水稳基层沥青路面开裂病害与预防措施研究

周尚来

（甘肃顺达路桥建设有限公司，兰州 730000）

1 引言

水稳基层是一种无机结合料稳定类基层，以水泥为胶结材料，将石子、土料等原材料混合，成为相对稳定的基层结构。根据结合料的不同，水稳基层又可以分为不同类型，其中，水泥稳定碎石具有优越的性能，能够适应各种等级的道路，然而，这种半刚性基层虽然运用范围广泛，但是不可避免地会产生裂缝问题，如不提前采取预防措施，会影响道路工程的运行质量和使用寿命。

2 水稳基层沥青路面开裂病害类型及作用机理

2.1 病害类型

根据相关调查统计，水稳基层沥青路面开裂病害的主要类型包括反射裂缝、温度裂缝、水损害裂缝等。水稳基层属于半刚性基层，施工完成后，随着水分的不断蒸发，会产生干缩现象，出现基层开裂问题，裂缝会向上延伸，导致路面反射裂缝病害的发生。基层收缩的程度与环境条件、材料级配、施工工艺等方面密切相关。在昼夜温差较大以及长时间暴露的条件下，温度应力的反复作用会使基层发生温度收缩裂缝和温度疲劳裂缝；水泥含量变化、集料比例波动会影响混合料的均匀性，基层施工后会产生局部横向裂缝。这些都是由于基层裂缝引发的路面开裂。沥青路面具有典型的低温开裂性，在较大温差作用下，同样会产生温度收缩裂缝和温度疲劳裂缝，直接造成路面破坏。

影响沥青路面低温裂变性的因素有很多：（1）沥青材料的性能，包括沥青的感温性、针入度、延性、含蜡量、抗老化性能等；（2）与混合料的组成也密切相关，矿料组成、骨料品种、沥青用量都是重要影响因素；（3）路面结构层设计也至关重要，如何科学传递应力应变成为关键。相对于柔性基层，半刚性基层与沥青面层的附着黏结性较差，路面面层具有一定的自由收缩性，如果温度应力不能传递到基层，会在面层内部累积，从而产生干裂。在空隙率较大的沥青路面，或者路面施工压实度不够导致局部空隙率大的情况下，使外部水更为顺畅地进入表面层，在车辆荷载的作用下，会降低沥青混凝土的黏结性，出现沥青剥落和水破坏现象，使面层产生形变网裂、唧浆、坑洞等水损害裂缝[1]。

2.2 作用机理

反射裂缝的形成与受拉疲劳、剪切屈服、受拉屈服的综合作用密切相关。温度变化会引起受拉疲劳，产生裂缝，并不断扩散，扩散速率受面层抗疲劳能力、基层温度变化幅度、下卧层特性等方面影响。在下卧层板块较长、面层较薄的情况下，很容易出现反射裂缝。沥青混合料的导热性比较差，不同面层的温度变化幅度不同，在拉力作用下，产生的裂缝会由表层逐渐向下扩展，呈现上宽下窄的结构特点，如果面层材料的屈服应变值超过一定范围，会有效阻止这种裂缝产生。由于开裂病害的产生，下卧层会分割成板块，在车辆荷载的作用下，相邻板块端部的竖向位移差会使面层遭受剪切疲劳，形成裂缝。沥青混合料的材料配比、 性能以及施工工艺都会影响受拉疲劳寿命，而降低下卧层板长、 增加裂缝率也会削弱面层屈服破坏。沥青材料具有显著的低温缩裂性，如果在温度下降时，收缩产生的拉应力超过路面材料的抗拉强度，会出现开裂病害。水损害裂缝的主要作用机理是黏聚性破坏和黏附性破坏，水分在进入沥青混凝土后，会降低沥青和集料的黏结效果，导致沥青薄膜剥落、集料裸露、强度损失等问题，进而产生路面开裂病害。

3 水稳基层沥青路面开裂病害预防措施研究

3.1 严格控制基层施工质量

在原材料质量控制过程中，应严格按照水稳基层施工技术相关规范执行，防止集料粒径过大影响基层的平整度和表面的均匀性，同时对拌和机械和摊铺机械的使用性能也会产生负面影响。

集料级配直接关系到水泥混合料的强度。通常情况下，如果集料级配不好，缺乏细集料，要适当提高水泥的比例，使混合料达到设计强度，通过科学实验确定最佳级配，加强粗集料用量和质量控制，在保证设计强度的情况下，尽可能减少水泥用量，使级配曲线能够接近级配区域下限。

拌合料质量控制中，应完善原材料质量管理制度，材料进场后要安排专人进行堆放、存储管理，按照配比设计控制水泥用量、含水量误差，含水量太少会影响基层强度、施工进度；含水量过大难以碾压密实和整平处理。可适当增加拌和时间，保证混合料拌和均匀。

对于不同公路等级采取相应的施工方式。在施工过程中，加强技术细节控制，避免出现随意浇水、提浆等问题，减少干缩，有效掌控碾压过程含水量变化。如果出现蒸发过快的情况，可适当洒水，保证在最佳含水量的情况下碾压密实成型。

采用一次性摊铺碾压技术能够提高水稳基层的施工质量。做好相关准备工作，保证底基层的平整度和压实度。

车辆的运输能力必须能够满足铺筑要求。使用中大型多功能摊铺机，均匀缓慢地进行不间断摊铺。对于无法使用机械摊铺的情况，可通过人工作业完成。合理使用钢筒压路机、振动压路机、轮胎压路机进行碾压施工。

如果发现有集料离析的状况，要及时铲除，重新填补碾压；如果存在翻浆现象，则要翻松晒干后继续施工；如果出现拥包，应人工刮平后再碾压施工。

明确压路机械施工路线，不得出现急刹车、 急调头的情况，保证水稳基层密实度能够达到设计要求。加强水稳基层的养护管理。

采用薄膜养护时，需要及时覆盖且覆盖严实，保证养护的温湿度条件能够符合要求，避免出现水分蒸发过快的问题。基层养护完成后，及时开展下一步施工作业，做好车辆通行管制[2]。

3.2 采取层间防裂处理措施

在保证水稳基层施工质量的基础上，采取有效的层间防裂处置措施，能够适应沥青路面应力变化规律，达到开裂病害防治的目的。

层间防裂处理技术的应用主要依赖不同防裂材料的作用，应根据不同道路特点采取合适的层间防裂方式。土工织物具有隔离、防渗、加筋补强、过滤排水、防护等功能，在工程实践中展现出优异的抗拉力学特性，加上高分子间的复合作用，土工织物与沥青的结合具有较强的可行性。

通过构建加筋沥青面层，能够改善路面物理力学性能，减少开裂病害。施工前，要进行路面基层清理，撒布粘层油，最好采用改性沥青，保证层间抗剪能力。分2 次洒布，确保用油量和均匀度；铺设土工织物，对于较厚的土工布，应使用刷子进行刷平处理，避免产生褶皱，保证铺筑的平整性，能够适当浸油；摊铺沥青混凝土时，应避免出现土工织物位置移动、破损等情况。

设置应力吸收层也能起到吸收应力的作用。在水稳基层和沥青面层之间设置SBS 应力吸收层，能够有效降低沥青面层底部应力，缓解反射裂缝的产生。

在层间设置橡胶沥青碎石层也能够起到相似效果。橡胶沥青碎石层所含沥青较少，具有较大的空隙率，能够有效吸收、消散水稳基层处的应力集中，达到防裂的目的。

无论采用哪种层间处置措施，都会对沥青路面开裂病害防治产生积极影响，但具体实施效果略有差异，需要加强试验分析，掌握防裂作用机理，实现最佳的应用效果[3]。

3.3 做好防排水处置技术措施

在沥青混合料面层配比设计时，需做好沥青水集料的有效平衡，在有水情况下，能够保证沥青膜不发生剥离，仍然具有良好的黏结性能。水泥、石灰中的碳酸钙含量比较高，能够形成正的吸附中心，而沥青中有带负电荷的表面活性物质，二者可以产生化学吸附层，使用水泥、石灰替代一部分矿粉，能够改善沥青混合料的黏附性。采用酸性石料时，需使用针入度小的沥青，并采取有效的抗剥离措施。可通过掺加抗剥落剂、石灰浆处理粗集料等方式加以解决，这些措施都能有效增强沥青混合料的耐水性能。在级配设计上，要注意增强沥青面层的防水性能，合理控制空隙率和空隙结构，使沥青混合料具备良好的嵌锁结构和压实特性。设置良好的沥青路面排水系统，能够及时将雨水和地下水排除。减小水的影响范围和时间，除了采用常规道路排水设计外，设置碎石集料排水基层，增强内部排水能力，在基层中间设置一层多空隙水泥稳定碎石，形成相对稳定的渗水结构，在满足强度和抗变形要求的情况下，实现透水、排水的功能，降低路面含水量，减少动水压力、静水压力的作用，减轻路面各结构层遭受水损害的程度。通过研究发现，设排水基层的沥青路面能够提高使用寿命约1/3 左右。只有采用耐水、防水、排水的组合措施，才能实现更好的水损害裂缝防治效果。

3.4 加强预防性养护技术应用

沥青路面裂缝病害是持续发展的，在裂缝形成初期，如不及时采取封闭处理措施，会使大量的水进入面层和基层，加快裂缝的破坏程度和扩散速度，因此，采取预防性养护措施十分必要，能够修复路面的平整度，恢复路面的局部强度和承载能力，避免对路面结构造成进一步破坏。常用的预防性养护措施有很多，需要综合考虑温度条件、裂缝情况、施工工艺等因素科学选择。开槽灌缝技术主要通过在裂缝走向开槽压入密封胶的方式实现，裂缝封闭效果好，施工效率高。灌缝材料需要具备良好的黏结性、韧性、弹性、延展性、低温稳定性、耐老化性，这是决定修补效果的关键。贴缝是在灌缝技术应用的基础上采用增强纤维材料进行密封处理，具有较强的抗磨耗性能和抗拉性能，能够保护胶体材料，减少胶体磨耗，增强修补结构的耐久性。改性沥青养护剂灌缝也能产生良好的裂缝修复、预防效果，比较适用于3 mm 以下的裂缝；先清理裂缝杂物，再灌入养护剂，养护一定时间后就可以开放交通。对于路面裂缝严重的情况，可以采用沥青混合料罩面法进行处理，辅助设置应力吸收层等方式，提高防裂效果，避免开裂病害的迅速发展。

4 结语

综上，水稳基层是一种常见的半刚性基层，而裂缝是沥青路面的主要病害之一，开裂病害与水稳基层的作用密切相关，如果水稳基层施工质量得不到保证，出现裂缝问题，会持续向上传导到路面。沥青混合料受温度、水的作用影响较大，容易产生温度裂缝和水损害裂缝。针对裂缝产生的机理，采取针对性的预防处置措施，能够减少沥青路面开裂病害的产生和发展。