水泥稳定砂砾(碎石)基层裂缝防治措施

目前, 我国公路交通具有2个明显的特点, 即交通量迅速增加和重载车辆日益增多。因此, 对路面结构使用性能的要求也越来越高。半刚性基层由于具有强度高、承载力大、良好的抗疲劳性能和抗冲刷性等优点, 已经成为我国高等级公路沥青路面的主要结构类型。

1 裂缝形成机理

1.1 裂缝产生原因

半刚性基层沥青路面的裂缝形式多种多样, 但形成的主要原因可以分为2大类, 即荷载型结构性破坏裂缝和非荷载型裂缝, 包括反射裂缝和对应裂缝。荷载型结构性破坏裂缝是由汽车动态荷载产生的垂直或水平应力, 在基层内部产生超过材料的容许抗拉极限应力的拉应力所造成;非荷载型裂缝则是环境作用的结果, 主要是湿度和温度的影响, 由干缩、温缩和疲劳作用导致, 个别情况下也可能是由于路基不均匀沉陷造成。

1.2 裂缝形成过程

对于半刚性基层, 裂缝往往不是由交通荷载作用引起的。水泥稳定碎石基层由于水分蒸发及温度变化的影响, 很容易产生裂纹, 在承受荷载之前, 就已经存在大量的微细裂纹和孔洞。因此, 实际上它是在带有裂纹的状态下承受交通荷载作用的, 基层的温缩和干缩是引起裂缝的内因。

2 水泥稳定砂砾 (碎石) 基层收缩裂缝的防治途径

作为优质基层, 水泥稳定砂砾 (碎石) 最大的问题就是如何降低收缩裂缝。减少基层裂缝的产生可从4方面着手: (1) 降低基层材料的收缩系数, 提高基层材料的抗拉强度; (2) 采用补偿收缩措施, 如掺加膨胀剂; (3) 采用限制收缩措施, 如掺加纤维、土工织物等; (4) 改善约束条件, 如预锯缝、造成许多微细裂缝以及让基层先开裂等。

水泥稳定砂砾 (碎石) 基层收缩裂缝的防治措施, 具体来说, 主要包括以下几方面。

2.1 材料组成设计

首先是原材料的优选。选用合适的水泥, 一般来说, 细度较细、石膏含量不足及S03含量小的水泥收缩较大。选用含泥量小、结构致密、吸水率小、弹性模量较大的骨料。在普通骨料范围内, 砂岩骨料的收缩最大, 石灰岩和石英岩的干缩都较小。掺用质量好、颗粒细的粉煤灰。

2.2 配合比设计

实践证明, 将水泥稳定砂砾 (碎石) 基层设计为骨架密实结构可有效防止基层裂缝产生。

混合料的组成设计。

(1) 组成设计原则:水泥稳定碎石底基层、基层级配应达到骨架密实结构, 集料粒径大于4.75mm的骨料含量宜在65%以上, 粒径大于2.36mm的集料含量宜大于80%, 粒径小于0.075mm颗粒含量宜接近0, 最大不应超过3%。推荐级配要求详见表1;在达到强度的前提下, 采用较小水泥剂量, 但应考虑施工的不均匀性;改善集料级配, 减少水泥用量, 使水泥用量不宜大于4.2%; (2) 水泥剂量的配制可采用:2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%五种剂量; (3) 每种剂量的试件制取13个 (最小数量) 。 (4) 试件必须在规定的温度 (20±2℃) 保湿养生6天, 浸水养生1天后进行无侧限抗压强度, 计算试验结果的平均值、偏差系数, 并计算RX (1-1.645Cv) 是否大于Rd (具体工程设计强度) 。 (5) 根据设计剂量做水泥延迟时间对混合料强度的影响试验, 并通过试验确定应该控制的延迟时间。

2.3 骨架密实结构水泥稳定砂砾 (碎石) 底基层在凤翔路口~永寿高速公路的应用

作为国道主干线银武高速公路在陕西境内的重要组成部分——凤翔路口-永寿高速公路, 由于地方气候、交通等具体情况, 设计上路面底基层采用水泥稳定砂砾。级配组成设计突破规范要求, 采用骨架密实结构进行设计施工, 设计强度为2.5MPa。本标段在施工过程中一方面对骨架密实结构级配进行试验分析, 选择合理的级配组成配比;另一方面, 从填料、结合料入手, 改变传统观念, 摸索出了一些在保证强度的前提下有效的降低水泥用量, 减少裂缝的途径。在施工过程中的取芯检测时发现, 基本上在4-7天均可取出完整的芯样, 且骨架结构、密实度较好。同时, 在对已竣工20公里底基层的裂缝检查中, 发现按此方法施工的底基层路面裂缝很少见, 通常一公里仅有几条干缩裂纹, 没有贯通裂缝。

2.3.1 级配组成

采用骨架密实设计思路和方法, 并参照《凤永高速公路施工细则》的建议级配, 经工地试验室的反复试验, 最终选定的级配如表1所示。

2.3.2 水泥用量

根据规范水泥用量设计方法确定水泥用量。

在本标段的设计施工过程中, 对填料的使用也取得了很好的效果和经验。

(1) 减少砂砾料的含泥量。针对大多数地区砂砾含泥量均较大的情况, 建议采用砂砾分级或通过5mm筛孔控制集料中细料的含量和塑性指数, 以减少水稳集料中的粘土含量; (2) 掺加石屑。石屑一般具有粗糙、棱角性强、含粉量高等特点, 并且通常料场为了满足石屑在面层中的使用, 含泥量很小。 (3) 严格控制施工含水量 (略大于最佳含水量1%) 和保证养生水分的保持; (4) 加强拌和、摊铺控制, 保证混合料的均匀性, 达到有效、有保证的降低水泥用量的目的。

2.4 施工控制

实践证明, 水泥稳定碎石基层开裂的几率和程度, 受现场施工控制的影响, 在一定程度上也是施工组织管理、施工工艺水平的反映。只有在良好的施工前提下, 减缩措施的效果才能得到反映。施工控制的主要内容是加强集料的组织管理, 保证集料级配与试验室配合比相符、水泥剂量准确, 保持基层材料强度的均匀性, 控制碾压层的厚度和含水量, 提高基层的压实度和整体稳定性, 并注意合理的养生。

3 结语

通过我标段水泥稳定砂砾基层的设计、施工、试验过程中, 经过多方面的分析研究, 发现了通过采用骨架密实结构设计的思路和方法, 有效减小水泥用量、控制半刚性基层裂缝的方法和途径。

摘要：通过对水泥稳定砂砾 (碎石) 基层裂缝产生机理的分析, 结合陕西凤永高速公路骨架密实结构的应用和填料的使用, 对防止和控制路面裂缝提出了具体的设计和控制方法。介绍了骨架密实结构设计方法和已进行工程实践的建议级配, 提出了在水泥稳定砂砾 (碎石) 基层中, 采用降低水泥用量、掺加石屑等方法减少裂缝, 还进行了具体的施工实践验证。

关键词：水泥,基层,裂缝,防治,措施