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邬军胜 省道308线小上公路技术业务培训 2 第九讲水泥稳定碎石基层裂缝防止措施 一 裂缝的成因水泥稳定碎石属于半刚性基层 半刚性基层是采用无机结合料稳定的各种集料和土类 并具有一定强度和厚度的路面基层结构 1裂缝形成机理由于半刚性基层沥青路面其组成材料自身固有的特性 开裂几乎是不可避免的 分析裂缝形成过程 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3个阶段 1 1初期收缩裂缝水泥稳定基层完工后30d局部路段产生横向裂纹 缝宽1 3mm 横向贯通或半贯通 垂向深度为水泥稳定基层厚度的0 3 0 5倍 初期收缩裂缝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水泥稳定基层压实体发生体积收缩 形成收缩裂缝 3 4 1 2中期内应力裂缝沥青碎石下面层铺筑后90d即有少量反射裂缝产生 水泥稳定基层铺筑后6个月大部分裂缝基本形成 90 的裂缝横向和垂向均已贯通水泥稳定基层和沥青碎石面层 水泥稳定基层形成了长度不等的相对独立的受力板块 一般开裂地段裂缝间距在20 l00m之间 严重开裂地段裂缝问距在6 30m之间 裂缝宽度为1 5mm 一年后裂缝有少量增加和扩展 裂缝数量在上年基础增加5 8 缝宽普遍增大 一般为5mm 局部地段增加到l0mm 中期内应力裂缝产生的主要原因是 由于水泥稳定碎石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 使其从强度薄弱断面处产生断裂 中期内应力裂缝的特点是 横裂多 纵裂少 裂缝规则顺直 上下贯通但无垂向错位 5 1 3后期荷载外力裂缝随着路面使用时间的延长 横向裂缝在不断增加 缝宽在不断增大 横向裂缝在不断附生纵向裂缝 最终形成网裂片区 最终半刚性基层沥青路面发生早期结构性破坏 中期内应力裂缝基本形成以后 水泥稳定基层形成相对无限连续的简支板受力体系 即 长度不同且相对独立的水泥稳定基层板块 受底基层的支承 支承面强度高的部位形成相对支点 强度低的部位形成相对悬空 导致开裂的因素主要有材料特性 车辆荷载与路面结构设计 路基强度及其均匀性 底基层强度及其均匀性 自然环境等 水泥稳定基层矿料的级配 细粉料含量 塑性指数 路面结构组成及其厚度 车辆荷载的大小 路基和底基层的强度及其均匀性 地质土质 水文气象等各方面的因素与半刚性基层沥青路面的开裂都有直接关系 6 7 2 2 1路面结构组成从确保质量 方便施工 节约投资的原则出发 一般采用3层结构 即 底基层 基层 面层 2 3严格控制施工工艺半刚性沥青路面的裂缝有一部分是由于施工工艺控制不严造成的 因此在施工过程中要严格控制各分项工程的施工工艺 特别是关键环节的施工工艺 2 3 1基层变异系数越小 强度越均匀 变异系统越大 强度差异越大 因此 采用弯沉值的变异系数来评判和控制强度的均匀性是合理的 要使底基层的弯沉值变异系数减小 一是路床弯沉值的变异系数首先要小 二是碎石的级配要好 级配曲线要尽量集中 三是摊铺时要避免偶然的粗集料集中或细集料集中 四是碾压密实平整 8 二 减少裂缝的几项措施增加沥青面层的厚度 加强公路的排水设计 防止水损坏 采用干燥收缩 温度收缩系数小 抗拉和抗冲刷性能好的材料铺筑半刚性基层 选用抗裂性能好的沥青 改善级配 加强沥青路的抗裂设计 采取预开裂和预切缝技术措施 设置应力吸收层和封层 减轻路面应力传递 在现场施工中主要在以下几个方面进行防治 1 基层材料的选择 通过对不同路段的调查表明 基层材料的种类对沥青面层的裂缝有明显的影响 即基层材料的收缩性愈小 面层裂缝愈少 其中石灰土碎石基层裂缝率最大 水泥碎石基层裂缝率次之 二灰碎石裂缝率最小 2 无机结合料稳定材料的含水量 干燥收缩是无机结合料的特性之一 当水量过大时 会加大材料的干缩应变 使基层产生干缩裂缝 9 3 在碎 砾石级配集料粒组成方面 规范中对粉料的含量控制得也不够严格 如0 5mm筛孔的通过量要求为6 25 0 074mm筛孔通过量为0 10 特别是级配碎石本身含有石粉 将0 5mm 0 074mm的颗粒通过量限制在规范的中下限或接近下限的范围 4 半刚性基层的养护与暴晒时间 半刚性基层的干缩应力的大小与混合料水分散失的速度成正比 特别是刚刚铺筑的半刚性基层 水分散失的速度非常快 混合料产生的拉应力较大 此时基层的抗拉强度还没有完全形成 若不能保证半刚性材料的含水量 即不能及时洒水养护 半刚性基层就会产生干缩裂缝 并且养护结束后 要及时铺筑面层 若让其暴晒 基层迟早会产生干缩裂缝 这种裂缝将会反映到沥青面层 形成延伸裂缝 10 5 土工合成材料 铺设土工织物之后 可以约束和减少沥青面层局部集中出现的收缩应变 从而延缓裂缝的延伸 使基层的开裂受阻于土工织物 并在基层表面产生水平分布 使收缩运动只能传播部分的应力到沥青面层上来 在基层裂缝附近形成一个局部分离层 由于这种浸透沥青的土工布本身有柔性特点 其弹性模量仅为沥青混凝土的1 8 所以它在面层和基导之间可以起着一个缓解裂缝传递和分布的作用 土工合成材料一般宜选用玻纤格栅 土工织物等 目前部分高速公路及市政道路开始采用全断面铺筑玻纤格栅 以达到预防裂缝的目的 11 三 水泥粉煤灰稳定碎石配合比设计要点众所周知 水泥粉煤灰稳定碎石结构目前尚无相应的技术标准及规范 但从上述原理分析上看 水泥与粉煤灰和石灰与粉煤灰的反应机理很相似 都实际上是氢氧化钙与粉煤灰玻璃体的反应 只不过水泥能够形成较高的早期强度 1 原材料质量要求1 1水泥 采用水泥稳定土基层技术规范中关于水泥的质量要求1 2粉煤灰 采用石灰粉煤灰稳定土基层技术规范中关于粉煤灰的质量要求 1 3碎石 采用石灰粉煤灰稳定土基层技术规范中关于碎石的质量要求 12 2 其他质量要求2 1根据 公路路面基层施工技术规范 的规定底基层7天无侧限抗压值 2 5Mpa 基层7天无侧限抗压值应 3 5Mpa 2 2水泥粉煤灰与集料的比采用12 88 18 82 2 3集料级配采用规范级配的中