摘要：水泥穩定碎石基層瀝青路面裂縫形成機理、裂縫狀況、開裂原因進行分析研究，發現導致水泥穩定碎石基層瀝青路面開裂的因素主要有材料特性、車輛荷載和路面結構設計、路基強度及其均勻性、底基層強度及其均勻性、地形、地質土質、水文、氣象等自然因素等，采用提高路基穩定性及其強度、合理確定路面強度及厚度、嚴格控制施工工藝、合理安排施工時間等措施，可減少裂縫，延長公路使用壽命，提高投資收益。
　　關鍵詞：瀝青路面；水穩基層；開裂原因；防治措施
　　水泥穩定碎石屬于半剛性基層，半剛性基層是采用無機結合料穩定的各種集料和土類，并具有一定強度和厚度的路面基層結構。半剛性基層瀝青路面具有強度和剛度較高、路面平整度好、噪音低、行車舒適、易于就地取材、施工工藝簡單、使用周期長、工程投資較低、養護維修方便等優點，因此在國內外公路建設中被廣泛應用。
　　1裂縫形成機理
　　由于半剛性基層瀝青路面其組成材料自身固有的特性，開裂幾乎是不可避免的，分析裂縫形成過程，大致分為初期收縮裂縫，中期內應力裂縫，后期荷載外力裂縫3個階段。
　　1.1初期收縮裂縫
　　水泥穩定基層完工后30d局部路段產生橫向裂紋，縫寬1-3mm，橫向貫通或半貫通，垂向深度為水泥穩定基層厚度的0.3-0.5倍。初期收縮裂縫主要是由于壓實后的水泥穩定基層中的水不斷蒸發和水泥水化作用使水份不斷減少，產生毛細管作用、吸附作用、分子間力作用以及材料礦物晶體、凝膠體層間水的作用、碳化收縮作用等，使水泥穩定基層壓實體發生體積收縮，形成收縮裂縫。
　　1.2中期內應力裂縫
　　瀝青碎石下面層鋪筑后90d即有少量反射裂縫產生，水泥穩定基層鋪筑后6個月大部分裂縫基本形成，90％的裂縫橫向和垂向均已貫通水泥穩定基層和瀝青碎石面層，水泥穩定基層形成了長度不等的相對獨立的受力板塊。一般開裂地段裂縫間距在50-l00m之間，嚴重開裂地段裂縫問距在6-30m之間，裂縫寬度為1-5mm。一年后裂縫有少量增加和擴展，裂縫數量在上年基礎增加5％-8％，縫寬普遍增大，一般為5mm，局部地段增加到l0mm。
　　由上可見，水泥穩定基層完工后一年經過一個夏秋雨季和冬春旱季。中期內應力裂縫基本形成，水泥穩定基層內90％-95％的內應力得到釋放和消減，原有內應力體系被打破而重新形成新的受力體系。
　　中期內應力裂縫產生的主要原因是：由于水泥穩定碎石基層自身材料干縮和溫差應變脹縮產生的拉應力超過水泥穩定基層自身的極限抗拉強度，使其從強度薄弱斷面處產生斷裂。 中期內應力裂縫的特點是：橫裂多，縱裂少，裂縫規則順直，上下貫通但無垂向錯位。
　　1.3后期荷載外力裂縫
　　隨著路面使用時間的延長，橫向裂縫在不斷增加，縫寬在不斷增大，橫向裂縫在不斷附生縱向裂縫．最終形成網裂片區，最終半剛性基層瀝青路面發生早期結構性破壞。中期內應力裂縫基本形成以后，水泥穩定基層形成相對無限連續的簡支板受力體系，即：長度不同且相對獨立的水泥穩定基層板塊，受底基層的支承，支承面強度高的部位形成相對支點，強度低的部位形成相對懸空。用相對懸空系數來反映板的懸空程度，當系數為零時層間完全接觸，符合多層彈性體系理論；當系數逐步增大時層問接觸力逐步減弱，板處于相對連續的簡支板受力體系；當系數增至1時層間接觸力完全消失．板底完全懸空，水泥穩定基層板塊處于絕對連續簡支板受力體系。相對懸空跨度和相對懸空系數的大小與支承面彎沉值的變異系數有關，變異系數越大懸空程度越大，反之越小。當產生中期應裂縫后，裂縫處的路床強度在路面滲水的作用下逐步降低，裂縫兩邊的水泥穩定基層逐步懸空形成相對懸臂板。
　　由于上述原因，在車輛荷載的作用下，水泥穩定基層板塊不斷產生斷裂，發生結構性破壞．并反射到面層。后期荷載外力裂縫的特點是：裂縫發展速度快，裂縫寬度大，裂縫呈不規則的網狀結構，水泥穩定基層形成大小不等的獨立板塊，在車輛作用下旱季翹曲晃動，雨季沉陷唧漿。
　　導致半剛性基層瀝青路面開裂的因素很多。通過對基層瀝青路面的分析研究認為，導致開裂的因素主要有材料特性、車輛荷載與路面結構設計、路基強度及其均勻性、底基層強度及其均勻性、自然環境等。水泥穩定基層礦料的級配、細粉料含量、塑性指數，路面結構組成及其厚度，車輛荷載的大小，路基和底基層的強度及其均勻性，地質土質，水文氣象等各方面的因素與半剛性基層瀝青路面的開裂都有直接關系。
　　2裂縫防治措施
　　2.1提高路基穩定性及其強度
　　路基要具有足夠的整體穩定性、強度，否則將產生不均勻沉降，使路面發生開裂。
　　2.1.1選線與設計
　　公路選線應充分考慮地形地貌、地質土質的特殊情況，軟基不良地質土質地段。路基設計應充分考慮影響影響路基穩定性的各種因素。設計時應處理好投資與質量的關系，節約投資是設計目標之一，但是不能因為減少投資而降低質量標準。只要準確掌握沿線地形地貌、地質土質、水文氣象資料，合理選線，設計到位，就能防止各種不利的自然因素對路基造成的危害，保證路基具有足夠的強度和穩定性。
　　2.1.2原地基處理
　　草皮樹根、地表松散的腐殖土要全部清理干凈；地面橫坡大于1：5的地段不論縱向還是橫向都要使用機械從上到下推成寬度不低于3m的土質臺階。
　　遇到軟土地段首先要分析周圍的地形地貌、地質水文情況，采用探挖、鉆探等方法探準軟土層的厚度和性質，再確定處治方案。
　　2.1.3路基填筑
　　路基強度主要是在填筑過程中形成的，必須嚴格控制路基的填筑工藝，確保路基強度。填筑材料首選使用石、礫、砂類土，其次選用含礫、砂低液限粘土．再次選用低液限粘土。粉制土和有機質土不能用于填筑路基。
　　壓實度是反映路基強度的重要指標，施工中必須嚴格檢測控制，使其達到規定值。
　　2.1.4路床以下80cm的強度
　　路床以下80的cm路基的關鍵部位，它直接承受和吸收路面的下傳力，要具有足夠的強度和均勻性。填方地段要采用較好的材料填筑，土質差的挖方地段要進行換填處理，確保其強度和均勻性。
　　2.2合理確保路面結構及其厚度
　　合理的路面結構組成以及合理的路面結構厚度，要通過對路基彎沉值、回彈模量等強度指標進行檢測評判，結合土質類型、潮濕程度、地下水位、車輛荷載等因素進行綜合分析。
　　2.2.1路面結構組成
　　從確保質量、方便施工、節約投資的原則出發，一般采用3層結構，即：底基層、基層、面層。
　　2.2.2路面結構厚度
　　在確定路面結構厚度時要以車輛荷載和路基強度為主要依據。
　　2.2.2.1車輛荷載
　　研究表明，半剛性材料在小于某一臨界荷載以下受力時，其應力和變形足線性的，在臨界荷載以上受力時其應力和變形是非線性的，并開始出現裂紋，產生永久變形。試驗路段檢測表明：25cm厚的水泥穩定基層，后軸重100kN時彎沉值為21(0.01mm)，160kN時彎沉值為37(0.01mm)(200m計算代表值）。重車的軸載數值和作用次數是導致路面發生結構性破壞的主要因素。因此，路面設計應考慮車輛超軸載數值、車輛沖擊力、車輛制動力，確保路面具有足夠的承載力，避免水泥穩定基層在車輛荷載作用下產生早期結構性破壞。
　　2.2.2.2結構厚度
　　路面厚度增加時，承載力迅速提高。在其它條件相同的情況下，水泥穩定基層厚度從10cm增加到15cm，板底拉應力減小一半；從15cm增加到20cm，板底拉應力減小30％。由此看出，增加結構層厚度是提高路面承載力的主要措施。
　　一般情況下，路基完工后實測彎沉值和回彈模量值與設計值差異很大。因此，必須根據實測結果結合實際水文地質情況重新計算和確定路面結構層厚度，即實施性路面設計。
　　2.3嚴格控制施工工藝
　　半剛性瀝青路面的裂縫有一部分是由于施工工藝控制不嚴造成的，因此在施工過程中要嚴格控制各分項工程的施工工藝，特別是關鍵環節的施工工藝。通過嚴格控制施工工藝，可以避免或減少裂縫的發生。
　　2.3.1底基層
　　從彎學值檢測結果可以表明一個結論：變異系數越小，強度越均勻；變異系統越大，強度差異越大。因此，采用彎沉值的變異系數來評判和控制強度的均勻性是合理的。變異系數的控制值應根據公路等級和車輛荷載而定。要使底基層的彎沉值變異系數減小，一是路床彎沉值的變異系數首先要小；二是碎石的級配要好，級配曲線要盡量集中；三是攤鋪時要避免偶然的粗集料集中或細集料集中；四是碾壓密實平整。使用未篩分級配碎石和河灘砂礫作為底基層時，由于其級配的不穩定性，厚度不應低于20cm，施工時必須嚴格控制以下各道工序：(1)選料、(2)裝運、(3)鋪筑、(4)碾壓、(5)檢測、(6)通車。
　　2.3.2水泥穩定碎石基層
　　為確保水泥穩定基層的質量，各項質量指標達到要求后再正式進行鋪筑。作為半剛性路在膠凝材料的水泥，應使用早期強度較低，初、終凝時間較長的水泥。施工中的每一道工序對水泥穩定基層的質量都有直接的影響，必須嚴格控制以下工序：(1)選料、(2)拌和、(3)攤鋪碾壓、(4)養生、(5)檢測、(6)通車。
　　2.4切縫加鋪土工布處理裂縫
　　在水泥穩定碎石鋪筑7天后，沿公路縱向每20米切一道伸縮縫用截割機將水穩碎石基層切深5—8厘米寬0．3—0．5厘米的縫．并對廢料全部清除干凈，用加熱好的瀝青灌入裂縫至滿為止，鋪筑土工布，澆灑透層油，半剛性基層斷裂后在溫差作用下發生重復伸縮應力應變，裂縫寬度不斷變化，其應變值以斷口處為最大且向后逐步減小，切縫鋪土工布處理可以吸收消化大部分伸縮應力和應力，避免或延緩裂縫輻射到上面層。
　　2.5合理安排施工時間
　　水泥穩定基層鋪筑后30d產生初期收縮裂縫，6個月基本完成中期應力裂縫，根據這一特點，施工過程中應預留兩階段裂縫時間：鋪筑水泥穩定基層后預留30d初期收縮裂縫期，鋪筑上面層前預留180d中期內應力裂縫期。在鋪筑上面層之前對裂縫進行一次全面處治，只要處理方法得當，95％以上的裂縫可避免反射到上面層上，從而減少因路面水下滲影響中期強度導致的裂縫加速擴展和發生早期結構性破壞，延長路面的使用期限。因此，合理安排工期是很必要的。
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