第一篇：高興東公路水泥穩(wěn)定土基層收縮裂逢的成因及防止措施

高興東公路水泥穩(wěn)定土基層收縮裂逢的成因及防止措施

南京工程學(xué)院 焦磊

摘要：在高等級路面鋪筑瀝青完成且經(jīng)過一段時間的車輛荷載的考驗后，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)水泥穩(wěn)定土基層有很多裂縫，情況比較嚴重時，可能出現(xiàn)反射裂縫。結(jié)合高興東公路施工實踐，對基層收縮裂縫的成因機理作了分析，并提出了在施工中防治裂縫發(fā)生的有效措施。

關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定土

收縮裂縫

措施

1.緒論

水泥穩(wěn)定土類基層作為半剛性基層的一種是瀝青路面結(jié)構(gòu)的主要承重層，因其結(jié)構(gòu)強度較高，荷載分部良好，水穩(wěn)性可靠以及施工成本低廉，目前已成為現(xiàn)代高速公路、高等級道路普遍采用的路面結(jié)構(gòu)形式。

水泥穩(wěn)定土固有的溫縮與干縮特性及水泥穩(wěn)定碎石和瀝青材料對溫度和濕度變化的敏感性，使其在強度形成過程中以及營運期間會產(chǎn)生干縮裂縫和低溫收縮裂縫。在路面交通荷載重復(fù)作用下，水泥穩(wěn)定土類基層的干縮裂縫和收縮裂縫會擴展到瀝青路面面層形成反射裂縫而具有弱點。路面裂縫不僅影響路面美觀﹑減低平整度，而且會削弱路面的整體平整度。特別是路面開裂后水分通過裂縫滲到路面基層﹑低基層甚至土層，削弱基層﹑土層的強度，從而加劇路面的破壞，直接影響路面的使用功能和使用壽命。這一問題已成為廣大道路建設(shè)者共同關(guān)心的一個難題，從廣大建設(shè)者和研究者的角度出發(fā)，目前較普遍的結(jié)論主要有：

水泥穩(wěn)定土類基層容易產(chǎn)生收縮裂縫，其主要表現(xiàn)形式是在基層面出現(xiàn)有規(guī)則的橫向裂縫。

水泥穩(wěn)定土類基層過早出現(xiàn)收縮裂縫，容易引起瀝青路面出現(xiàn)反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫。

瀝青面層攤鋪時，基層尚未出現(xiàn)有規(guī)則的橫向裂縫，可以延緩和減少反射裂縫的產(chǎn)生，但在極端氣候人條件下，路面仍有可能出現(xiàn)橫向裂縫。

設(shè)計采取加厚瀝青面層或設(shè)置隔層，在一定程度上可能推遲或減輕裂縫的產(chǎn)生，卻不能徹底解決此問題。

加鋪后的瀝青面層下優(yōu)質(zhì)的水泥穩(wěn)定碎石基層，可以保持不先裂，只有當瀝青面層開始產(chǎn)生收縮裂縫，才會影響或可能使基層產(chǎn)生自上而下的裂縫。歸納一點，水泥穩(wěn)定土類基層產(chǎn)生橫向收縮裂縫，對鋪筑后的瀝青面層是十分不利的，因此，防治基層產(chǎn)生橫向收縮裂縫，對提高瀝青路面品質(zhì)是十分重要的。為此，研究分析水泥穩(wěn)定土類基層收縮縫的成因機理和防治措施有其積極意義。

2.施工背景及效果

2.1水文氣象及地質(zhì)地貌

高興東公路新建道路地處內(nèi)陸，屬暖溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候，冬季寒冷，夏季炎熱，四季分明，降水量、蒸發(fā)量、氣溫等氣候要素的年紀、年內(nèi)變化明顯，多年平均氣溫13.8攝氏度，多年平均降水量575.1mm，年降水量分配不均，雨季集中在7、8、9三個月。平均相對濕度60%；勘察深度內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地下水、空洞、暗濱等不良地質(zhì)作用及地下不利埋藏物。2.2施工技術(shù)標準

2.2.1底基層設(shè)計厚度30cm，石灰穩(wěn)定土（石灰：土=12：88）分兩層鋪設(shè)，每層15cm，設(shè)計強度不低于0.8mpa（7d無側(cè)限抗壓強度）。

2.2.2基層（水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石）設(shè)計厚度30cm，分上下兩層各15cm施工，設(shè)計強度不小于2.5 mpa（7d無側(cè)限抗壓強度），設(shè)計混合料的基本特性是低強度、低水泥劑量。

2.2.3基層頂面采用乳化瀝青封層（不計厚度），防滲及上下聯(lián)結(jié)良好。2.2.4瀝青面層設(shè)計總厚度12cm，其中厚密集配瀝青混合料4cm（ac-13c），厚密集配瀝青混合料8cm（ac-20c）；采用了較厚的瀝青面層和高性能瀝青混凝土。2.3基層實體質(zhì)量描述

施工過程中未發(fā)現(xiàn)有規(guī)則的橫向收縮裂縫，包括兩個越冬路段也未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫?；鶎拥你@件完整，強度較好，一般在5～7d左右即可取出芯樣。室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度單個樣本強度在3.0 mpa以上。

3.基層裂縫成因機理分析

水泥穩(wěn)定土類基層收縮裂縫發(fā)育程度，一是基于基層的溫縮與干縮固有特性；二是基于施工方案與工藝水準；三是基于施工外部環(huán)境（低溫、溫差、暴曬、蒸發(fā)）等自然力作用。

3.1水泥穩(wěn)定粒料土干縮特性及影響因素

水泥和各種粒料土加水拌合與壓實后，由于水分蒸發(fā)和混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用，其含水量會不斷減少，在不斷失水的過程中，基層內(nèi)部產(chǎn)生干縮應(yīng)力，產(chǎn)生體積收縮應(yīng)變，由于道路橫向約束較小，體積收縮應(yīng)變主要以產(chǎn)生橫向收縮裂縫為主。干縮特性一般以干縮洗漱的大小來描述。經(jīng)研究與試驗分析，影響水泥穩(wěn)定粒料土的干縮性主要與粒料土的含量和塑性指數(shù)、水泥劑量、制件含水量和失水率等因素有關(guān)，對比試驗表明：

水泥劑量不變時，水泥粒料土的干縮應(yīng)變小于水泥土的干縮應(yīng)變，水泥粒料土的干縮應(yīng)變隨土含量增大而增大。

粒料土的塑性指數(shù)對水泥混合料的干縮應(yīng)變的影響是正比關(guān)系，及塑性愈大，干縮應(yīng)變也愈大。

制件含水量對水泥穩(wěn)定粒料土的干縮應(yīng)變明顯，含水量增加，干縮應(yīng)變也增加。

失水率愈大，基層內(nèi)部產(chǎn)生收縮應(yīng)力愈早，失水量愈大，混合料的收縮系數(shù)愈大。

干縮應(yīng)變隨集料級配和水泥劑量有很大變化，一般集料平均粒徑增大，水泥劑量對干縮應(yīng)變的影響減少。集料平均粒徑在5.7mm以上時，水泥劑量對干縮應(yīng)變的影響很小；集料平均粒徑在1.2～3.3mm時，水灰比對干縮應(yīng)變的影響特別明顯。

齡期相同時骨架密實的水穩(wěn)結(jié)構(gòu)的干縮系數(shù)明顯小于懸浮結(jié)構(gòu)。3.2水泥穩(wěn)定粒料土溫度收縮特性及影響因素

組成水泥穩(wěn)定粒料土的集料、水和空隙中的氣體在降溫過程中相互作用，使壓實后的混合料產(chǎn)生體積收縮，即溫度收縮。就組成骨架的礦物顆粒而言，原材料中砂粒以上的顆粒溫度收縮系數(shù)較小，粉粒以下的顆粒溫縮性較大，粘土及其它膠體顆粒溫縮性大小與擴散層厚度成正比。

影響材料的溫縮性質(zhì)的主要因素有：含水量、集料和土含量、土的礦物成分、環(huán)境溫度和齡期等。3.2.1溫差裂縫成因

混凝土溫度裂縫多出現(xiàn)于大體積中，溫度應(yīng)力的形成過程可分為早期、中期、晚期三個階段。早期一般為30天，自混凝土澆筑開始至水泥放熱基本結(jié)束為止。水泥水化熱大量積聚，造成混凝土內(nèi)部溫度升高，表面溫度降低，形成內(nèi)外溫差（在沒有拆模時，正確的內(nèi)外溫差值是混凝土的中心溫度與拆模前混凝土的表面溫度之差）；中期自水泥放熱基本結(jié)束時開始至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時為止；晚期是混凝土完全冷卻后的運轉(zhuǎn)時期，混凝土在拆模前后或受寒潮襲擊，使表面溫度降低很快，造成了溫度陡降（驟冷）。由溫度所引起混凝土的應(yīng)力又可分為自生應(yīng)力和約束應(yīng)力兩種，這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮應(yīng)力共同產(chǎn)生作用。施工中混凝土最高溫度冷卻到運轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度往往內(nèi)部產(chǎn)生相當大的應(yīng)力，有時溫度應(yīng)力可超過其它荷載所引起的應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。

在大體積鋼筋混凝土中，溫度裂縫較為普遍。但目前設(shè)計和施工規(guī)范還沒有明確的規(guī)定，因此，在施工前，必須確定裂縫控制的有關(guān)問題，擬定相應(yīng)技術(shù)措施，以盡量減少溫度應(yīng)力。3.2.2收縮裂縫成因

由于原材料不均勻、水灰比不穩(wěn)定及運輸澆筑過程中混凝土的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土板中其抗拉強度也是不均勻的，存在許多抗拉能力較低、易出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。如現(xiàn)澆樓板的板角處等，這些部位設(shè)計中都要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或只允許有很小的拉應(yīng)力。

混凝土收縮分為濕度收縮（即干縮）和自收縮。濕度收縮，是混凝土中多余水分的蒸發(fā)，隨濕度降低、體積減小雨產(chǎn)生的收縮，其收縮量占整個收縮量的80％～90％。自收縮，是水泥水化作用引起的體積收縮，即水泥水化作用使形成的水泥骨架不斷緊密，造成體積減小。收縮發(fā)展規(guī)律是早期快、后期慢。影響收縮的因素很多，主要是水泥摻合料品種與質(zhì)量、混凝土配合比、化學(xué)添加劑以及養(yǎng)護條件等。與溫度裂縫一樣，收縮裂縫的形成，也必須同時存在收縮變形和約束2個條件。

通過近年來筆者施工過的不同道路水泥穩(wěn)定基層原材料的分析，在環(huán)境因素相同的情況下，可以得出幾點結(jié)論：

水泥穩(wěn)定集料的收縮特性優(yōu)于其它半剛性材料。

材料組成是關(guān)鍵，要選擇合適的原材料，嚴格控制混合料中的土含量，含土量大，塑性指數(shù)高，材料抗收縮特性差。骨架嵌擠密實結(jié)構(gòu)能提高結(jié)構(gòu)強度，也能提高抗收縮能力。

控制好混合料的最佳含水量，既能得到良好的壓實度，獲取最大的壓實干密度，還能有效降低混合料的收縮性。

控制好水泥劑量，在滿足設(shè)計強度要求的情況下盡可能采用較低的水泥劑量，能減少混合料的收縮性。

4.施工中防治水泥穩(wěn)定基層產(chǎn)生收縮裂縫的措施

實踐證明，施工質(zhì)量的好壞，直接影響基層的質(zhì)量。避免和減少基層過早地產(chǎn)生橫向收縮裂縫，有以下幾方面防治措施： 4.1選擇好原材料

使其符合施工技術(shù)規(guī)范中各項質(zhì)量指標。水泥穩(wěn)定土類基層宜采用緩凝型強度等級較低的水泥；水泥各齡期強度、安定性等應(yīng)達到相應(yīng)指標要求；要求水泥初凝時間3h以上，終凝時間不小于6h。集料碎石壓碎值不大于28%，粗集料針片狀含量不大于15%，集料中小于0.6mm顆粒必須做液限和塑性指數(shù)試驗，要求液限小于28%，塑性指數(shù)小于9。

4.2認真做好混合料的組成設(shè)計和生產(chǎn)配合比驗證

按重型標準擊實試驗求的可靠的標準密度。生產(chǎn)過程中按規(guī)定檢查頻率檢驗混合料各項質(zhì)量指標，在滿足設(shè)計強度要求的情況下盡可能降低的水泥用量，以最佳含水量掌握好施工含水量，施工含水量一般不宜超過最佳含水量的1%。4.3采用拌和樓集中拌和

投料應(yīng)有符合要求的自動計量裝置，減少混合料的離散性，拌和的混合料要均勻一致，具有良好的和易性。4.4盡量采用大型攤鋪機攤鋪混合料

按設(shè)計標高控制好攤鋪厚度及平整度，保證壓實后的基層結(jié)構(gòu)厚度一致，平整度良好。

4.5在規(guī)定時間內(nèi)一次壓實成型

必須控制在水泥的初凝時間內(nèi)，一般不超過3h。4.6確定壓路機的類型

通過試鋪，確定壓路機的類型（宜用大噸位壓路機）、碾壓組合方式和壓實工藝，接縫和邊角部位要加壓，盡可能提高壓實密度。4.7充分灑水保濕養(yǎng)生

壓實成型后有條件的及時用透水土工布覆蓋，充分灑水保濕養(yǎng)生，防止基層在終凝前失水影響強度。4.8及時施工下封層和面層

早期強度形成后經(jīng)檢驗合格，宜立即施工下封層和面層，以防暴露時間過長而失水，這對減少路面各結(jié)構(gòu)層的施工污染、提高層間結(jié)合力、防止基層出現(xiàn)早期干縮裂縫十分有效。4.9掌握好施工季節(jié)

地表溫度低于2～3攝氏度時盡量不施工，嚴防霜凍。夏天高溫強度形成較快，表面蒸發(fā)和水化作用吸水量均較大，攤鋪前應(yīng)對下層灑水濕潤，攤鋪壓實施工要連續(xù)、緊湊，壓實后要及時覆蓋、灑水養(yǎng)生要充分。4.10未經(jīng)封層嚴禁在基層上通車施工

結(jié)束語

水泥穩(wěn)定土越來越普遍地用于高等級公路路面中，我們不應(yīng)片面地追求大水泥劑量、猛灑水，而應(yīng)當適當減小水泥劑量，控制好碾壓含水量，對已成型基層采取良好的保護措施。把水分和溫度保持一定范圍內(nèi)，這樣就減少了收縮裂縫，也減少了反射裂縫，提高了半剛性基層的質(zhì)量，延長了路面的使用壽命。

參考文獻

[1] 遲長玉,王力艷.淺析水泥對水泥穩(wěn)定土的影響[J].北方交通.2006(03)[2] 張亞娟.淺析水泥穩(wěn)定土應(yīng)用于公路工程的特點[J].科學(xué)之友(學(xué)術(shù)版).2006(07)[3] 李仕玲.水泥穩(wěn)定土半剛性基層裂縫成因及處理[J].公路與汽運.2006(04)[4] 李華.公路工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施[J].西部探礦工程.2006(S1)[5] 慕元祿.防止瀝青路面裂縫的措施[J].油氣田地面工程.1996(03)[6] 董波.水泥穩(wěn)定基層的裂縫成因及防治[J].西部探礦工程.2008(01)

致謝：

在本次論文設(shè)計過程中，XXX老師對該論文從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心指引與教導(dǎo),使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計。在學(xué)習(xí)中,老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，導(dǎo)師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學(xué)精神，將永遠激勵著我。

最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。

第二篇：施工中減少水泥穩(wěn)定土收縮裂縫的措施

在高等級公路路面施工中

減少水泥穩(wěn)定土收縮裂縫的措施 譚斌1，孫春陽1，田志峰2（1.山東省濰坊市公路工程監(jiān)理處；2.山東省濰坊市公路管理局）

摘要：在高等級路面鋪筑瀝青面層前，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)水泥穩(wěn)定土基層有很多裂縫，特別是跨工程，經(jīng)過冬季后，水泥穩(wěn)定土基層裂縫更多。情況比較嚴重時，可能出現(xiàn)反射裂縫。將瀝青面層拉裂，甚至產(chǎn)生透水唧漿現(xiàn)象,減少了瀝青面層的壽命，為此對收縮裂縫的研究越來越引起同行們的重視。

關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定土；收縮裂縫；措施

水泥穩(wěn)定土一般用于高級及次高級路面的基層,我國約有80%的高速公路采用了水泥穩(wěn)定級配集料做為主要承重層。這類材料所固有的溫縮和干縮特性易使半剛性基層產(chǎn)生收縮裂縫，并導(dǎo)致了瀝青混凝土面層反射裂縫的產(chǎn)生。

1、裂縫類型 1.1干縮裂縫

水泥與各種細粒土（中粒土、粗粒土）和水經(jīng)拌合壓實后，由于蒸發(fā)和混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用，混合料水分會不斷減少而發(fā)生的毛細管作用、分子間力的作用、礦物晶體或凝膠體間層間水的作用和碳化收縮作用等會引起半剛性材料體積收縮。當失水量為2.5％以上，且較長時間暴露（5d～10d以上）時，就會產(chǎn)生間距3m～10m的橫向干縮裂縫，也有少數(shù)縱向裂縫，縫頂寬為0.5mm～3mm。1.2溫縮裂縫

組成半剛性材料的三個相（即不同礦物顆粒組成的固相、液相和氣相），在降溫過程中相護作用使半剛性材料產(chǎn)生體積收縮叫做溫縮。在水泥穩(wěn)定土基層養(yǎng)生期后如不及時鋪筑面層，長時間曝曬；或在嚴重冰凍地區(qū)，冬季氣溫急劇降低時，半剛性基層會產(chǎn)生溫度收縮裂縫。間距一般為：10m～30m，冬季縫寬約3mm～30mm，夏季不足1mm。1.3干縮與溫縮的比較

同樣材料的干縮系數(shù)是溫縮系數(shù)若干倍（見表1），故應(yīng)著重研究水泥穩(wěn)定土的干縮性質(zhì)。干縮系數(shù)與溫縮系數(shù)的比較表一

干縮系數(shù)（＊10-6）／％

溫縮系數(shù)（＊10-6）／℃

1/2最大失水量

最大失水量

-5℃

-15℃ 水泥土

465.50

344.00

25.80

33.80

水泥粒料

6.65 62.0 8.50

13.00

2、影響干縮裂縫與溫縮裂縫的主要因素 2.1干縮

影響溫度收縮的主要因素有：成品混合料碾壓時的含水量、結(jié)合料的劑量（主要是水泥劑量）、被穩(wěn)定土的類別（細粒土、中粒土、粗粒土）、粒料的含量、小于0.5mm的細土含量和塑性指數(shù)、小于0.002mm的粘粒含量等。2.1.1水泥穩(wěn)定土的碾壓含水量

碾壓時拌和料的含水量超過最佳含水量越大，竣工后水泥穩(wěn)定土的干縮裂縫也愈嚴重。含水量每增加1％，干縮應(yīng)變相應(yīng)增加23.5×10-6～80.1×10-6。2.1.2水泥劑量

水泥劑量一般為4％～6％，水泥劑量增加1％，干縮裂縫增加25×10-6，其影響程度明顯小于含水量增加1％。

2.1.3土含量、土中粘粒含量、土的塑性指數(shù)

土中小于0.002mm粘粒含量愈多，水泥土的收縮性愈大。水泥粒料土的干縮應(yīng)變又隨土的含量增加而增大，粒料土的塑性對水泥混合料的干縮應(yīng)變是正比關(guān)系，即塑性愈大，干縮應(yīng)變愈大。水泥粒料90天的干縮應(yīng)變S與塑性指數(shù)Z的回歸方程為：S＝3.70Z+50.92（r=0.957）。2.1.4集料的平均粒徑

以3％、5％、7％三種水泥劑量來穩(wěn)定平均粒徑分別為1.2mm、3.3mm和5.7mm的集料進行干縮試驗。由試驗結(jié)果（見表二）可以看出：在集料平均粒徑大于3.3mm時，干縮應(yīng)變明顯變小。對于水泥劑量的影響，由試驗結(jié)果（見表二）也可以看出：隨集料平均粒徑增大而減小，對于平均粒徑5.7mm的集料，水泥劑量的影響很小。2.2溫縮

影響溫度收縮的主要因素是集料或土的含量、含水量、溫度。2.2.1土含量

隨著拌合料中的含土量的增加，混合料的溫縮系數(shù)隨溫度降低的變化幅度越來越大。溫度越低，含土量對溫縮系數(shù)的影響愈大。穩(wěn)定細粒土的溫差系數(shù)大于穩(wěn)定中粒土和穩(wěn)定粗粒土。2.2.2含水量

通過對比試驗得知：飽水、風(fēng)干和干燥狀態(tài)下溫縮系數(shù)較小，在最佳含水量左右水泥穩(wěn)定土的溫縮系數(shù)最大。2.2.3溫度

在接近最佳含水量和0℃～10℃時，溫度收縮最為強烈，若不采取有效的保溫措施，則會出現(xiàn)較大溫縮裂縫。

例：濟青高速公路五合同92年施工的水泥穩(wěn)定砂礫基層未采用保溫措施，每隔10m～15m出現(xiàn)與路線方向接近45°的溫縮裂縫，縫寬3mm～5mm，深5～10mm。日竹高速公路十合同99年施工的水泥穩(wěn)定砂摻碎石基層、水泥穩(wěn)定碎石基層采用了塑料布、5cm以上麥秸、10cm以上土覆蓋，只出現(xiàn)了少量輕微裂縫，間距30m～50m，縫寬1～2mm。

3、減輕收縮裂縫的措施

3.1施工配比設(shè)計中，不應(yīng)摻土，通過0.075m篩孔的細料含量控制在5％～7％，適當增加10mm～30mm碎石（礫石）的含量，盡量不采用水泥穩(wěn)定細粒土。

3.2在滿足強度要求的前提下，盡量采用較小的水泥劑量，建議采用水泥劑量范圍：4.5％～5.5％。

3.2控制施工碾壓時的含水量不超過基層施工規(guī)范所規(guī)定的含水量，即使天氣炎熱，也不能超過最佳含水量2％；另外要及時補充碾壓過程中的水分損失，失水量控制在2％以內(nèi)。3.4加強覆蓋養(yǎng)生，水泥穩(wěn)定土基層經(jīng)7天養(yǎng)生結(jié)束后，最好立即噴灑透層瀝青，盡快鋪筑瀝青面層。如有必要也可適當延長養(yǎng)生期，但是決不能讓基層曝曬變干開裂。

3.5對經(jīng)過冬季的基層應(yīng)采取覆蓋措施，沒有必要覆蓋透層油過冬，因為來年春季透層油一般會開裂并脫落。

4、結(jié)語

水泥穩(wěn)定土越來越普遍地用于高等級公路路面中，我們不應(yīng)片面地追求大水泥劑量、猛灑水，而應(yīng)當適當減小水泥劑量，控制好碾壓含水量，對已成型基層采取良好的保護措施。把水分和溫度保持一定范圍內(nèi)，這樣就減少了收縮裂縫，也減少了反射裂縫，提高了半剛性基層的質(zhì)量，延長了路面的使用壽命。參考文獻：［1］JTJ 071-98 公路工程質(zhì)量檢驗評定標準 ［2］山東省公路工程招標文件（通用本）［3］高等級公路半剛性基層瀝青路面沙慶林著