路桥毕业论文二灰碎石基层裂缝成因与防治.doc

目 录摘要3关键词3前言31 常见裂缝类型32 裂缝成因32.1反射裂缝32.2干缩裂缝42.3温缩裂缝52.4差异沉降裂缝62.5荷载性裂缝63 防治措施73.1施工方面73.1.1 原材料的控制73.1.2 混合料的拌和73.1.3 混合料的运输83.1.4 混合料的摊铺93.2设计方面93.2.1 二灰碎石混合料配合比93.3养护方面104 处治方法114.1 裂缝区段的再堆载124.2 铺设土工格栅124.3 深层压浆处理125 结束语126 参考文献13二灰碎石基层裂缝成因与防治摘要：二灰稳定碎石基层属于无机结合料稳定粒料类基层，它具有以下优点：较高的后期强度和承载能力；刚度大、整体性强；除以上优点外，还有利于我国环保事业的发展，既变废为宝，又减少环境污染，具有很大的社会效益。基于这种情况，在设有火力发电厂的地区，二灰稳定碎石基层在高等级公路基层的修筑中得到越来越普遍的应用。关键词：二灰碎石基层 性能 破坏成因前言 二灰碎石作为半刚性材料，以其整体性强、承载力高、水稳性好、收缩裂缝小的特点，和其成本低廉、材源丰富的优势，在工程建设中，被广泛应用于道面基层结构。近几年，华北地区新建、改扩建机场工程中，特别在飞行区场道施工中，也大量选用二灰碎石作为道面主要基层结构，对节省工程投资、提高基层承载力、延长道面有效使用期，起到了很好的作用。因此，如何搞好二灰碎石施工，更好地提高其使用性，是我们今后在工程实践中应该一直关注的问题。1 常见裂缝类型二灰碎石半刚性基层的裂缝主要有以下几种类型：（1） 沥青面层的温缩裂缝引起的半刚性基层反射裂缝；（2） 半刚性基层因水分散失而引起的干缩裂缝；（3） 半刚性基层由于温度变化，产生温度应力造成的温缩裂缝；（4） 路基差异沉降引起的裂缝。（5） 因荷载引起的结构性裂缝，一般应称之为荷载性裂缝；2 裂缝成因2.1 反射裂缝温缩裂缝、干缩裂缝、荷载性裂缝三种裂缝均是先从二灰碎石半刚性基层低部开裂逐渐向上扩展，最终反射到沥青面层形成裂缝。反射裂缝是指在旧路面上加铺沥青混凝土后，因旧路面的接缝或裂缝而引起的新加铺层的裂缝，其形成的原因与材料性能、结构层组合设计、温湿循环、车辆荷载、疲劳作用以及施工工艺等有关。钻芯取样显示裂缝均为上窄下宽，而沥青面层温缩裂缝引起的半刚性基层反射裂缝则相反，均为上宽下窄，其最先发生在沥青面层，因为沥青材料在较高温度条件下，具有良好的应力松驰性能，温度的升降产生的变化不致于产生过大的温度应力，但当急剧降温且具有干燥的大风时，路面表面温度很快降到比气温还低6-8沥青材料逐渐发硬并开始收缩，由于沥青面层在路面中是受到约束的，面层中产生的收缩拉应力大于面层某一缺陷处沥青混凝土的抗拉强度时，裂缝就在此表面产生。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好，允许有一定的自由收缩时，裂缝就更容易发生。即便此温度应力未超过沥青砼的抗拉强度，在此应力反复作用下，表面也可能产生温度疲劳裂缝。表面一旦开裂，在持续或几次降温过程中，裂缝就会向下发展，并通过面层，危及基层。当面层的裂缝拉开时，裂缝尖端下的基层表面就会产生一个附加应力。它与低温收缩应力相结合，可能超过基层材料的抗拉强度，使基层开裂。在一些裂缝调查取芯中，发现该类裂缝的特点均为上宽下窄，就是一个很好的证明。影响此类裂缝的主要因素是沥青面层的厚度、沥青及沥青混合料的性质、沥青面层与基层的结合质量等。2.2 干缩裂缝干缩裂缝是指水泥稳定碎石在干燥空气中硬化时，随着水分减少体积收缩变形而产生的较为均匀的裂缝。其形成的原因与使用材料如水泥、水和碎石集料都有很大的关系。一方面混合料在凝结硬化过程中，水泥与水起水化反应，消耗大量的水分。另一方面，碎石集料表面吸附水颗粒，细料成分越多，表面吸附的水颗粒就越多。同理，二灰碎石也经常由于施工含水量大于最佳含水量而增大了基层的干缩幅度而产生较多的干缩裂缝。基层产生干缩裂缝的基本机理是一致的：水分减少使体积收缩而产生裂缝。（1）失水导致颗粒间距减小体积收缩水是影响干缩的重要因素，特别是对半刚性基层的干缩影响极大。半刚性基层在压实之后，由于水蒸发和混合料内部发生水化作用，混合料的水分会不断减少。由于水的减少而发生的毛细作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或胶体间水的作用和碳化收缩作用等会引起基层体积收缩。（2结晶水化物和凝胶结构中水化物分解失水二灰碎石含水氢氧化钙、水化硅酸钙和水化铅酸钙内结晶水化物由于风化失去结晶水，导致体积减小。（3炭化反应引起体积收缩氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生炭化反应，析出水分引起体积收缩，但是炭化反应对二灰碎石的强度和刚度是有利的。2.3 温缩裂缝温缩裂缝是指水泥稳定碎石或二灰碎石混合料在硬化初期，由于内部水泥水化和外部气温急剧降低，使得结构内胀外缩，温度应力超过其极限抗弯拉强度后形成的沿横向均匀分布的裂缝。温缩裂缝是由于结构体内固相、液相、气相的不同温度收缩而产生温度收缩应力超过混合料的抗拉强度产生的裂缝，二灰碎石基层的初期强度较低，在气温降低时，二灰碎石基层会产生较大的温缩应力而导致开裂。因此，冻前龄期不足时易产生裂缝，特别时北方地区施工温度较低的时候更应注意。半刚性材料的外观胀缩性是三相在降温过程中的相互作用，使半刚性基层产生体积收缩，即温度收缩。一般气相与大气相通，在综合效应中影响可以忽略不计，原材料中砂粒以上的粒料温度收缩系数较小，粉粒以下的粒料温度收缩性较大。由于环境温度存在昼夜温差，铺筑初期的半刚性基层同时承受干缩和温缩的综合作用，一旦遇到较快地大幅降温等引起的温差较大情况时，强度的增加不能抵抗干缩和温缩的影响，就会形成温缩裂缝。根据东南大学和南京机场高速公路管理处的专题研究，通过对石灰、粉煤灰、细料三者在混合料中的含量对二灰碎石基层材料温缩性的试验分析，对温缩应变、温缩应力的影响因素主要是石灰，其次是细料（尤其是粉粒以下的粒料），再次为粉煤灰，且通过多项试验证明，随着粒料含量的增加，干缩和温缩系数明显减少。抗温缩裂缝的能力明显增加。根据公路施工过程中的施工温度的总结，结合竣工通车后裂缝出现的先后时间及数量，当平均施工温度低于10时，自身强度的增长慢，半刚性基层的收缩以温缩为主，反之则以干缩为主，且低于10时施工的二灰碎石半刚性基层尽管含水量控制适宜、石灰用量适中，增加了粗集料含量，级配合理，养生到位，仍然出现一定数量的裂缝。因此，适宜的石灰用量及合理的级配及施工平均最低温度是温缩裂缝主要影响因素。2.4 差异沉降裂缝在软土地基与非软土地基交界处，软土地基处理方法变化处、构造物台背与路段交接处、半填半挖衔接处、老路拓宽接缝处、高填土地段均易引起差异沉降，致使基层开裂，并反射到沥青面层，此类裂缝往往横向全幅贯通。此类裂缝主要成因是路基填筑质量、软基处理方式及效果、沉降期是否合理等。提出合理的级配范围，半刚性基层裂缝大量减少，但许多道路上依然存在一定数量的裂缝，因此，除级配因素外，主要裂缝产生的原因，归纳起来影响裂缝产生的因素主要有：（1）沥青面层厚度、半刚性基层厚度、强度；（2）石灰用量、矿料级配、细集料含量、含水量、养生条件、曝晒时间；（3）沥青及沥青混合料的性质、基层材料的性质：沥青和沥青结合料的性质是影响沥青路面温度开裂的最主要原因，沥青混合料的低温劲度是决定沥青路面是否开裂的最根本因素，沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键。在沥青性能指标中，影响更大的是温度敏感性，温度敏感性大的沥青更容易开裂。基层材料的收缩性愈小，面层裂缝愈少。基层上有透层油以加强与面层的粘结对抗开裂是有好处的，基层材料种类对沥青面层的裂缝率有明显影响。（4）气候条件：极端最低温度、降温速率、低温持续时间、升降温循环次数是气候条件影响沥青路面温缩裂缝的四大要素。2.5荷载性裂缝 此类裂缝主要是由于行车荷载引起的，由于路面设计不当或施工质量低劣，或由于车辆严重超载，致使沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力超过其抗拉强度时，半刚性基层底部就会很快开裂。在行车荷载的反复作用下，逐渐扩展到上部，并反射到沥青面层。因此影响荷载性裂缝产生的原因主要有：面层厚度、半刚性基层本身的厚度及回弹模量和下承层回弹模量、半刚性基层的材料及强度等。3 预防措施 3.1 施工方面3.1.1 原材料的控制对于路面基层施工，为确保有足够的时间运输、摊铺和压实，应对水泥的终凝时间有限制，一般需要610h。水泥标号不能太高，采用普通硅酸盐水泥最好不要超过325号，水泥含量宜控制在5%及以下。根据工程实践，当水泥含量大于5%时，则基层裂缝就比较难以控制了。考虑到石料的粗细直接影响基层的强度、平整度和裂缝的产生，施工现场要对集料的级配严格把关。 对于二灰碎石中的石灰，则经常容易出现石灰活性氧化物含量低、消解石灰未过筛而造成原材料质量低下问题。另一个必须引起重视的问题是二灰碎石中的含灰量，从最近几年笔者在工程中的实际应用效果来看，二灰碎石中的含灰量宜控制在20%30%之间，粉煤灰与石灰之间的比值宜在4131。对于沥青混凝土路面，面层沥青应选用劲度模量大、温度敏感性低的沥青材料或改性沥青,目前工程实践中SBS改性沥青应用较多，效果明显。笔者在杭州市南山路整治工程设计中，对表面层沥青采用了SBS改性沥青，目前工程投入使用已2年多，情况非常好，特别是高温稳定性和低温抗裂性能得以有效提高。 相对于改善沥青性能，还可以在沥青混凝土中添加土工合成材料以提高沥青混凝土的韧性和刚性，预防和延缓裂缝的产生。根据工程实践，其在提高沥青混凝土高温稳定性方面比采用SBS改性沥青效果还稍好一些，笔者在浙江慈溪杭州湾新区市政道路路面设计时在沥青混凝土中掺加0.25%的土工合成材料，根据试验段情况看效果良好，沥青混凝土各项性能指标（高温稳定性、低温抗裂性等）均得到一定程度的改善。对于水泥混凝土路面，水泥标号则不应低于425号，采用硅酸盐水泥或普通水泥。3.1.2 混合料的拌合必须采用集中厂拌法拌制混合料，在实际施工中也要求采用集中厂拌法。由于农村公路投资少，施工企业资质低，采用的拌和机多数是自制或淘汰的，在性能和拌和质量上不会很理想。因此，在拌制过程中，需注意以下问题:（1） 在供料仓出口，由于沿输送皮带转动方向壁仓存在阻力，使出料口形成“死区”，当骨料中存在个别较大粒径的骨料或泥块时很容易卡住，造成骨料共给减少。此外，当粉煤灰或石灰含水量大时，由于其具有较强的粘结力，也容易使供料口减少，从而造成混合料中某中料的含量减少，产生人为离析，所以必须安排专人定时观察出料口，并保持骨料的无杂质，二灰含水量不要过大，特别是在雨季要对二灰加以覆盖。（2） 由于混合料在拌和时，其质量不同，惯性不同，在开机和停机的瞬间他们的速率不同，从而造成离析，因此，拌和机一旦开机，就应保持连续稳定的作业；其次，拌和时间一定要合适稳定，不要忽长忽短，不要有拌和时间越长越好的思想，因为混合料的随机最佳混合状态产生于拌和过程中的某一时区，时间过长就会把形成的最佳状态破坏。所以，必须通过试生产确定好拌和时间，并在拌和过程中保持稳定。3.1.3 混合料的运输 由于农村公路穿村路段多，农村集市又多数设在路上，人流车流比较多，封闭交通具有一定的难度，所以二灰碎石在运输过程中很容易产生离析。应在以下两个方面注意：（1） 由于施工现场道路条件较差以及运输车急剧起步和刹车，致使大骨料往四边散落严重从而造成离析，所以要选择合理的运输路线，尽量少走村庄、避开集市、选择路况教好的路段。并最好采用大吨位的自卸车，在运输过程中，运输车要匀速行驶避免紧急刹车。（2） 运输车在接料时，应向矩形车厢的前方和后方两处堆装，迫使大粒径骨料在车厢中部落下，这样在卸料时能够再次混合，避免单一向车厢中央装料，造成大粒径骨料落在四周产生离析。卸料时，派专人指挥倒车，严禁自卸车碰撞摊铺机，在安全范围内应快速将车厢大角度升起，避免物料滚落，使混合料整体下落到摊铺机的料斗里。3.1.4 混合料的摊铺为避免混合料离析和提高平整度，规范要求厂拌二灰碎石混合料的摊铺必须采用摊铺机，严禁采用平地机和其他设备。虽然在摊铺过程中主要产生厚度上的离析是不可避免的，但由于农村公路施工企业的条件限制，还必须注意以下问题以免产生整体离析。（1） 全路段一次摊铺能节约人工和机械而且平整度好，但极易造成混合料离析，所以摊铺宽度不易过大，特别是无施工便道的情况下，行人还要通行。尽量采用分路幅多次摊铺，但纵向接缝处粒径大料较多，而且平整度较差，所以一定多方面综合考虑根据实际确定摊铺宽度，如条件允许最好集中设备采用多台摊铺机梯队作业的方式。（2） 摊铺前必须认真检查摊铺和碾压设备，确保其完好状态，减少随机故障，以免由于机械故障造成中途停机，同时加强摊铺现场和拌和厂之间的联系，确保混合料的供应能力，摊铺速度一旦确定，应尽可能保持稳定和连续，不能因为混合料的供应不足和机械故障而造成摊铺间断。一般情况下严禁供料速度忽快忽慢，机械猛烈起步和紧急制动，摊铺速度快慢不均。（3） 压实度控制是保证强度达到要求的重要手段之一。含水量是影响压实度的重要因素。考虑到混合料在运输、碾压过程中还有水分散失，尤其夏季施工时水分蒸发快，施工过程中对水的含量应控制在略高于最佳含水量1左右。城市道路各种地下管线设施的检查维修井和未能及时迁移的地上杆线给碾压带来了难题。这些结构设施的周围往往是大型机械碾压的死角。为保证压实度达到标准，检查井周围混合料的摊铺厚度可比正常路段薄一些，粘结料的含量可适当增加，并使用小型机具多遍夯实。3.2 设计方面3.2.1 二灰碎石混合料配合比相对于天然级配型大颗粒集料二灰碎石而推广的小粒径连续级配型混合料，在提高二灰碎石的早期强烈及密实度和适应机械化施工方面有所改善，但明显恶化了二灰碎石基层的抗裂性能和抗冲刷能力。对此，国内有些人认为连续级配型二灰碎石是由于细集料过多产生二灰碎石基层收缩裂缝多的内在因素。如何改变二灰碎石中集料的级配，改善混合料的组成，已成为公路界的当务之急。近几年工程的经验和教训表明，采用规范范围的上限可提高二灰碎石的抗裂和抗冲刷能力，我们在近几年施工中二灰碎石基层中发现，细集料偏多的二灰碎石易产生横向收缩裂缝。发现这一问题后，我们在施工时适当调整配合比，让级配曲线接近上线，这样调整后，不仅抗裂和抗冲刷性能提高，而且在防止混合料离析，确保结构的耐久性和稳定性方面都有良好的效果 二灰碎石7d的无侧限饱水抗压强度一般公路为0.6Mpa,高速为0.8Mpa。早期强度偏低，后期强度很高是二灰碎石结构的一大特点。早期强度之所以偏低，主要由于粉煤灰的缓凝导致了二灰火山灰反应慢，其次就是强度测定的仪器及试验方法和操作缺陷的综合影响，我们工程中所要求的是中、后期强度，对早期并无必要过分要求，能满足规范即可。其实，在我们二灰碎石基层完成一个月后的所有取芯看，都在规范要求10倍以上，所以对于二灰碎石基层最大关注并非其强度，而应该是一个合理组成的混合料。（1）碎石 耐磨的轧碎花岗岩或石灰石，含泥量小于2 ，压碎指标值小于20 ，粒级为25cm，抗压强度： 花岗岩8001000kgem2， 石灰石600800kg cm 。（2）粉煤灰 700时烧失量不应大于10 ，其比表面积应在20003000cm3g之间。（3）石灰 有效钙加氧化镁含量不小于70 ，未消化残渣5mm圆孔筛余量不大于20 ，其余指标要符合建筑生石灰(JCT48O一92)的要求。（4）水 饮用水即可。通过对二灰碎石进行击实实验，确定最佳含水量和最大干密度。（5）配合比 根据设计推荐配合比，在现场或当地有资质实验室，在标准条件下，进行多组对比试配，确定最佳配合比，满足设计和使用要求。3.3 养护方面基层和水泥混凝土路面浇筑完毕后，并已完成碾压并经压实度检测合格后应立即进行养护，不能拖延。继混合料的配比、拌合、摊铺和压实后的早期养生，是二灰碎石基层质量能否达到巩固及提高的关键，养护可用不透水的塑料薄膜覆盖或用湿砂覆盖进行养护，也可用沥青乳液进行养护，还可以在完成的基层上即时做下封层，利用下封层进行养护，同时也可在已完成混合料直接洒水养护。基层的早期养护期应不小于7d，在养护期间应由专人负责限制车辆行驶，除洒水车外，绝对禁止重型车辆行驶。正常采用两种方法养护，加盖塑料薄膜和洒水车进行养护。用洒水车洒水养护时，洒水车的喷头要用喷雾式，不得用高压式喷管，以免破坏基层结构，每天洒水次数应视气候而定，整个养护期间应保持二灰碎石基层表面湿润。关键是要始终保持基层湿润。可以说养护的好坏直接影响到基层和水泥混凝土路面的质量，对防止早期裂缝的发生和发展具有举足轻重的影响。二灰碎石的基层通常采用洒