水泥稳定碎石基层裂缝形成过程及产生原因分析

水泥稳定碎石基层裂缝形成过程及产生原因分析

涂刚任天鹤

贵州省公路工程集团有限公司贵州贵阳550005

摘要：对公路水泥稳定基层的裂缝形成过程，裂缝分类及产生原因进行研究，对问题较全面的进行了过程探讨，对本基层类型的工程应用进行有效解析。

关键词：水泥稳定基层；裂缝形成过程；产生原因分析

引言：水泥稳定碎石基层具有初期强度高且随龄期增长，它的力学强度还可以根据需要进行调整的特性。因此它作为一种半刚性材料，其良好的稳定性，强度及刚度，强度均匀性。加之易于就地取材，施工工艺简单成熟，工程经济等优点，近年来被大量应用。但公路是一具动态的受力体，其受力模型与实际情况有较大差异，任何单一的分析与处理都将是一种不全面的，我们只有通过大量的实验与实践，通过不断的总结提高，理性地，抓主放次的定性。才能最终把这一基层材料用好。本文仅从裂缝形成过程，裂缝分类及成因进行分析探讨。

一、施工前需要准备过程

施工前过程是指在公路路基、垫层及底基层施工完成后至水泥稳定碎石施工前这一阶段。水泥稳定基层是一个半刚性基层，对基础的强度，稳定性，路基的均匀性更为重要，路基施工中由于设计，施工及特殊地质造成的路基的强度，稳定性及均匀性不足或缺陷我们称作施工前过程。主要情况有路基软基，地下水浸害，强度不均匀路基，稳定性不够路基。这一过程似乎与基层质量控制无关，其实质是对基层造成陷性病害。同时对路基成造成的危害也是长期的，后期修复困难或者是不可修复的。所以我们要想获得良好的基层效果，必须加强这一过程的设计及施工控制，真正做成强基薄面。为基层病害的防治做好第一步。

1.1施工过程任务

施工过程是指路基底基层验收开始施工水泥稳定基层至交付使用这一过程。这一过程是水泥稳定碎石基层成败的关键，从底基层的修补与验收，原材料的选择与控制，施工过程的拌和摊铺及养生，交通开放。其中的每个环节都将对水泥稳定基层的施工成败产生决定作用。这是水泥稳定碎石基层的裂缝形成主要阶段，是裂缝产生的源头。我们要控制好这一阶段的施工工艺，我们的水泥稳定基层施工已成工大半。

1.2、使用及维护过程

古语云：好货不如好护。任何东西都离不开维护，只有合理的使用，及时良好的维护，才是事半工倍的最佳途径。公路是一个动态的受力体，不但受到汽车等荷载的影响，更受到其它自然物质的侵害，如雨雪等。我们只有防微杜渐，从头做起，及时有效防护，才能有效地把在施工中造成，使用中扩大的病害有效制止。同时提高公路的运输效力，降低养护成本，获得良好的经济和社会效益。

二、裂缝类型

水泥兆定碎石基层的裂缝破坏主要经历了三个阶段。原材料融期的收缩裂缝，使用中的内应力作用裂缝及后期外力裂缝阶段，其分类如下。

2.1收缩裂缝，水泥稳定基层的各原材料在加水经抖合铺筑辗压后至强度达至稳定的28天内产生。主要是由于压实后的水泥稳定基层中的水不断蒸发和水泥水化作用使水分不断减速少，产生毛细管作用、吸附作用、分子间力作用以及材料矿物晶体、凝胶体层间水的作用、碳化收缩作用等，使水泥稳定基层压实体产生体积收缩，形成收缩裂缝。此时裂缝一般较小并主要为横向。一般深约2-3cm，宽约1mm左右。

2.2内应力裂缝：由于收缩裂缝的原因，水泥稳定基层在经过一个完整季节后，由于受内应力影响，水泥稳定基层自身材料干缩及温差等因素过程完成，此时的受力体已重新进行组合分配形成新的受力体，水泥稳定基层形成了长度不等的相对独立的受力板块。一般开裂间距为7米左右，缝宽进一步增大。应力裂缝主要还是横向裂缝为主。此阶段是因水泥稳定基层自身材料干缩和温差应变胀缩产生的拉应力超过水泥稳定基层自身的极限抗拉强度，使其从强度软弱产生。

2.3后期裂缝：中期内应力裂缝产生并成型后，水泥稳定基层形成相对无限连续的简支板受力体系。由于收缩裂缝及内应力裂缝的不断增大，并同时伴有纵向裂缝的形成，最终会愉网裂片区的形式出现。此时由于受外力作用特别是车辆造成裂缝进一步扩大，加之自然原因特别是水的侵害，裂缝中由水的侵入导致路基强度降低，裂缝两边的水泥稳定基层逐步悬空形成相对悬臂板，以至整个基层的破坏。此阶段裂缝发展快，破坏段以网状出现，水泥稳定基层形成独立板块。并随之造成路基的连带影响。如遇雨季则由于水的浸入导致翻浆。

三、裂缝产生原因，裂缝形成原因是多种多样的，并且之间交错影响是相小当的大，单从某一方面同梓无法从根本上，只有通过大量的试验及实践不断总结。但万变不离其中，我们只要抓住主要的，从源头上，就能从根本上控制其生，并在实践中不断探索，最终有效解决这一问题。总结起来主要有以下几方面的原因。

3.1、路基排水功能，路基的整体稳定是所有稳定的前提，水是造成路基不稳的主要因素，特别是在地下水丰富的地区修筑公路，路基的排水更是重中之重，所以做好路基的排水系统显得犹为重要，基层是一个处在面层与底基层之间的主承重层，它的稳定是整个路基的关键。在路基施工中特别要处理好路基排水，特别是地下水，必须保证地下水位在路基中不至影响路基强度，否则一切者将是多余。要对路基的防水形成一个立体的防控体系。地下水必须采取盲沟，渗井等进行拦截和排泄，使其不对路基的强度及稳定性造成伤害。路面水采用截水沟，排水沟，边沟等进行排除。在雨较多地区还应采取增大路拱横坡的方法加快路基水的排除，保证路基不长时间受水的影响。

3.2、底基层强度及均匀性，底基层是一个承上启下的结构层，主要作用是吸收和分散车辆的下传力以及水泥稳定基层的拉应力，减速轻车辆荷载对路基的作用力，排除路面渗水，隔断路基地下水和毛细水上升等。其强度、刚度及稳定性是至关重要和显而易见的，公路施工中合格证其强度、刚度容易做到，但水泥称定基层一个半刚性基层，它的受力不但要求其底基层有足够的强底和刚度更有其均匀性，如底基层的强度不均匀，使水泥稳定基层相对形成无限连续简支板受力体系，会导致承受能力的不同，虽都能满足强底要求，但在日积月累的受力过程中，由其是动载使用过程，会导致基层的疲劳损坏而产生不均匀沉降，产生裂缝。

3.3、车辆荷载及基层厚度，路面是址接承受车辆花卉反复作用和自然因素影响的结构层。车辆花卉是基层受到的最直接也是最主要的外力，其大小与受力状况直接决定着基层的承受能力和持久能力，因车辆荷载是一个动态荷载，基层受力是一个动态的重复荷载，使其处于车辆荷载的反复作用，且车辆荷载的超载对基层的破坏是一个N次累加的破坏，同时车辆及其偶然的冲击荷载对路面及基层的破坏同样是一个在设计中被未重视的破坏力。基层厚度是决定其能力的主要因素，路面厚度增加时，其承载力可以迅速得到提高。根据有关资料，水泥稳定基层百度从10厘米提高到15厘米，板底拉应力减速小一半，从15厘米提高到20厘米，板底拉应力为原来的百分之三十。以上的荷载计算与实际的不符加之超载车辆的日夜增多，更是水泥稳定基层提前破坏和早期破坏的杀手。

综上所述，水泥稳定基层的裂缝原因是一个多因素综合的过程，它与工程地质，水利水文，公路选线，路基稳定，路面结构层厚度设计，原材料的选用，施工控制及使用都有很大的关系，单从某一方面支研究和控制，都将不会成功，只有全面的，一切从实际出发，实事求是地开展工作，通过大量的实践与试验，才能从中掌握其主要因素，从而抓住主要问题及影响其性能的主要所在，从而更加合理，有效地应用好这一基层结构，更好的提高公路路基质量水平。