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水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫預(yù)防及處理技術(shù)

2018-07-11 11:47:50
山西建筑 2018年16期
關(guān)鍵詞:溫縮集料施工工藝

路 向

(浙江公路水運(yùn)工程監(jiān)理有限公司,浙江 杭州 311200)

1 概述

水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫產(chǎn)生的原因主要有路基不均勻沉降而產(chǎn)生的拉裂縫,或者因原材料級(jí)配不當(dāng),或配合比設(shè)計(jì)不合理,以及施工工藝和養(yǎng)生控制不嚴(yán)格,而產(chǎn)生干縮或溫縮裂縫。處理裂縫技術(shù)有灌漿法(灌縫)、貼縫法(玻纖格柵、玻纖布、應(yīng)力貼等),而玻纖格柵鋪設(shè)被JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則推薦為基層裂縫比較嚴(yán)重的最有效地處治技術(shù)。這些處理技術(shù)與手段,都是被動(dòng)的“堵”的處理手段,即補(bǔ)強(qiáng)裂縫基層抗拉應(yīng)力,阻斷基層裂縫反射到面層,因施工工藝不當(dāng),處理效果難以長久保持。

因水文地質(zhì)、大氣溫度的變化等等主客觀原因,水泥穩(wěn)定碎石裂縫可以說難以避免,但預(yù)防措施還要加強(qiáng),只能說盡最大努力減少裂縫的產(chǎn)生,完全杜絕裂縫的出現(xiàn)是不可能的事情。出現(xiàn)了裂縫,必須處理,否則必然擴(kuò)展到路面面層,出現(xiàn)路面早期破壞,大大縮短路面的使用壽命。裂縫處理宜疏不宜堵,特別是涉及路基不均勻沉降而造成的裂縫,采取被動(dòng)的補(bǔ)強(qiáng)手段,更是難以長久保持處理效果,近幾年出現(xiàn)的應(yīng)力吸收貼就是從消解或疏散裂縫集中應(yīng)力思路出發(fā)而采取的新技術(shù),但是應(yīng)力吸收貼對(duì)施工工藝要求比較苛刻,在實(shí)際應(yīng)用中,往往因?yàn)槭┕すに嚥划?dāng),處理效果不佳。

2 裂縫預(yù)防

目前裂縫預(yù)防主要從設(shè)計(jì)理念的提升、原材料質(zhì)量及配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工工藝質(zhì)量控制、養(yǎng)生措施的保證來預(yù)防的。

2.1 設(shè)計(jì)理念的提升

半剛性路面基層,因其具有一定的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性,以及抗沖刷能力而被我國廣泛采用。長期以來,強(qiáng)基薄面設(shè)計(jì)理念一直占據(jù)路面研究領(lǐng)域主導(dǎo)地位,也是我國長期以來一直采用的設(shè)計(jì)形式,這就要求基層強(qiáng)度、剛度必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)范指標(biāo)。但是經(jīng)過多年的應(yīng)用體會(huì),或?qū)嵺`證明,半剛性基層在強(qiáng)度與剛度,以及穩(wěn)定性得到了有效提高和保證,但基層的抗裂性能往往會(huì)被忽視,致使路面早期破壞嚴(yán)重,使用壽命大打折扣。因此近幾年研究人員對(duì)強(qiáng)基薄面設(shè)計(jì)理念進(jìn)行了反思,從過分強(qiáng)調(diào)基層的強(qiáng)度與剛度到強(qiáng)調(diào)基層滿足一定的強(qiáng)度與剛度,基層的抗裂性能一并改善,在高等級(jí)路面設(shè)計(jì)方面從廣泛采用水泥穩(wěn)定土,石灰煤灰穩(wěn)定碎石,石灰水泥穩(wěn)定碎石等抗裂性能較差的結(jié)構(gòu)形式改變?yōu)榫哂幸欢ǖ膭偠扰c強(qiáng)度的水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石,從懸浮式水泥穩(wěn)定碎石設(shè)計(jì)到具有足夠穩(wěn)定性、較小的干縮和溫縮、較強(qiáng)的抗沖刷能力的骨架密實(shí)型嵌擠類水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石,近些年又出現(xiàn)柔性路面基層設(shè)計(jì)模型探討與試驗(yàn),所有這些設(shè)計(jì)理念在預(yù)防路面基層裂縫方面都收到了很好的效果。

2.2 原材料質(zhì)量及配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化

JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的碎石、水泥等質(zhì)量作出了限制,強(qiáng)調(diào)了細(xì)集料、水泥含量偏高對(duì)基層抗裂性能的不利影響,對(duì)混合料中小于0.075 mm的含量不得大于15%,并對(duì)水泥最小劑量進(jìn)行了限制,同時(shí)推薦了水泥在水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石中劑量5%~9%。浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 33/T—836—2011水泥穩(wěn)定碎石基層振動(dòng)成型法施工技術(shù)規(guī)范中,為了有效避免或減少水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫,改變了傳統(tǒng)的靜壓式工藝,使用振動(dòng)成型法,同時(shí)對(duì)碎石的級(jí)配、細(xì)集料的含量、水泥劑量作出了嚴(yán)格的限制,比如混合料中小于0.075 mm的含量不得大于5%,同時(shí)對(duì)2.36 mm,4.75 mm,9.5 mm篩孔通過率進(jìn)行接近級(jí)配范圍中值的限制,同時(shí)嚴(yán)格控制水泥劑量不得大于4.5%(基層)。

浙江地方規(guī)范雖然在碎石級(jí)配上作出了較交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的要求,但是在實(shí)際施工中由于碎石生產(chǎn)工藝的不同或上好的集料短缺等原因,混合料中小于0.075 mm含量控制在5%范圍,以及水泥劑量特別是底基層水泥含量不得大于3.5%要求比較嚴(yán)格,原因是在水泥劑量一定的情況下,細(xì)集料含量與基層強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系,而施工單位害怕強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求,或擔(dān)心取芯芯樣不成型,底基層提高水泥劑量到4.0%,甚至提高到4.5%,但是水泥劑量、細(xì)集料含量與水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系,這就是目前采用振動(dòng)成型法施工的基層裂縫仍然超預(yù)期存在的原因。事實(shí)證明,以及浙江省交通廳科研成果揭示,采用振動(dòng)成型法施工,只要原材料質(zhì)量控制嚴(yán)格,施工配合比得到嚴(yán)格遵守,規(guī)范要求的施工工藝得到落實(shí),水泥穩(wěn)定碎石基層各種裂縫會(huì)減少很多,基層的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性也會(huì)得到保證和提高,否則將會(huì)出現(xiàn)水穩(wěn)基層的強(qiáng)度不足,取芯芯樣不成型等質(zhì)量問題。

為了消除或減少裂縫,又能保證一定強(qiáng)度與剛度、穩(wěn)定性,可以增加大粒徑碎石的使用量,減少細(xì)集料含量,將混合料篩孔通過率按規(guī)范規(guī)定范圍的下限控制,同時(shí)適當(dāng)提高水泥劑量,但要限制水泥劑量,一般不得超過6%,可以收到很好的效果。另外,提高碎石的強(qiáng)度,在碎石的加工工藝上,采用反擊破碎方式,JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則研究表明,采用反擊式與一般破碎方式碎石,混合料強(qiáng)度將相差20%~30%。

2.3 施工工藝控制

混合料拌和時(shí),嚴(yán)格控制用水量,進(jìn)入夏季施工,施工單位運(yùn)輸車輛覆蓋措施不到位,經(jīng)常采用增加用水量來保證水穩(wěn)的施工性能,但是往往造成混合料含水量較大,或含水量不均勻,這些都是造成干縮裂縫的主要原因。提高拌和與攤鋪工藝水平,減少或杜絕混合料離析現(xiàn)象發(fā)生,也是減少裂縫,保證混合料強(qiáng)度、剛度的有效措施。

在水泥穩(wěn)定混合料攤鋪前,要對(duì)下承層(路基或下基層)進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收與裂縫詳細(xì)檢查,同時(shí)路基必須已處于沉降穩(wěn)定狀態(tài),一般來說,連續(xù)三個(gè)月每月沉降量不得大于5 mm視為沉降穩(wěn)定,杜絕路基不均勻沉降造成水泥穩(wěn)定碎石的開裂現(xiàn)象發(fā)生。

另外,為了減少溫縮裂縫(主動(dòng)消解溫縮應(yīng)力),可采用人工切縫方式,每20 m切一道深6 cm~7 cm的切縫,縫內(nèi)灌入改性乳化瀝青,上鋪1 m寬的應(yīng)力吸收貼或自黏式鋼纖格柵方法。

2.4 養(yǎng)生

要及時(shí)全覆蓋灑水保濕養(yǎng)生,養(yǎng)生時(shí)間至少7 d,且在7 d養(yǎng)生的期限內(nèi),嚴(yán)禁一切車輛通行。在養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后瀝青混合料攤鋪前,也要限制重載車輛,嚴(yán)禁通行。施工現(xiàn)場(chǎng)往往出現(xiàn)覆蓋不及時(shí)、不到位,保濕程度不夠,養(yǎng)生時(shí)間不足,重載車輛未限行等問題,這些都會(huì)造成水泥穩(wěn)定碎石的早期受力裂縫和干縮裂縫的出現(xiàn)。

3 裂縫處理

裂縫處理的步驟首先要分析裂縫產(chǎn)生的原因,針對(duì)裂縫不同的產(chǎn)生機(jī)理,采取針對(duì)性的措施。一般來說水泥穩(wěn)定碎石裂縫分為干縮裂縫、溫縮裂縫、路基不均沉降受力裂縫、養(yǎng)護(hù)未封閉交通出現(xiàn)的承載受力裂縫等四種。針對(duì)不同性質(zhì)的裂縫,采取的處理措施與方法如下。

3.1 干縮裂縫

因水泥穩(wěn)定碎石在強(qiáng)度形成過程中體積變化而產(chǎn)生的裂縫,一般來說分布沒有規(guī)律,裂縫細(xì)小、不深??梢圆扇】刂扑鄤┝俊⒖刂萍?xì)集料含量、控制混合料拌和用水量來預(yù)防。干縮裂縫不可避免,只能采取措施預(yù)防并減少,水泥穩(wěn)定碎石基層鋪筑完成并養(yǎng)生結(jié)束后,不能立即攤鋪瀝青面層,要等水穩(wěn)混合料干縮內(nèi)應(yīng)力全部釋放完成后,并對(duì)裂縫進(jìn)行處理,方可進(jìn)行瀝青面層攤鋪。處理的方法,吹干裂縫內(nèi)外浮灰,再灌入改性乳化瀝青,上鋪玻纖布。對(duì)于太過細(xì)小且比較集中的干縮裂縫,可用空壓機(jī)吹掉表面浮灰,直接使用自黏式玻纖布或應(yīng)力吸收貼覆蓋鋪筑。

3.2 溫縮裂縫

因溫度變化而產(chǎn)生的裂縫,一般來說接縫呈橫向有規(guī)律分布,深度較深或貫通。采用人工切縫,阻斷溫縮應(yīng)力集聚而拉裂水穩(wěn)基層。人工切縫可以每隔20 m切一道橫向貫穿整個(gè)路幅的縫,縫深6 cm~7 cm,縫寬3 mm~5 mm,并對(duì)縫進(jìn)行處理,吹掉縫內(nèi)外浮灰,然后灌入改性乳化瀝青,再鋪筑1 m寬的玻纖布或應(yīng)力吸收貼。另外,在水穩(wěn)混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí),適當(dāng)增加較大粒徑碎石使用量,減少細(xì)集料摻配比例,使混合料在充分碾壓密實(shí)后,形成嵌擠密實(shí)型結(jié)構(gòu)層,加大碎石之間的內(nèi)摩擦力,也可以有效減少溫縮裂縫。對(duì)于溫縮裂縫處理,基本垂直路線走向且順直的裂縫,直接人工切縫,然后按人工切縫處理;對(duì)于走向不規(guī)則的溫縮裂縫,可以采用吹洗、灌乳化改性瀝青、上貼應(yīng)力貼或玻纖布進(jìn)行處理。

溫縮裂縫是大氣溫度變化引起的伸縮裂縫,如果水穩(wěn)基層未經(jīng)過高低溫季節(jié)交替,溫縮應(yīng)力沒有完全釋放,建議對(duì)溫縮裂縫進(jìn)行開槽處理,將裂縫覆蓋范圍內(nèi)水穩(wěn)基層全部全深度鑿除,然后填入級(jí)配碎石,充分加水碾壓形成嵌擠密實(shí)型柔性基層,上鋪超過切縫至少50 cm應(yīng)力吸收貼或玻纖布(見圖1)。

3.3 路基不均勻沉降裂縫

這種裂縫處理比較麻煩,重在預(yù)防,即控制好路基填筑質(zhì)量,特別是新老搭接路基填筑,一定要按施工規(guī)范挖好臺(tái)階后分層填筑,遇到軟基處理地段,一定要等路基預(yù)壓穩(wěn)定后方可進(jìn)行水泥穩(wěn)定基層施工。一般來說,嚴(yán)重的路基不均勻沉降裂縫比較規(guī)則,裂縫較寬且有錯(cuò)臺(tái),主要集中在新老路基搭接處、橋涵臺(tái)背回填處、不同軟基處理交界處等。處理方法,要先行觀察一段時(shí)間,看是否繼續(xù)發(fā)展,是否趨于穩(wěn)定,如果是趨于穩(wěn)定的不均勻沉降裂縫,可參照不規(guī)則溫縮裂縫處理方法;如果始終處于發(fā)展?fàn)顟B(tài),那要求對(duì)裂縫兩側(cè)范圍10 m或更大范圍布置1 m×1 m方陣沉降觀測(cè)點(diǎn),并對(duì)沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行每周觀測(cè)測(cè)量,查明沉降范圍,然后對(duì)沉降范圍內(nèi)采用壓注水泥漿加固處理,壓漿點(diǎn)可以按0.5 m×0.5 m方陣布置,壓降深度按設(shè)計(jì)車輪荷載的工作區(qū)深度進(jìn)行,同時(shí)要考慮路面結(jié)構(gòu)層換算成路基層當(dāng)量深度,使不均勻沉降的路基開裂的兩個(gè)板塊形成整體受力板塊,消解路基不均勻沉降對(duì)路面基層底的拉應(yīng)力,同時(shí)對(duì)路面行車荷載進(jìn)行均勻分散作用于路基底軟臥層。具體計(jì)算如下:

注漿處理深度H=Zα+Zβ。

車輪荷載所引起的應(yīng)力分布深度計(jì)算:

Zα=((K·n·P)/r)1/3。

其中,Zα為路基工作區(qū)深度,m;P為車輪荷載,kN;K為系數(shù),取0.5;r為土的容重;n為系數(shù),取1/5。

柔性面層換算成路基作用應(yīng)力的當(dāng)量深度計(jì)算:

Zβ=h1·(E1/E0)1/m。

其中,Zβ為換算為路基土層的當(dāng)量厚度,m;h1為路面厚度,m;E1為路面的彈性模量,kPa;E0為路基的彈性模量,kPa;m為系數(shù),取2.5。

3.4 承載裂縫(受力裂縫)

對(duì)于水泥穩(wěn)定碎石基層封閉交通養(yǎng)生不到位,造成水泥穩(wěn)定碎石受力破壞,產(chǎn)生裂縫或大面積破損的,要將破損的或裂縫范圍內(nèi)水泥穩(wěn)定碎石鑿除,返工處理。

4 結(jié)語

路面基層是重要的承載受力結(jié)構(gòu)層,對(duì)于基層上的各種裂縫必須認(rèn)真對(duì)待與處理,處理不當(dāng),將造成路面的早期破壞,縮短路面的使用壽命。水泥穩(wěn)定碎石裂縫難以避免,但是可以從優(yōu)化設(shè)計(jì),控制好施工工藝質(zhì)量等方面進(jìn)行預(yù)防與減少。近些年在路面基層裂縫預(yù)防方面,研究者們展開了廣泛而深入的研究,提出了采用級(jí)配碎石或?yàn)r青碎石等柔性基層,增加路面面層厚度等設(shè)計(jì)理念,既保證了路面基層強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性,同時(shí)在路面抗裂性能方面也得到了很大改善,比如西柏坡高速公路、成渝高速公路等設(shè)計(jì)中采用級(jí)配碎石等柔性基層,有效避免了半剛性基層的開裂,較好地吸收、分散基層應(yīng)力集中,減少路面面層的反射裂縫。

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