孫海寶

（北京交科公路勘察設計研究院有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

根據(jù)《城鎮(zhèn)道路路面設計規(guī)范》（CJJ 169-2011）[1]，半剛性基層通常分為水泥穩(wěn)定類基層、石灰穩(wěn)定類基層、水泥粉煤灰穩(wěn)定類基層、石灰粉煤灰穩(wěn)定類基層等四種類型。福州市道路設計主要采用水泥穩(wěn)定碎石作為半剛性基層材料。在交通荷載和不利天氣影響下，城市道路半剛性基層易出現(xiàn)各種病害，如斷裂、破碎、裂縫、水毀等損壞形式，進而導致路面交通功能下降，影響車輛正常通行。

針對半剛性基層病害問題，國內(nèi)外相關研究多集中于病害特征、成因和處置特殊工藝。Xiuli Du等[2]分析了半剛性基層的疲勞破壞、溫差影響和干縮等病害特征。Xuntao Wang等[3]采用層間接觸粘接模型，用于仿真研究半剛性基層的層間連接關系，進而探討半剛性基層在超載和高溫影響下病害發(fā)生規(guī)律。張銳[4]探討了半剛性基層道路在大溫差地區(qū)獨特的氣候賦存條件下誘發(fā)橫向帶狀隆起病害，進而研究了半剛性基層材料的導熱系數(shù)影響因素。曹春生[5]對高聚物注漿施工工藝進行研究,通過試驗路段注漿前后彎沉值對比分析,結果顯示高聚物注漿施工可有效提高半剛性基層穩(wěn)定性。國內(nèi)外相關研究的系統(tǒng)性尚有不足，且在沿海省份的適用性有待驗證，因此本文在分析半剛性基層材料的強度、收縮和聯(lián)結等特點的基礎之上，探討半剛性基層主要的病害，然后以新城中路為例，提出半剛性基層的病害處置措施。

1 半剛性基層材料的特點

1.1 強度特點

半剛性基層強度的主要影響因素為無機結合料與集料之間的粘結力、集料之間自身的嵌擠力。因此在初期，其強度較低，而隨著養(yǎng)護的進行，其強度會隨時間的延長而增長。此外，半剛性基層的強度還與水泥用量、集料級配密切相關。水泥用量越大，集料級配越好，該基層結構強度越高。

1.2 收縮特點

半剛性基層材料存在固、液、氣三相物質(zhì)。而其所處的環(huán)境相對濕度和溫度又在不斷變化。因此，在建成初期，其內(nèi)部含水量大，隨著溫度和相對濕度的不斷變化，其內(nèi)部水分不斷蒸發(fā)，體積不斷減小，形成干燥收縮特性。而經(jīng)過一定時間的養(yǎng)護后，半剛性基層的含水量趨于平衡，干燥收縮作用減弱，但隨著溫度的降低，材料產(chǎn)生熱脹冷縮效應，形成溫度收縮。

1.3 聯(lián)結特點

受無機結合料劑量所限，半剛性基層中的細集料并未完全由結合料聯(lián)結。因而一旦基層頂面遇水，細集料顆粒之間的聯(lián)結力減弱，甚至喪失。在此情況下，由于重載車輛的反復碾壓，基層內(nèi)部形成的動水壓力將細集料帶走，形成坑槽。

2 半剛性基層常見病害分析

2.1 路基承載力不足引起的半剛性基層斷裂

半剛性基層的強度特性介于柔性基層和剛性基層之間，其抗壓強度較大，而抗折強度較低。因此其下臥層的路基承載力越高，越能發(fā)揮出其抗壓特性，路面質(zhì)量越有所保障。而一旦路基存在軟弱地基或地基壓實度不足，造成路基承載力不足，進而在重型車輛反復碾壓下，路基產(chǎn)生不均勻沉降，半剛性基層極易形成斷裂，甚至形成粉碎性破壞，進而影響路面質(zhì)量。

2.2 強度不足引起的半剛性基層破碎

半剛性基層的原材料質(zhì)量不過關，易導致其強度不足，常見水泥強度不足、粗集料抗壓強度不足等造成的基層強度不足，材料級配不合理造成的基層強度不足，以及在重載車輛的碾壓下，基層所受荷載超過了其抗壓強度造成的基層破壞。

2.3 施工或養(yǎng)護不當引起的半剛性基層裂縫

福州作為四大“火爐城市”之一，夏季白天溫度較高。在此環(huán)境下，福州城市道路半剛性基層表面噴灑透層瀝青后形成黑色吸熱層，導致其溫度相對更高。而到了夜間，氣溫降低，促使道路半剛性基層溫度下降。在熱脹冷縮效應下，若施工方法存在缺陷，城市道路半剛性基層易產(chǎn)生收縮，進而形成收縮裂縫。這種裂縫通常全幅貫通、上下貫穿，裂縫寬度相對較大。

若施工單位未根據(jù)天氣、原材料供應狀況等因素精心組織施工，特別是半剛性基層施工完成后，后續(xù)工序一直無法施工，易造成基層暴露在空氣中的時間過長。此時在溫度變化的影響下，半剛性基層不斷產(chǎn)生熱脹冷縮效應，反復伸縮，進而產(chǎn)生溫度疲勞裂縫，影響路面質(zhì)量。這種裂縫一般縫寬較小，間距較密。

施工單位完成半剛性基層施工后，若未按設計要求采用薄膜覆蓋養(yǎng)生，或薄膜覆蓋不及時，或氣溫較高，基層水分蒸發(fā)過快時，未能及時補水，此時半剛性基層長時間處于干燥環(huán)境中，易導致基層水分不斷揮發(fā)，形成干縮裂縫。

2.4 雨水沖刷引起的半剛性基層水毀

福州常見雨水天氣，但半剛性基層一旦遇水，細集料聯(lián)結作用減弱，進而雨水沖刷細集料，形成坑槽。因此，常見施工單位的不當施工組織方法，包括半剛性基層在雨天沒有停止施工；半剛性基層在養(yǎng)護期遭遇暴雨沖刷，而未采取薄膜覆蓋等防雨措施；瀝青路面產(chǎn)生裂縫后未及時處理，造成雨水沿著裂縫下滲至基層。這些施工問題，必然存在雨水沖刷引起半剛性基層的水毀。

3 半剛性基層病害處置措施

上文在分析半剛性基層材料的強度、收縮和聯(lián)結等特點的基礎之上，探討了半剛性基層主要的病害，現(xiàn)以新城中路為例，提出半剛性基層的病害處置措施。

新城中路為城市次干路，路線長1.12km，設計速度為30km/h，道路紅線寬度為24m，設計為雙向四車道。該道路路面結構形式采用瀝青混凝土路面，設計使用年限為15年。項目所在地區(qū)為浙閩沿海山地中濕區(qū)IV-4，且根據(jù)交通量預測及車型構成，結合設計年限內(nèi)交通量年增長率，計算出車道累計當量軸次為1147.689×104次，可見交通量等級為中等交通。在此基礎上，通過計算確定本項目路面結構層如下：

4cm 細粒式改性瀝青混凝土AC-13C，LS=22.2(0.01mm)；

0.5kg/m2PC-3乳化瀝青粘層油；

5cm中粒式瀝青混凝土AC-16C，LS=24.4(0.01mm)；

0.5kg/m2PC-3乳化瀝青粘層油；

8cm粗粒式瀝青混凝土AC-25C，LS=27.5(0.01mm)；

1cm 3.0kg/m2PC-1乳化瀝青下封層，在施工熱瀝青表面處下封層之前，應先灑布高滲透乳化瀝青透層油；

20cm 5%水泥穩(wěn)定碎石，LS=33.2(0.01mm)；

15cm 3%水泥穩(wěn)定碎石，LS=75.5(0.01mm)；

20cm級配碎石，LS=178.9(0.01mm)；

土基Eo≥35MPa，LS=212.9(0.01mm)。

路面結構設計見圖1所示：

圖1 新城中路路面結構設計圖

針對半剛性基層的主要特點和主要病害，在新城中路的基層設計過程中，采取了一系列的處置措施，以防基層產(chǎn)生病害。

3.1 加強路基處理與壓實

為避免地基承載力不足引起的半剛性基層斷裂，在新城中路路面設計過程中，根據(jù)地勘資料，對軟土厚度較淺的路段進行換填處理，對軟土厚度較深的路段采用砂樁處理，而對一般路基段，路基壓實度按照次干路標準進行壓實（具體要求見表1），以提高路基承載力，防止因路基承載力不足而引起半剛性基層斷裂甚至破碎。

表1 路床土最小承載比和壓實度要求

3.2 嚴格控制原材料質(zhì)量及級配

為避免強度不足引起的半剛性基層破碎，在新城中路的路面設計中，嚴格控制原材料的質(zhì)量，從根源上保證基礎具有足夠的強度。要求半剛性基層采用的水泥為強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥或火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，且粗集料的壓碎值應不大于30%，細集料的有機質(zhì)含量不宜超過2%，應堅硬、干燥、無風化、無雜質(zhì)。

同時嚴格控制新城中路半剛性基層的級配范圍（見表2）。在滿足設計強度的前提下，盡量減少水泥用量（控制水泥用量不超過5%），以保證基層級配良好，進而形成較高的強度。

表2 水泥穩(wěn)定碎石層混合料的參考級配范圍

3.3 優(yōu)化施工與嚴格養(yǎng)護

為避免施工或養(yǎng)護不當引起的半剛性基層裂縫，在新城中路設計中，對施工組織和養(yǎng)護提出了相應的要求，以減少基層裂縫的產(chǎn)生，具體有以下幾點：

（1）優(yōu)化施工組織。在半剛性基層完成后，及時進入養(yǎng)護施工，保證養(yǎng)護期滿后及時施工下一道工序，以避免基層長時間暴露在空氣中產(chǎn)生的溫度疲勞裂縫；

（2）嚴格施工養(yǎng)護。半剛性基層完成后，應及時覆蓋薄膜養(yǎng)護（見圖2），并且當氣溫較高時，針對基層水分蒸發(fā)較快的情況，及時補水，用于減少基層干縮裂縫；

圖2 新城中路半剛性基層薄膜覆蓋養(yǎng)護

（3）半剛性基層施工的日最低氣溫應在5℃以上；

（4）應在混合料處于或者略大于最佳含水量時，進行半剛性基層碾壓，直至其達到按照重型擊實方法確定的壓實度；

（5）半剛性基層施工完成后，應進行車輛通行管制，禁止重車行駛。對施工車輛進行限速，要求車速不超過30km/h。

3.4 強化防水施工與養(yǎng)護

為避免雨水沖刷引起的半剛性基層水毀，在施工期間和通車后，采取相應措施，減少雨水侵入，防止基層沖刷損壞，具體有以下幾點：

（1）盡量避免在雨季施工，防止基層材料受潮；

（2）下雨前應及時停止施工，并對已完成施工的基層盡快完成碾壓，并覆蓋薄膜進行防水養(yǎng)護；

（3）基層施工完成后，應及時施工下封層，并控制下封層施工質(zhì)量，做好基層的防排水工作；

（4）后期道路運營時，應對路面出現(xiàn)的裂縫進行及時養(yǎng)護處理，以防雨水下滲，造成基層損壞。

4 結束語

（1）半剛性基層材料具有強度、收縮和聯(lián)結等特點。這些特點受材料、溫度、濕度和荷載等因素影響。

（2）由于地基承載力不足、強度不足、施工或養(yǎng)護不當、雨水沖刷等工程問題，半剛性基層易出現(xiàn)斷裂、破碎、裂縫、水毀等病害。

（3）針對半剛性基層病害，可采取加強路基處理與壓實、嚴格控制原材料質(zhì)量及級配、優(yōu)化施工組織與嚴格施工養(yǎng)護、強化防水施工與養(yǎng)護等處置措施。

（4）本文以新城中路為例，探討半剛性基層常見病害和處置措施，通過對不同等級的道路半剛性基層進行深入研究，提出了定量化的病害發(fā)展規(guī)律和處置方法。