何紹喜，沈程鵬，徐顯攀，李 新，陳俐光

(1.中國建筑一局(集團)有限公司,北京 100161; 2.中建市政工程有限公司,北京 100071)

0 引言

在拉美地區(qū),瀝青路面憑借行車舒適、維養(yǎng)簡單、整體造價低廉等諸多優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用。但拉美地區(qū)公路設(shè)計標準多采用美標AASHTO,瀝青路面結(jié)構(gòu)層多采用水泥穩(wěn)定底基層。受材料理化性質(zhì)影響,水泥穩(wěn)定底基層對溫度、濕度敏感性高,在強度發(fā)展過程中易受溫濕度影響產(chǎn)生干縮裂縫與溫縮裂縫。而拉美地區(qū)屬于亞馬遜雨林氣候,溫濕度變化大,水泥穩(wěn)定底基層裂縫病害成為了影響該地區(qū)瀝青道路使用性能及使用壽命的關(guān)鍵因素。為了解決這一問題,研究人員與工程師們創(chuàng)新性地開發(fā)了預(yù)裂技術(shù)。本文以玻利維亞尤庫莫至圣博爾哈公路項目為例,闡述了預(yù)裂技術(shù)對干縮、溫縮裂縫的影響及其實際應(yīng)用,為預(yù)裂技術(shù)在玻利維亞地區(qū)路拌法水泥穩(wěn)定粒料基層的施工提供了參考。

1 預(yù)裂技術(shù)

1.1 預(yù)裂技術(shù)原理

預(yù)裂處理是指在水泥穩(wěn)定底基層終壓后24 h～72 h養(yǎng)生期內(nèi),使用壓路機振動碾壓,在基層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生間隔極細且分布相對均勻的網(wǎng)狀微縫隙[1],微裂隙結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒉牧献陨懋a(chǎn)生的收縮應(yīng)力分散吸收,降低材料早期收縮應(yīng)力,防止長、寬裂隙形成,進而有效預(yù)防和減少反射裂縫的形成并延伸至瀝青面層[2-4]。

1.2 預(yù)裂技術(shù)對干縮、溫縮裂縫的影響

干縮性裂縫主要是水泥穩(wěn)定底基層表面水分蒸發(fā)以及內(nèi)部水化作用致使水分不斷減少而產(chǎn)生的裂縫[5]。水泥穩(wěn)定底基層攤鋪壓實后,當外部環(huán)境相對濕度較小時,內(nèi)部游離水不斷向外部遷移,而當相對濕度較大時,外界游離水又會滲入基層內(nèi)部。但混合料表面游離水流失速度遠大于混合料內(nèi)部游離水流失速度,導(dǎo)致基層內(nèi)部與表面收縮變形不一致,因此混合料自表面向內(nèi)產(chǎn)生了外寬內(nèi)窄的干縮裂縫,混合料的干縮隨水泥摻量的增大而增大[6]。

溫縮性裂縫即因溫度變化而引起的收縮裂縫。水泥穩(wěn)定底基層由固相、液相、氣相三態(tài)組成,而三者的熱脹縮系數(shù)存在差異,固相礦物水泥穩(wěn)定碎石粒料合成的膠凝體熱脹縮系數(shù)一般為1×10-6m/(m·℃)～20×10-6m/(m·℃),液相水的熱脹縮系數(shù)為70×10-6m/(m·℃)。當溫度升高時,相較于固態(tài)顆粒,液態(tài)水發(fā)生較大體積膨脹,體積膨脹產(chǎn)生的擴張力使固體顆粒間間距增大,而溫度降低引起的固態(tài)顆粒以及液態(tài)水體積收縮并不能修復(fù)體積膨脹時產(chǎn)生的裂隙間距。在溫度作用下致使裂縫不斷擴大進而產(chǎn)生顯著的溫縮裂縫[7]。

在養(yǎng)護早期,受干縮、溫縮影響,水泥穩(wěn)定底基層內(nèi)有大量預(yù)存裂縫,其中大部分是受劇烈的水泥水化作用在粒料與水泥膠結(jié)界面產(chǎn)生黏結(jié)裂縫[8]。當采用振動壓路機振動碾壓時,將會使這些黏結(jié)裂縫得到進一步的發(fā)育,并且在水泥漿體中也會產(chǎn)生少量砂漿裂縫。隨著振動的進行,這些砂漿裂縫不斷增多并與黏結(jié)裂縫貫通,形成連續(xù)貫通裂縫,從而使得干縮應(yīng)力與溫縮應(yīng)力大大釋放。停止碾壓以后,由于水泥水化作用仍在進行且需要較長時間完成,大量貫通的微裂隙給基層水泥水化提供了空間,隨著水化作用的持續(xù)進行,裂縫將逐漸減少甚至愈合,從而不會對路基造成較大的強度損失。

2 預(yù)裂技術(shù)在冷再生水穩(wěn)層中的工程應(yīng)用

2.1 工程概況

玻利維亞尤庫莫至圣博爾哈公路項目全長55.25 km,設(shè)計路面全寬為10.3 m,其中單幅行車道寬3.65 m,路肩寬1.5 m。路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計為25 cm水泥穩(wěn)定粒料底基層,20 cm級配碎石基層,半幅3.65 m行車道為厚7 cm改性瀝青混凝土面層,半幅1.5 m路肩為厚3 cm改性瀝青混凝土面層,如圖1所示。

2.2 施工流程

2.2.1 水泥穩(wěn)定粒料配合比設(shè)計

根據(jù)美標AASHTO要求,水泥穩(wěn)定底基層28 d無側(cè)限抗壓強度要求不小于2.1 MPa,混合料必須是A-4或者更高等級的土,混合料最大粒徑不能大于壓實厚度的1/3,級配須按表1控制;水泥須符合玻利維亞水泥標準NB-011的規(guī)定,水須符合IS 456-2000用水要求。

表1 級配控制表

2.2.2 備料

根據(jù)配合比組成設(shè)計參配混填土,各填料需獨立儲存,禁止與不達標或廢棄的填料混合堆置,避免出現(xiàn)材料污染浪費現(xiàn)象。

2.2.3 下承層準備

下承層質(zhì)量對水泥穩(wěn)定基層產(chǎn)生直接影響,因此在水泥路拌施工前,需先對下承層進行檢驗,確保下承層高程、路基寬度、平整度、壓實度以及彎沉值符合規(guī)范與設(shè)計要求,對質(zhì)量不達標的部位,要采取針對性處理措施。

2.2.4 施工放樣

在下承層兩側(cè)測放出邊線樁位并標注相應(yīng)的設(shè)計標高,直線段標樁間距為10 m,平曲線段間距5 m,在平曲線要素控制點還需增設(shè)標樁,保證樁位連線平順美觀。施工時,在邊樁上拉線以控制基層標高與平整度。

2.2.5 填料攤鋪

填料堆放前將下承層的雜物清除干凈,沿道路前進方向分層填筑,填筑的松鋪厚度由試驗段確定,根據(jù)自卸車容量和松鋪厚度確定堆土間距。聯(lián)合使用平地機與推土機對填料堆進行初平,然后用壓路機進行靜壓或弱振一遍。

2.2.6 布灰路拌

布灰拌和的均勻程度決定了路拌法水泥穩(wěn)定底基層質(zhì)量,使用專用布灰機持續(xù)布灰(如圖2所示),根據(jù)配合比設(shè)計要求確定水泥用量,并根據(jù)布灰機出料速度計算布料機前進速度,施工時嚴格控制布灰機前進速度確保水泥厚度均勻一致。

使用穩(wěn)定土路拌機進行路拌法施工(如圖3所示),隨時檢查拌和深度。拌和深度應(yīng)侵入下承層5 mm～10 mm以確保基層與下承層有效黏結(jié),嚴禁出現(xiàn)素土夾層。拌和時,先從路基邊部開始以之字形來回拌和全部路面一遍,然后根據(jù)配合比設(shè)計灑水,并繼續(xù)拌和。拌和過程中,指派專人對拌和填料隨時進行挖驗,每隔5 m～10 m至少挖驗一處,檢查拌和是否均勻,對拌和不到位的區(qū)域,應(yīng)及時提醒拌和司機重新拌和。

2.2.7 整形、碾壓

首先使用平地機沿直線由兩側(cè)向中心對拌和路面進行初平,使路面大致平整,然后利用振動壓路機對其進行壓實。直線段由兩側(cè)路肩向中間碾壓的方式進行,平曲線段采用由內(nèi)側(cè)路肩向外側(cè)路肩碾壓的方式進行,碾壓時應(yīng)重疊1/2輪寬,碾壓遍數(shù)一般為6遍～8遍,碾壓過程中應(yīng)保證及時補水,保證水泥穩(wěn)定土表面始終保持濕潤。

2.2.8 初步養(yǎng)生

碾壓結(jié)束且在壓實度經(jīng)檢測合格后開始初步養(yǎng)生,可采用塑料不透水薄膜、草墊等覆蓋面層并灑水保濕的方法。養(yǎng)生時間不少于24 h。

2.2.9 預(yù)裂碾壓

預(yù)裂碾壓施工宜在養(yǎng)生24 h～72 h之間進行。養(yǎng)生前,先采用紅油漆左右間隔約1 m,前后間隔約2 m標記剛度檢測點,并采用落錘式彎沉儀測定檢測點的水泥穩(wěn)定底基層初始剛度。當初始剛度在50 MN/m～60 MN/m時開始進行預(yù)裂碾壓。

預(yù)裂碾壓施工需采用質(zhì)量至少為13 t的鋼輪振動壓路機。振壓時,碾壓速度控制在3.2 km/h～3.8 km/h,并啟動最大振幅,碾壓遍數(shù)一般為1遍～4遍,每碾壓一遍需及時對檢測點的剛度進行測量,當剛度下降到初始剛度60%以上時,停止振動碾壓。

2.2.10 養(yǎng)生

預(yù)裂碾壓結(jié)束后,基層至少養(yǎng)護48 h以上進行面層施工。

3 實施效果評價

采用貝克曼梁在水泥穩(wěn)定地基層預(yù)裂處理后第2天和第7天分別進行彎沉值檢測,部分實測數(shù)值如表2所示。

表2 部分彎沉值實測數(shù)據(jù)表

從表2中可以看出,在預(yù)裂技術(shù)實施后,由于底基層結(jié)構(gòu)中存在大量裂縫,其實測彎沉值相對較大,但隨著水化作用的進行,裂縫得到進一步修復(fù),其彎沉值在第7天時恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

本工程采用預(yù)裂技術(shù)對拉美地區(qū)路拌法水泥穩(wěn)定底基層進行處理,其結(jié)果表明:預(yù)裂技術(shù)實施后,在振動碾壓作用下,基層內(nèi)產(chǎn)生了較多微裂隙,使得水泥穩(wěn)定底基層早期彎沉值較高,但隨著水泥水化作用進行,微裂隙得到修復(fù),其彎沉值可恢復(fù)至正常水平,且基層表面未出現(xiàn)明顯裂縫。

目前,水泥穩(wěn)定粒料為主的半剛性基層仍是瀝青道路結(jié)構(gòu)中的重要組成部分,而預(yù)裂技術(shù)可有效避免基層裂縫的產(chǎn)生,延長道路使用壽命,可大范圍推廣應(yīng)用。