水稳裂缝分析

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1、西滨路与新阳大桥接线互通立交工程方案申请批复单承包单位：宁波交通工程建设单位有限公司合同号:监理单位：厦门中平工程咨询监理有限公司编 号:致：西滨路与新阳大桥接线互通立交工程总监办针对NC匝道5%水稳裂缝，制定处理方案，请与审批。承包人：日期：附件NC匝道5%水稳裂缝处理方案专业监理工程师意见：签字：日期：总监理工程师意见：签字：日期：NC匝道5%水稳裂缝处理方案情况说明新建NC匝道是一条西滨路右转新阳大桥的匝道，全长436.341m,匝道宽9.0m,在原西滨路老路上建成。NC匝道路面结构层从上到下依次为 4cm SMA13 + 5cmAC-16 + 7cm AC-25 + 25cm 5%水稳

2、+ 20cm 3%水稳+ 15cm级配碎石；NC匝道路基 中包括雨水保护、电力保护、电信保护等工程。NC匝道路面结构层2015年11月15日11月16日，NC匝道5%水稳摊铺完成，采用土工布覆盖 方式养生，养生结束后外观检查时发现，位于0+180处出现一条宽度为14mm通常裂缝，其他地方外观平整、密室，符合验收要求。2016年2月24日节后复工，例行检查时发现 NC匝道5%水稳出现裂缝，共5 条裂缝，裂缝情况如下：位置方向长度(m)描述NC0+086横向1.5便面裂缝，不用处理NC0+257横向8.6横穿整个道路断面NC0+170纵向6.1表面裂缝，不用处理NC0+120纵向10.5长度长，弯

3、曲NC0+120纵向4.3长度长，较直原因分析裂缝不仅降低了基层的刚度和结板性，还容易将裂缝反射到面层致使路面开裂， 影响行车速度和安全，降低了路面的使用性能。因此，对水稳基层裂缝的产生原因 进行分析并提出防治措施具有重要意义。基层裂缝的危害有二个方面：一是降低基层的整体强度，二是发展后会形成反 射裂缝，使沥青砼路面相应出现有规则的横向裂缝、起拱。出现第二种情况后，若 不及时处理，雨水从裂缝内向下渗透，沥青砼和基层裂缝缝隙处充满自由水，在车 辆荷载反复冲击下，就会使沥青砼中粘附在碎石表面的沥青剥离，基层的细集料形 成灰浆被挤压出路面，沥青砼路面出现坑洞、碎裂、松散，造成沥青砼路面早期破 损，影

4、响使用寿命。理论上，主要有以下几点原因会造成水稳裂缝：1 1干缩性裂缝干缩性裂缝的情况分为二种，一是水泥稳定碎石压实成型到正常养护期（一般 为7天）的干缩；二是养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青砼面层这段时 间的干缩。其机理基本上是一样的，只是其损害的程度有所不同。水泥稳定碎石压 实成型到正常养护期（一般为7天）期间，由于混合料本身拌和、养护时用水，水 分蒸发以及混合料内部水化作用而发生的毛细管作用、分子间吸附作用力和碳化收 缩作用等，引起基层混合料体积在一定程度趋于减小而收缩，出现拉裂的现象。如 果这段时间天气正常，气温没有太大变化，混合料（基层）从最佳含水量到较干燥 的干缩过程可称之

5、为“一次性的干缩”，其产生的裂缝是有限的。从基层养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青砼面层之间，如果这段时 间间隔较长，自然天气有多变（出现雨天和晴天交替），基层料从“较干燥一饱水状态较干燥饱水状态”反复循环作用，水分反复的“蒸发、饱和、蒸发、饱和”, 多次重复干缩过程，必然会使基层出现较严重的拉裂现象，积少成多，在薄弱地方 就表现为裂缝，这种破坏在多雨的南方夏天特别明显。这就是公路路面基层施工 技术规范JTJ0342000制定369 “养生期结束后，如其上为沥青面层，应先清扫 基层，立即喷洒透层或粘层沥青”、“在清扫干净的基层上，也可先做下封层，以防 止基层干缩开裂”的规定原因之一。12

6、 荷载性裂缝 这种裂缝往往出现在车道上，裂缝在主车道上，并向超车道上或路肩延伸，一 般裂缝宽度较小，在 1mm 左右，有的还会出现多个裂缝交叉现象。荷载裂缝一般出现在营运期间，由于基层施工成型后表面的不均匀性，使的基 层底部存在着损伤或裂缝。根据受力特点，沥青层底受压，基层是受拉的，在基层 受拉时裂缝就会逐渐向上扩展，最终形成基层荷载性开裂。基层在使用后期也易形 成疲劳裂缝，这种也属于荷载裂缝，这中缝很容易形成支缝，长时间不处理就会导 致基层松散，强度降低，最后出现坑洞。1.3 温缩性裂缝 也就是热胀冷缩产生的裂缝。万物都具有热胀冷缩的性质，水泥稳定碎石基层 属半刚性体，它也不会例外。大家都知

7、道，在水泥路面设计和施工中，设置伸缩缝 的做法规范中已有明确的规定，并且在施工和实际中得到了广泛的应用，取得了显 著的成效。但长期以来，在沥青砼路面设计规范或施工技术规范中却没有提出来， 因而极少有人试用过。水泥无机结合料内部的不同矿物颗粒组成的固相、液相和气相体，在温差作用 中必然会使其产生热胀冷缩的体积变化，从而引起温缩性裂缝。对于半刚性基层而言，其裂缝的产生主要有以下几种原因：1）路基回填和土路床产生不均匀沉降反射到基层产生裂缝 ：做路基和土路床时，如果不严加管理， 经常会出现超挖和开挖不到位的情况，这就会导致土方回填之后不能满足基础承载 力。另外，回填土的含水量、 土体的塑性、松铺系数

8、、 碾压便数、压实度、平整度、 机械的组合等，如果不能到达合理的要求，会导致后续路基会出现不均匀沉降，甚 至是大面积的塌陷。这些凹陷反射到水稳基层，使其拉裂。2）上部荷载使其产生裂缝：水泥稳定基层是半刚性路面结构，只有 2.53Mpa的强度。在水稳处于养生 期时开放交通，会由于水分子与水泥的固化反应未完全即遭到外力的破坏而非常容 易使水稳产生裂缝。即便是养生结束，如果未铺筑面层就大量的通行重载车，也会 使板体无法抵抗上部的压应力而产生拉裂。3）水分子减少产生的干缩性裂缝 ：干缩性裂缝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。水稳基层多在一年中温度较高的

9、月份铺筑，这样会加快矿料本 身水分和洒水养生水分的散失，这就导致了毛细管现象的发生，使水稳有收缩的趋 势，进而产生裂缝。此外，分子间的吸附作用和碳化收缩作用都会使水稳的体积趋 于缩小。但这些因素相对有限。水稳摊铺结束后，天气会经历阴、雨、晴的转换， 水稳也会重复出现“饱水 -干燥 -饱水”的循环，这种循环也就是干缩的循环。在薄 弱的位置就会产生应力集中现象使水稳拉裂。 4）基层热胀冷缩产生的温缩性裂缝 ： 也就是热胀冷缩产生的裂缝。热胀冷缩是自然界最普遍的现象之一，水稳基层当然 也不例外。在混合料硬化初期，水泥水化放出较多的热量，但散热较慢，因此其内 部温度较高，使内部体积膨胀。而外部如遇气温

10、急剧降低则冷却收缩，内胀外缩相 互制约，产生较大的应力。一旦应力超过其极限抗弯拉强度，将产生温缩裂缝。温 缩裂缝多数是横向分布。三、 处理措施 基层顶面出现裂缝后，首先将较大的裂缝切缝，填灌沥青胶，对较小的裂纹， 直接铺上土工格栅。土工格栅具有抗老化、耐高温、强度高、单面烧毛等特点。施 工前应在基层顶上先洒布粘层油，用量约0.71.1kg/m2 ,再铺土工格栅，施工车辆 不得在土工格栅表面转弯。最后再洒布一次粘层油，用量约为0.50.6kg/m2，尔后 方可摊铺沥青砼面层。用这种方法处理基层反射裂缝是目前较为有效的解决方法。1. 对微弱裂缝NC0+086 NC0+170,采取如下办法处理： 铺

11、沥青面层之前，首 先对裂缝两侧 20cm 范围进行清扫、吹尘和清洗；其次在裂缝两侧各 10cm 范围内， 按0.3kg/m2沥青用量喷洒PG2乳化沥青封缝；再沿裂缝为中心两侧各0.5m范围铺 设玻纤格珊，并用铁钉固定。尽量缩短施工间隔，尽快完成上基层，洒透层油，以 免基层经过长时间阳光暴晒后，产生干缩裂缝。2. 对裂缝NC0+257 NC0+120,采取如下办法：首先对裂缝两侧 60cm范围进 行清扫、吹尘和清洗；其次顺着裂缝人工凿开 15cm 宽和 8cm 深的沟缝，清理并用 风机吹干净裂缝；浇筑C25砼至平整；再沿砼与水稳之间接缝灌注乳化沥青，以新 浇筑砼为中心两侧各0. 5m范围铺设玻纤

12、格栅，并用铁钉固定。处理完成后尽快铺 筑沥青面层。四、 经验总结1 铺筑前的准备 在铺筑水稳基层之前要保证底基层的平整度，将底基层清扫干净并洒水使其 充分湿润，这样在铺筑水稳后会减小摩擦阻力，从而减小摩阻产生的拉应力，防止 拉裂。洒水还可以补充蒸发所带来的水分散失，能够保证有足够的水分子与水泥的 水化反应，确保成板后有充足的强度。2 原材料的控制1）水泥： 为保证水泥稳定碎石基层施工时有足够的时间运输、摊铺和压实，水泥的初凝时间要大于3h,终凝时间不小于6h。水泥标号不能太高，最好不要超过 32.5R,采 用普通硅酸盐水泥。细度和安定性以及硫酸盐的含量要满足规范的要求。2）石料： 石料的粗细直

13、接影响水泥稳定碎石基层的强度、平整度和裂缝的产生。水泥稳 定碎石的粒料越粗，强度越高，稳定性越好，预防温缩、干缩裂缝的能力越强。但 粒料过于粗糙，则粒料间的粘接力不足，一旦车辆上路，表面层极易跑散，使得基 层的平整度难以达到验收标准要求。如果粒料偏细，基层强度难以合格。严格控制 0.075mm 以下石粉含量，石粉含量过多，水泥稳定碎石的收缩性增大，裂缝也就增 多。相对密度、压碎值、磨耗值等要满足规范要求。3 混合料级配的控制在施工配合比设计时， 要确保 4.75mm 的矿料通过率接近中值， 并控制 4.75mm 以上的通过率偏上限，即增加粗骨料的含量。这样既有利于混合料的压实，又有利 于增强基

14、层的抗拉强度。粗骨料较少会导致矿料的嵌挤能力变差，干缩和温缩系数 变大。石料最好取自一个料场，这样可以有效地控制石料粒径的大小并能有效地保 证原材料的强度值。小于 0.075 以下的颗粒含量增加时，不但增加了水泥的用量， 而且基层表面还容易起砂，严重影响水稳层的质量。同时，当细集料增加时，混合 料的温缩系数随温度降低的变化幅度越来越大。温度越低，细粒料对温缩的影响也 越大。 因此，规范中水泥稳定土的颗粒组成范围规定： 集料中 0.5mm 以下细粒土有 塑性指数时，小于 0.075以下的颗粒含量不应超过 5%，细粒土无塑性指数时，小于 0.075以下的颗粒含量不应超过 7%。4 水泥剂量的控制水

15、泥剂量控制范围为 45%左右。如果水泥剂量太低，强度难以满足要求； 而剂量过高时，混合料的收缩系数增大，裂缝增加。故水泥剂量一定要经过试配并 结合现场调试合适之后确定。大量实验表明，水泥剂量在超过3%的情况下， 7 天无侧限抗压就基本满足了规范的强度要求。现场的早期强度一般会小于室内实验的结 果，后期的强度大多会高于实验的结果。所以过多的水泥含量不仅不经济，还会产生大量的干缩裂缝而适得其反。一般的水泥稳定碎石基层，其设计强度通常为35Mpa。设计强度愈高，所需水泥用量越大。基层刚性越大，越易产生干缩性裂缝， 缝宽也增大。所以我国规范规定水泥剂量三 6%。5 矿料用水量的控制混合料的含水量是影响

16、干缩裂缝的主要原因之一。含水量过少时，如果土的亲 水性大于混合料，就会造成土与混合料争水的情况发生，让水泥的水化反应无法充 分进行。含水量过多，会让水稳基层的蒸发过快而产生干缩和收缩应力。当收缩应 力大于混合料的抗拉强度时就会产生裂缝。并且可导致水泥在混合料中分布不均匀， 使粗颗粒上无水泥裹附，并造成水泥的损失，造成混合料的离析。因此，混合料搅 拌过程中要有专人负责，时刻监督用水量。水泥稳定碎石基层干缩应变随混合料的 含水量增加而增大。施工碾压时含水量越大，结构层越易产生干缩性裂缝。即使铺 筑了沥青面层，在旱季或冬季也可能产生干燥裂缝。因此在施工时，应根据天气情 况适当增加或减少拌和用水量。例

17、如，在夏天施工气温较高，即使在同一天施工， 混合料的拌和用水量也应早、中、晚各不相同，并且，还要根据运距远近、运输车 辆配置情况不断的调整，确保碾压时混合料含水量在最佳含水量范围内。6 水稳施工中的控制1）混合料的拌制： 水稳拌合在采用机拌的方式，拌制之前调试好机器的各项运转参数。根据天气的变化适时的调整好用水量接近最佳配合比。运输车卸料有专人指挥，视运输车装 料多少，控制好卸料间距，以利于摊铺。尽量减少摊铺机收放料斗，在摊铺机前后 设专人消除粗细集料离析现象，特别应铲除粗集料窝，然后用新拌混合料填补，以 确保配比稳定统一。2）混合料的摊铺： 尽量减小纵向冷接缝，碾压要严格按照初压、复压、终压

18、的步骤进行。严格控制压路机的速度在 5km/h 以内。碾压时应慢起步缓刹车，由低处向高处重叠 1/2 轮 宽，成阶梯状碾压， 不在未压实的路面上转向， 而应后退至起点， 开始下一步碾压。3）养生： 在碾压结束后要及时洒水并用麻袋或尼龙布等覆盖养护，防止水分的过分蒸发产生干缩裂缝并且影响水泥的水化放应，降低强度。养生过程中不得开放交通，一 次减少由于外部荷载而产生的荷载裂缝。摊铺完成后，要及时用土工布、麻袋布覆盖进行洒水养护，防止基层因混合料 内部发生水化作用和水分的过分蒸发引起表面的干缩性裂缝现象。如果在冬天施工 温度较低，则可以用一层塑料薄膜再加上二层土工布覆盖保温，不一定需要洒水养 护。可

19、能的情况下，养护期结束，立即进行沥青封层或透层的施工，及时摊铺沥青 砼面层，这样水稳基层露裸在外面风吹日晒雨淋的时间短，能有效地减少“多次重 复干缩”产生的裂缝。这个措施是非常有效的。7 选择有利的季节或时间进行水稳基层的施工水稳基层施工最好选择在年平均气温时期施工。由于此时结构内温度应力较小， 水稳层不易产生热胀冷缩的现象。施工时的气温与一年中最冷或最热时的温差越大， 越易产生温缩性裂缝。如果在夏天酷暑条件下施工，最好能选择在早晚的时间，尽可能避开中午时间 进行摊铺，并要加强覆盖洒水养护，保证水稳层处于湿润状态。冬天气温低于5 C时，也不能进行水稳基层的施工。在有冰冻的地区，应在第 一次重冰冻（-3-5C）到来之前半个月到一个内完成。水稳基层在夏季施工时，宜在基层设置缩缝，缝深不小于层厚的 1/4，并灌注 沥青胶填缝。水稳基层在冬季施工时，水稳基层宜设置胀缝，深度为该水稳层的厚 度。可用沥青胶或沥青填缝料或细粒式断级配沥青砼填筑并夯实，并在胀缝上铺设 一层自粘式玻璃纤维土工格栅，沿胀缝中心对称布置，防止胀缝反射到沥青砼路面 上使沥青砼路面产生裂缝。