半刚性基层裂缝原因分析及处治

半刚性基层裂缝原因分析及处治

半刚性基层

半刚性基层指的是用无机结合料稳定土铺筑的能结成板体并具有一定抗弯强度的基层。半刚性基层材料以其承载能力强、良好的稳定性和施工工艺容易控制等优点，被广泛应用于高等级公路的路面结构中。从道路的使用情况看，无论是何种半刚性结构层，也无论是在何种气候环境条件下，都不可避免地产生裂缝，这严重影响了道路的使用功能和寿命。裂缝的存在使道路表面雨水不可避免地进入结构层及路基，致使路面结构层和路基强度大大降低。同时，裂缝在车辆荷载的冲击作用下，很容易扩展，严重的出现唧浆和坑槽。因此有必要从分析裂缝产生的机理出发，分析提出良好的防治措施。一、半刚性基层裂缝的形成由于半刚性基层材料的热胀、干燥和疲劳特性，当基层长期暴露在大气中，在气温较高和昼夜温度循环变化的作用下，以及行车荷载反复作用下，易产生温度收缩裂缝、干燥裂缝和疲劳裂缝。温度裂缝干缩裂缝荷载型裂缝非荷载型裂缝低温收缩裂缝温度疲劳裂缝汽车车轮荷载引起的半刚性基层底部拉应力所致温度变化产生的收缩裂缝组成半刚性材料的三相,即不同矿物颗粒组成的固相、液相和气相在降温过程中相互作用,使半刚性材料体积收缩,即温度收缩。半刚性材料具有明显的温缩性。当半刚性基层沥青路面面层较薄时,在温差大的地区,半刚性基层内存在较大的温度梯度,必然产生温度应力。假设以二灰及水泥稳定粒料类半刚性基层为例,其平均温缩系数取,劲度模量平均值取，基层顶面一天中可遭受10℃左右的温差。在此情形下,根据公式计算半刚性基层顶面所受的温度应力为:此数值通常情况下已超过半刚性基层材料的抗弯拉强度,可见气温变化剧烈时,基层很容易开裂。温度变化产生的收缩裂缝水分蒸发产生的干缩裂缝半刚性基层是用水硬性结合料稳定的各种土,在拌和压实之后,由于水分挥发和混合料内部发生水化作用,混合料的水分会不断减少。由此而发生的毛细作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或胶体间的水的作用和碳化收缩作用等会引起基层体积收缩,从而产生干缩裂缝。水分蒸发产生的干缩裂缝干缩应力可按下式计算:式中：为平均干缩系数；ω1,ω2为含水量；△ω为含水量的变化量；St为基层劲度模量。半刚性基础材料的最佳含水量一般为10%左右，而混合料相应风干含水量为0.75-0.8倍最佳含水量，则半刚性基层至风干状态失水量一般为7.5%-8%，取平均干缩系数35×10-6/△ω，St=10000MPa。代入上式计算得σd=2.6MPa。此值已远远超过半刚性基层本身的抗弯拉强度。对于无适合养生的半刚性基层，特别是干缩性大的稳定细粒土基层，在混合料抗拉强度还未完全形成前，基层失水过多会产生很大的干缩应力，极易产生干缩裂缝。其他原因引起的裂缝原材料不合格下承层标高失控、不平整、板结性差基层混合料的配合比不当施工工艺不当大规模施工过程中其他因素的干扰基层裂缝的形式

1.横向裂缝横向裂缝是半刚性基层裂缝的主要形式，随着时间的推移，这类裂缝都会通裂，当横缝较密集时，还会伴随出现纵向裂缝。给后续工程带来很大的质量隐患。2.纵向裂缝纵向裂缝一般都发生在高填方、桥梁过渡段及软土路基上。主要原因是填方的不均匀性，以及填方密实度达不到设计要求。经过一段时间的自然沉降，特别是经过雨水浸泡后，路基强度有所下降，沿边坡部分路基承载力也下降，就会出现纵向裂缝。纵向裂缝必须及时处理，否则将造成较大的路面损害。3.局部网裂造成半刚性基层局部网裂的原因很多，例如路基的不均匀沉降，基层混合料质量有问题，外界原因如污染、腐蚀等等。这种局部网裂将对该路段路面使用功能及寿命造成极大危害。二、半刚性基层裂缝的扩展

由于温湿循环应力和荷载反复应力的共同作用，在面层底部产生应力集中。当半刚性基层收缩应力超过其抗拉强度时将产生裂缝。裂缝再通过面层与基层接触面应力传递，使基层裂缝反射传播，不断向上扩展，直至到达面层表面。裂缝的扩展模式拉裂剪裂撕裂行车荷载对裂缝扩展模式的影响半刚性基层引起的沥青路面裂缝从裂缝的成因分析,裂缝大致分为两种情况：第一种情况，由于半刚性基层温度收缩开裂引起的反射裂缝，尤其是温缩性大的石灰土和水泥土基层温缩裂缝更为明显。反射裂缝是基层裂缝引起裂缝上方面层的底面先开裂并逐渐向上穿透直到表面。第二种情况，由于半刚性基层干缩开裂引起的反射裂缝及对应裂缝。对应裂缝是基层裂缝引起裂缝上方面层从顶面开裂并向下穿透直到底面。反射裂缝和对应裂缝主要是非荷载型的，可能是由温度引起的，也可能是由温度和荷载共同作用下完成的。这种裂缝主要包括由半刚性基层温缩开裂和干缩开裂引起的两类裂缝。沥青路面横向反射裂缝三、半刚性基层裂缝的控制措施设计措施1.适当增加面层厚度。2.进行半刚性材料的合理组成设计。3.基层预锯缝，锯缝处铺设带条土工布。4.增大基层与面层层间摩阻力,在基层顶面嵌“钉子石”，即16-19mm单粒级碎石。5.在面层和基层之间设置应力应变消减中间层（SAMI）或级配碎石层。6.选用合格的原材料。

K—断裂力学中用来表示裂缝尖端应力场的强度。K越大，裂缝扩展速度越快，面层的疲劳寿命越短。预锯缝施工措施1.严格控制垫层标高、平整度。2.严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量,混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内。3.半刚性基层碾压完成后,需要及时养生,保护混合料的含水量不受损失。决不能让基层曝晒变干开裂。4.半刚性基层碾压完成后或最迟在养生结束后,应立即喷洒沥青或沥青乳液,做成透层或粘层。5.克服人为因素,严格施工工艺,避免因操作时不当和外来因素影响而产生的裂缝。如图所示为20cm厚10%水泥土基层板的干缩应力情况。

没有进行合适养生的半刚性基层，特别是干缩性大的稳定细粒土基层，在压实完成后的头几天内就会产生很大的干缩应力，而此时混合料的抗拉强度还不大，因此，很容易产生干缩裂缝。四、半刚性基层裂缝的处治方法1.根据规范要求,对已施工完成的半刚性基层(底基层)进行认真仔细的检查,并记录裂缝的详细资料。2.施工准备（材料、人员、机械、具备满足施工的气候条件和施工条件）3.处治方法:(1)基层上洒布透层油+玻璃纤维网+石屑，做好封层处理。(2)基层裂缝处着重清理,保证缝内无杂物，清理完毕后向裂缝内灌注改性乳化沥青。在其上铺设自粘式玻璃纤维格栅处理,铺设宽度为100cm,裂缝两侧各50cm，长度为横向满铺。(3)在基层与面层之间增设土工织物,做为应力吸收层，对减缓反射裂缝的产生和扩展具有良好的效果。四、半刚性基层裂缝的处治方法结束语随着我国高等级公路的高速发展，半刚性基层的裂缝及防治已经成为当前我们面临的一个重要问题。半刚性基层裂缝的出现是由各种因素综合作用所导致的，并且该裂缝的出现