下形成动压。基层中的细料在动水的不断冲刷下，　缩裂缝。裂缝可能发生在铺筑沥青路面之前或之　产生唧浆现象。导致面层出现早期破坏。缩短道路　后。由于路缘石的存在，道路纵向相对横向来说可　整体使用寿命。因此。施工中应正确分析开裂产生　视为无限，横向约束就要比纵向约束大，因而干缩　的原因，并采取有效的控制措施。尽量减少裂缝的　裂缝主要是横向裂缝。也有少数纵向裂缝。　产生。　１．２温缩裂缝　３２７国道费县西至济宁段改建＿［程全长４５．８　ｋｍ。　由于基层温度的变化而产生的裂缝。称温缩裂　设计为一级公路，路面宽２４　ｍ，设计路面基层为两　缝。３２７国道费县西至济宁段基层厚度一般是１５～　层，一层１６　ｃｍ厚水泥稳定砂掺碎石。一层１６　ｃｍ厚　２０　ｃｍ。基层表面温度与地面温度存在着一定的温度　水泥稳定碎石。施工中，通过试验室大量数据，认真　差异，温度低的部分会产生收缩应力。当收缩应力　分析开裂原因，严格控制材料、配合比、施工厂『二序，　大于某一薄弱点的抗拉强度，该点就会开裂。　确保施工质量，减少裂缝产生。获得了良好的效果，　节约材料１３０余万元　２裂缝成因　１裂缝类型　由于水泥稳定碎石基层是由多种材料混合碾　压而成，强度高、刚度大加之水泥水化硬化作用，很　从以往施丁基层成型段落看。裂缝的出现很有　容易产生裂缝，究其原因是多方面的．主要影响因　作者简介：杨修志（１９６３一），男，山东平邑人，高级工程师，从事道路与桥梁工程的施工与管理工作。　・２４・　维普资讯 http://www.cqvip.com

素有以下几点。　ｆ１）水泥剂量大或安定性差　由于水泥在拌和水化过程中产生大量的水化　热，使其内部的高温与外部的温度形成温差，在一　定条件下产生温度裂缝。实践证明，混合料中水泥　剂量越大强度越高，收缩作用越大，基层越易产生　裂缝：而抗折强度越大，混合料抵抗内部温度应力　的抗拉强度越大，越不易产生温缩裂缝。　（２）粉料含量多，塑性指数偏高　混合料中有一定量的细料（０—５　ｍｍ），这种细料　多为石料厂的副产品，含有大量的山皮土和软弱夹　层废料，粉料（小于０．０７５　ｍｍ）的含量越多，含泥量越　大，强度越低，水泥碎石基层的收缩愈大，越易产生　裂缝。这点往往易被人忽略，而３２７国道基层施工　在这方面给予了高度重视。　（３）含水量不均匀　混合料中水分减少的愈多愈快，产生的收缩应　力越大。含水量小则混合料极易松散，不容易碾压　成型，含水量大则无法及时碾压。因此，要严格控制　混合料含水量。　（４）拌和质量不均匀　粗集料过于集中的段落，强度高，稳定性好，预　防温缩干缩能力就强，而细料过于集中的段落，强　度低、稳定性差，预防温缩干缩能力就弱，裂缝就增　多：不同地段，由于上下层之间的干缩温缩不同，也　会产生裂缝。　（５）压实不足　压实不充分，基层不够密实，空隙率大．抵抗干　缩温缩的能力也会大大降低，基层易产生裂缝。碾　压时｝昆合料中含水量不一致，忽干忽湿，碾压后残　留的水分过多过少。造成不同地段或上下层之间干　缩不同，在外界条件影响下，易产生裂缝。　ｆ６养生不及时不到位　６）水稳碎石基层因养护洒水不及时或不到位，长　时间风干会造成粒料内水分的大量散失，会影响水　泥的水化反应，易造成强度不足，基层开裂。　３防治措施　３２７国道路面基层施工。铺筑了实验段，通过对　其分析、论证、总结，采取了原材料控制、｝昆合料设　计、减少粉料等措施。　３．１原材料的控制　（１）水泥：３２７国道改建工程采用万特牌３２．５　ＭＰａ　缓凝型普通硅酸盐水泥，初凝时间为３　ｈ　３０　ｍｉｎ，终　堡　奎　堇　苎苎　塑　凝时间为６　ｈ　１５　ａｒｉｎ。基层施工时，为保证有足够的　时间运输、摊铺、碾压，水泥的终凝时间宜在６　ｈ以　上．水泥标号宜不超过４２．５　ＭＰａ，尽量不用矿渣水　泥。施工前，要进行凝结时间、安定性、抗折强度、抗　压强度、细度等项目检测，确保水泥的稳定性。　（２）集料：水泥稳定碎石的集料采用石灰岩碎石，　压碎值不大于２６％，最大粒径不大于３１．５　ｍｍ，严格　控制粗石粉（０～５　ｍｍ）的质量，通过０．０７５［１ｉＥ筛孔的　颗粒应不大于５％，塑性指数一定要控制小于６，集　料中有机质含量不超过２％，硫酸盐含量不超过　０．２５％。因３２７国道沿线石灰岩碎石料源丰富，故采用　４＃料（２０～３０　ｍｍ）、３＃料（１０～２０　ｍｍ）、２＃料（５￣１０　ｍｍ）、　ｌ＃料（０—５　ｍｍ）、天然砂５种材料掺配组成｝昆合料。　实践证明．由以上规格的集料掺配而成的混合料，　其级配能够保证相对稳定。　（３）水：采用沿线河流的河水。　３．２混合料设计　３２７国道扩建工程设计水泥稳定碎石基层厚　１６　ｅｍ，强度３．５　ＭＰａ，水泥剂量５．５％。理想的级配应　是接近级配范围中值，摊铺的效果应达到粗糙而密　实。３２７国道二合同段　１７９＋５０　ｋｌ９７＋５００），通过试　验室的多种混合料配比设计试验，经比较选定并经试　验段验证配比为：甜料（２０～３０　ｍｍ）：３｛！ｊ｝料（１ｏ～２０　ａｒｍ）：　２＃料（５—１０　ａｒｍ）：１＃料（Ｏ　５　ｍｍ）＝１８：２５：２４：３３，水泥外　掺用量５．０％，最大干密度２．３５　ｇ／ｃｍ３，最佳含水量　５．１％。施工时，水泥用量按５．５％，增加０．５％以弥补　施工中各种损耗，ｌ＃细料采用人工砂与天然砂结　合，人工砂：天然沙＝１８：１５，效果极佳。　３．３拌合设备选配　３２７国道改建二合同段，选用山东华光ＷＤＢ一　６００型拌合楼和ＷＤＢ－－４００型拌合楼各１台，该设　备配有精确电子计量装置，能拌制均匀、稳定与设　计配比相符合的混合料。　３，４粉料合量的控制　针对３２７工程施工实际，为有效控制细集料中　含泥量．通过实验．本合同段将细集料比例３３％。天　然砂的使用容易使混合料碾压成型，但要严格控制　其含量。实践证明，天然砂含量宜控制在１５％以内。　经试验段铺筑，基层强度等指标全部合格，外观质　量明显好于纯级配碎石。３２７国道改建４８　ｋｍ，节省　石屑约６．５万方．节约资金约１３０万元。同时从根本　解决因工期紧，石屑加工不足问题。　３．５水泥剂量的控制　ｆ１）水泥剂量对水泥碎石强度影响　．２５－　维普资讯 http://www.cqvip.com

堡垡奎堕堇　三　鱼主苎　塑————　按规范要求，水泥稳定碎石基层７ｄ无侧限抗压　强度应达到３～４　ＭＰａ，设计为３．５　ＭＰａ。按设计要求进　行强度试验，配置不同水泥剂量的水泥稳定碎石混　合料，即４．５％、５．Ｏ％、５．５％、６．Ｏ％、６．５％５种，分别进　行击实试验与无侧限抗压强度试验，结果见表１。其　中集料均按接近级配范围中值配料。从表１中可知，　水泥稳定碎石的强度随着水泥剂量的增大而增强。　表１不同水泥剂量７　ｄ无侧限抗压强度　水泥　最佳含水量／％最大干密度／（ｇ・（２１１＂１　）７　ｄ强度／ＭＰａ　（２）水泥剂量控制范围　水泥剂量过低，则强度不能满足要求，水泥剂　量过高，则摊铺压实后的基层容易产生裂纹。水泥　剂量超过６．Ｏ％后，混合料的收缩系数增大．基层裂　纹增多，缝宽增大。由表２可知，满足３．５　ＭＰａ强度　指标的适宜控制剂量为５．Ｏ％，适宜的水泥剂量控制　范围为５．Ｏ％一６．Ｏ％　３．６含水量的控制　根据实践，施工拌和含水量在一般情况下应比　最佳含水量高ｌ％一２％，以补偿混合料在运输、摊铺　时的水分损失，这点一定要控制好。施工时，一定要　根据天气、温度情况确定含水量大小，每天早晚ｆ早　５点至１Ｏ点，下午４点以后）含水量适当降低，中午　（１Ｏ点至下午４点）要适当提高；同时要注意细集料　含水量，充分考虑后再控制加水量。避免含水量过　大，造成基层裂缝。　３．７有效碾压时间的控制　试验室针对现场施工做模拟延时试验，将混合　料分为无延迟，延迟２　ｈ、４　ｈ和６　ｈ进行压实．水泥　掺量均为５．５％，试验结果见表２。　表２延迟时间对午密度和强度影响　・２６－　从表２中看出，延迟时间对于密度影响不大。　对强度来说，干密度降低１％．相当于压实度降低　ｌ％，同时必须加大破坏硬化作用的压实功，所以延　迟时间对强度、压实度影响比较明显。因此，施工过　程中，必须尽可能缩短各道工序的时间，保证水泥　稳定碎石强度要求。水泥稳定碎石摊铺碾压应尽量　控制在４　ｈ以内完成，确保７　ｄ无侧限抗压强度满　足设计强度要求。　３．８粗碎石含量的控制　按规范［－］要求粗碎石即混合料中４．７５　ｍｍ以上　粒径碎石的通过率为２９％～４９％，在此范围内．碎石　含量发生变化，可引起混合料最大干密度、强度发生　较大变化，并能引起不同程度的温缩、干缩裂缝。　（１）粗碎石含量对最大干密度、强度影响　设计５种混合料使４．７５　ｍｍ粒径的通过率为　２９％、３４％、３９％、４４％、４９％，其它粗碎石含量通过率　尽可能接近级配范围图中值，取粗碎石含量７６％、　７１％、６６％、６１％、５６％、５１％、４６％７种配制混合料，　水泥剂量外掺５．５％．按重型标准击实试验方法分别　进行击实试验得出：粗碎石含量与最大干密度关系　曲线，如图ｌ所示；粗碎石含量与强度关系曲线，如　图２所示　２．４５　２．４ｏ　．　一一　／　／　；２．３５　，　／　掌２．３Ｏ　／　，　／　鬯２，２５　２．２０　０　４６　５１　５６　６ｌ　６６　７ｌ　７６　８１　碎石含量，％　图１碎石含量与｜矗｝大干密度关系图　维普资讯 http://www.cqvip.com

《现代交通技术））２００６年第３期　增加．最大干密度逐渐增大，无侧限抗压强度也逐　渐增大。施工中，若级配控制不均匀，极易因强度变　化产生裂缝。必须严格控制碎石含量。　（２控制压实度的超密现象　２）高等级公路水泥稳定碎石基层压实度为９８％，　变化幅度仅２％，压实度检、？贝４时，若以同一千密度作　为标准检测，很容易造成压实度不够或超密现象。　集料进行筛分，以确定粗碎石含量的多少，分别选　用不同的密度标准，检测确定压实度才能与实际相　符。３２７国道改建施工中，重点控制了压实度的超密　现象，收效显著。在Ｋ１９２＋ＯＯＯ－－－Ｋ１９２＋５００取５００　ｍ　上基层试验段现场灌沙法测压实度，检ｉ贝４　６个点压　实度超密。通过碎石含量与干密度曲线查得干密度　计算压实度与理论计算压实度比较，其６个点数据　见表３　因此，施工中采用灌沙法进行压实度检｝贝０时，应对　表３计算理论压实度与查得压实度比较表　１　试样干密度／（ｇ・ｃｍ　）　２．３７４　２．３５０　２．３６６　１０１．０　９９．７　２＿３７１　２．３５０　２．３５２　２．３５０　２．３１４　１００．１　２．３８０　２．３５０　２．３８５　２．３７６　２．３５０　２．３８５　１０１．１　９９．６　２．３５９　２．３５０　２．３３１　１００．４　９８．８　２　３　配比干密度／（ｇ・ｃｍ。）　查得干密度／（ｇ・ｃｍ一　）　２．３５７　１００．９　４　５　理论压实度　查得压实度　１０１．３　９９．８　９９．４　９８．４　３．９基层接缝的控制　施工经验的日益丰富以及水泥稳定碎石基层的施　工工艺、施工技术日渐成熟和完善，施工质量愈加　基层接缝包括横接缝和纵接缝。３２７国道改建　路面宽２４　ＩＩ１，采用４台摊铺机阶梯摊铺。前后相距　５　８　ｍ。采用６台压路机一并碾压．完全避免纵向接缝。　有保障。要有效避免裂缝的产生，必须精确控制水　泥的用量和质量，精确控制？昆合料的含水量，精确　控制细料、粗料含量，充分考虑各种影响裂缝因　素，采取有效的控制措施，并严格规范精细操作，　最大限度地减少水泥稳定碎石基层干缩温缩裂缝　的产生。　参考文献　横接缝是每天施工缝，将已压实且高程、平整　度都符合要求的基层末端垂直切除．第二天开铺　时，涂刷一层水泥浆，然后再铺新的混合料，确保接　缝处平整、密实。多层基层施工要避开接缝处．避免　对应接缝向上延伸　３．１０高度重视基层养生　基层经检ｉ见０各项指标合格后，应及时用稻草帘　覆盖。并适时开始洒水养生，养生时问不能少于７　ｄ，　有专人负责洒水，始终保持表面湿润，且要注意边　侧洒匀、洒足。养生期问封闭交通，避免车辆对基层　［１］ＪＴＪ０３４—２０００，公路路面基层施工技术规范［ｓ１．　ｆ２］王国清．公路工程质量问题及防治措施［Ｍ］．北京：人民交　通出版社。２００２．１２．　［３］宋兴．水泥稳定碎石基层的施工控制［Ｊ］．公路变通技术，　２００４．（４】．　表面的破坏造成松散和不平整影响整体强度。养生　周后即可进行下封层或喷洒透层油，随后尽早铺　筑沥青面层．保证基层不因失水引起干缩裂缝。　一［４］鞠炳祥．吴希玲，王立伟．水泥稳定砂掺碎石路面基层压　实度在施工中的控制［Ｊ］．华东公路，２００２（５）：３０￣３１．　［５］王树平．水泥稳定碎石基层裂缝防治与处理［Ｊ］Ｉ公路交通　科技（应用技术版），２０００（１　１）．　（收稿日期：２００６—０１—１６）　４结语　随着我国道路建设机械化程度的不断提高，　－２７・