浅谈水泥稳定碎石基层裂缝的成因及防治措施

【摘 要】水泥稳定碎石基层是根据水泥、碎石和水按一定比例进行配制的路面结构层承重结构，也是底基层与路面两层的中间结构，它具有强度高、板体性强、水稳定性好的优点。但由于其结合料为水泥，施工工艺要求较高，而且需要较好的施工管理环境，否则极易产生早期裂缝。本文分析了水稳基层裂缝的形成机理以及产生裂缝的主要原因，从优化配合比设计、优选原材料以及加强施工过程控制等方面提出了防治措施。

【关键词】水稳基层；裂缝；原因；防治

0 前言

水泥稳定碎石基层作为半刚性基层的主要代表之一，在公路建设尤其是高等级公路建设中得到了广泛的应用。主要原因是水稳基层具有强度高、板体性及水稳性好的优点，符合“强基薄面”的设计思想。与此同时，水稳基层自身具有刚度较大，其抗收缩变形能力较差的特点，在温度骤降、水分减少等外因作用下，极易产生收缩。这种收缩易使水稳基层产生收缩裂缝，并导致沥青面层形成反射裂缝，影响路面的使用性能和寿命。因此，分析水稳基层的裂缝成因并提出相应的防护措施具有重要意义。

1 水稳基层裂缝的形成机理

水泥稳定类材料属半刚性基层结构，而半刚性基层材料的主要特点是抗裂性能差，易产生收缩裂缝。分析其裂缝形成过程，大致分为初期收缩裂缝、中期内应力裂缝、后期荷载外力裂缝。

1.1 初期收缩裂缝

此种裂缝是工程上发生较普遍的裂缝，其产生主要是由于压实后的水稳基层中水不断蒸发和水泥水化作用使水份不断减少，产生吸附作用、毛细管作用、材料矿物晶体、凝胶体、层间水的作用以及碳化收缩作用等，使水泥稳定基层压实体积收缩，从而形成裂缝。这种缝一般在水稳基层完工后20d左右产生，缝宽多为10～15mm，横向贯通或半贯通。

中期内应力裂缝产生是由于水稳基层自身材料干缩和温差应变胀缩产生的拉应力超过其自身的极限抗拉强度，导致水稳基层从强度薄弱断面处断裂而产生裂缝，它是工程上发生最多的裂缝。对于含土或含矿料细粉料较多材料产生的裂缝主要以干缩为主；对于含集料较多的材料产生的裂缝主要以温缩为主。

1.3 后期荷载外力裂缝

中期内应力裂缝基本形成后，随着路面使用时间的延长及受自然因素变化的影响，横向裂缝在不断增加，缝宽在不断增大。同时，横向裂缝在不断附生纵向裂缝的产生，最终形成网裂片区。在车辆荷载作用下，水稳基层板块不断产生断裂，且裂缝发展速度快，宽度大，进而发展到结构性破坏。并可反射到面层，将严重影响到路面的使用功能。

2 水稳基层裂缝产生的原因分析

导致水稳基层产生裂缝的因素很多，各种因素间的相互作用也十分复杂，为此只有进行深入的研究分析和实践总结，才能找准原因。

2.1 集料的影响

集料的级配不佳、细粉料含量多是导致水稳基层产生裂缝不可忽略的因素之一。使用级配不佳的集料，粗、细集料集中现象普遍存在，其结构强度的均匀性较差，弯沉值的变异系数大，水稳基层悬空系数大。粗集料集中部位强度高，细集料集中部位强度低，且干缩系数大，在内应力或荷载外力作用下使水稳基层从强度较低断面处开裂。

粒料小于0.075mm的细粉料偏多，粉料不但本身含有塑性，而且集料本身不可避免地含有少量的土掺入，使塑性指数增大。矿料的细粉料含量和塑性指数是影响水稳基层干缩应变的主要因素之一，且干缩系数随细粉料的含量和塑性指数的增大而增大。细粉料过多和塑性指数过高的矿料铺筑的水泥基层产生裂缝的概率大。

2.2 水泥的品种及剂量影响

水泥作为唯一的一种稳定剂，其质量至关重要，它的矿物成份优劣及剂量大小是水稳基层是否产生收缩裂缝的主导因素。通常认为，各种类型的水泥都可用于稳定土，然而，实践证明，对同一种集料，水泥矿物成份是决定水稳集料强度高低的主要因素。经试验确定，硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥则较差。特别是一些小厂生产的水泥，硅酸二钙和铝酸三钙含量较高，或者含有较高的有害杂质，会使水稳层的稳定性降低，产生过大的收缩，从而导致收缩裂缝的产生。

水稳集料的强度随水泥剂量的增加而增加，但过多的水泥用量虽然可以获得强度的增加，同时也会产生较大的收缩和较多的裂缝，在经济上也是不合理的。如果水泥用量过大，收缩量必将加大，产生收缩裂缝的可能性也随之增多。另外，不同批次生产的水泥，特别是不同厂家、不同标号的水泥混用，产生裂缝的可能性也是相当大的。

2.3 施工因素的影响

2.3.1 混合料的拌和

如果混合料拌和不均，使局部粗、细集料集中，或局部水泥剂量过大，都可导致裂缝产生。

2.3.2 混合料的运输、摊铺

混合料拌和后，未能及时运至施工现场；或者因运输距离长、混合料在运输过程中未采取覆盖措施，使混合料的水分散失；以及摊铺段过长使混合料的水分蒸发过大，都可造成水稳基层表面失水干燥产生干缩裂缝。如果在运输过程中出现严重颠簸使混合料产生离析，或者摊铺不均时亦可产生粗、细集料集中现象而导致裂缝产生。

2.3.3 含水量控制不佳

含水量是影响水稳基层产生初期收缩裂缝的重要因素。含水量过大，即会出现“波浪”、“弹软”等现象，影响混合料可能达到的密实度和强度，也会增大混合料的干缩性，使结构层容易产生干缩裂缝。含水量大易产生车辙，平整度降低，必然造成开裂。此外，碾压时含水量愈大，竣工后干缩裂缝也将愈严重。

2.3.4 碾压方法不当

压实成型是水稳基层施工中的重要工艺，影响压实效果的因素较多，诸如含水量、压实机械及方法等。如果在初压过程中压路机吨位过大、碾压速度过快，往往会产生施工裂缝。另外，过振碾压，易造成水稳层表面水泥浆大，从而增大了表面收缩性，同样亦可产生收缩裂缝。 2.4 养生的影响

水稳基层需保湿养生，使水泥充分水化，保证水稳强度不断增大，防止因失水过快而产生干缩裂缝。如不及时养生或养生期不足，则会发生混合料失水过快，水泥水化反应所需要的水分不足，而产生干缩裂缝。干缩裂缝多少与混合料失水率的大小有直接关系。

3 水稳基层裂缝的防治措施

水稳基层产生裂缝的防治应遵循“预防为主”的原则，在设计和施工过程中，通过合理设计、提高施工工艺等办法进行有效预防，最大限度地减少裂缝的产生。

3.1 材料组成的设计

良好的配合比设计，控制好粒料中细料含量和塑性指数，对减少干缩效果十分明显。通过级配的合理调整，尺可能采用骨架密实型结构，减少水泥用量，降低单方用水量，增加粗骨料的相对含量。实践证明，用级配良好的材料既能增加抗干缩能力，又可以节约水泥，即通过改善集料级配来达到减少水泥用量的目的。因为集料的粒径越大，应变就越小，并且随粒径增大，受水泥剂量影响的程度越小，这样可提高基层的抗干缩能力。

3.2 控制好水泥剂量

水泥剂量大小是影响水泥稳定碎石基层干缩和温缩的重要因素。因此控制好水泥剂量十分重要，生产过程中水泥剂量控制以取样检测与总量控制相结合。通过随机采样测定混和料水泥剂量，作为拌和楼水泥用量设定值调整的依据，以控制水泥剂量大小与均匀性，每天施工结束后进行实际水泥用量与设计用量比算，控制水泥总量。

3.3 采用收缩性小的水泥

水泥的品种对基层的收缩性影响也很大。一般情况下，强度等级为32.5或42.5的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥都可用于拌制水泥稳定碎石混合料，为在水泥初凝之前压实时间充足，应要求水泥初凝时间不小于3h（根据气温情况一般控制在4～5h较好）、终凝时间不小于6h。在达到强度标准的前提下，尽可能减少水泥剂量（一般控制在4%～5.5%之间）。

3.4 掺用添加剂

为了抵消水泥稳定碎石的收缩裂缝，可混合料中添加Na2SO

4、CaSO

4、MgSO4，膨胀水泥等膨胀物质以抵消基层的收缩裂缝。

3.5 加强施工过程的质量控制

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。只有在良好的施工管理前提下，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，保证集料级配与实验室配合比相符、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。

实际上，许多收缩裂缝是由于不注重养生造成的。水分蒸发过大，或者时干时湿，甚至长时间暴晒。水泥稳定碎石在强度形成过程中，需要消耗水分，尤其是在强度形成初期，养护不良则收缩性大，同时材料自身的抗拉强度低，极易形成裂缝。因此，在铺筑沥青砼下面层前，要随时做好基层的养护工作。

3.5.1 严格控制混合料质量

混和料的级配、含水量及拌和均匀，直接关系到基层的强度和稳定性，必须从严控制。每天开盘后，按规定取混和料试样检查级配和水泥剂量，随时在线检查配比、含水量是否变化。高温作业时，早晚与中午的含水量要有区别，要按温度变化进行调整，水泥剂量一般比室内配合比确定的剂量增加0.5%，含水量较最佳含水量大1%左右。

3.5.2 确保混合料充分压实

混和料从加入水泥拌和到碾压完毕的时间应根据延迟试验确定，视气温情况一般控制在2～4h之内，宜在最短的时间内尽快完成压实。碾压应遵循试铺路段确定的程序与工艺，注意稳压要充分，振动不起浪、不推移，遵循稳压―轻振动碾压―重振动碾压―胶轮稳压的程序，压至无轮迹为止。只有混合料得到充分的压实，其抗弯拉强度、抗压强度才越大，抵抗裂缝的能力才越强。

3.5.3 高度重视养护，尽早铺筑面层

水泥稳定碎石混和料压实后，必须在适当的温度和湿度的条件下养护一定的时间（至少7d），这期间是水泥充分水化后，保证基层强度不断增长、增强抵抗收缩开裂的关键阶段。保湿养生结束后，应立即喷洒透层沥青或下封层。之后尽快铺筑沥青面层，保护基层混合料不在自然条件下风干和产生裂缝。实践证明，半刚性基层的干缩裂缝主要发生在交工后的初期阶段，当基层上铺筑沥青面层以后，基层的含水量一般变化不大，此时半刚性基层收缩性转化为温缩为主，沥青面层铺筑对基层有良好的隔温保护作用，可降低温缩裂缝的产生。

3.5.4 注意不同的施工气温和施工季节

温缩的最不利时间是水泥稳定碎石基层处于最佳含水量附近同时气温又在0～10℃时，因此水泥稳定碎石的施工要在当地气温进入0℃前一个月结束，以防止产生较严重的温缩裂缝。同时也要避免在夏季高温中午时段进行施工，避免因气温高混合料的水分快速蒸发而影响水泥的水化作用和混和料强度的形成，降低其抵抗干缩裂缝的能力。

4 几点建议

（1）施工单位应根据自身能力，结合当地施工条件和业主的部署要求，按照施工技术规范和设计标准规定，编制切实可行的施工组织设计及作业指导书，报批后实施。

（2）选择合适的机拌场地，划定适宜的集料堆放场地。各种材料进场必须由试验人员严格检验，决不容许不合格材料进场使用，只有认真把好材料供应关，才能保证水泥稳定碎石基层强度达标。

（3）必须严格按已审定的水稳混合料设计配比方案换算成施工配比，认真称量配料，按程序进行拌和施工，并定期对电子计量器进行标定。

（4）碾压是铺筑层成型、密实度提高的关键工序，必须按规范要求的机型、顺序、遍数一丝不苟地认真落实执行。

（5）养生必须及时全方位进行，如采用土工布覆盖养生时，必须做到全路幅盖严，特别是冬季施工，全面保养是确保工程质量的关键措施。

5 结束语

导致水稳基层产生裂缝的因素很多，多种因素间又相互作用，成因较复杂。但是只要认真分析裂缝的形成机理和产生裂缝的原因，从工程设计到施工过程中的每一个环节，都加强质量控制，并采取相应的防治措施，就能够减少或避免裂缝的产生，从而保证水泥稳定基层的强度、板体性、稳定性及耐久性，确保水稳基层的使用品质。

【参考文献】

[2]杨春，廖成刚.道路水稳碎石基层裂缝防治初探[J].科学咨询（决策管理），2008

（17）.