路橋畢業(yè)論文---二灰碎石基層裂縫成因與防治

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p><b>　　關鍵詞3</b></p><p><b>　　前言3</b></p><p>　　1 常見裂縫類型3</p><

2、;p><b>　　2 裂縫成因3</b></p><p><b>　　2.1反射裂縫3</b></p><p><b>　　2.2干縮裂縫4</b></p><p><b>　　2.3溫縮裂縫5</b></p><p>　　2.4差異沉降裂縫

3、6</p><p>　　2.5荷載性裂縫6</p><p><b>　　3 防治措施7</b></p><p>　　3.1施工方面7</p><p>　　3.1.1 原材料的控制7</p><p>　　3.1.2 混合料的拌和7</p><p>　　3.1.3

4、 混合料的運輸8</p><p>　　3.1.4 混合料的攤鋪9</p><p><b>　　3.2設計方面9</b></p><p>　　3.2.1 二灰碎石混合料配合比9</p><p>　　3.3養(yǎng)護方面10</p><p><b>　　4 處治方法11</b&

5、gt;</p><p>　　4.1 裂縫區(qū)段的再堆載12</p><p>　　4.2 鋪設土工格柵12</p><p>　　4.3 深層壓漿處理12</p><p><b>　　5 結束語12</b></p><p><b>　　6 參考文獻13</b></p

6、><p>　　二灰碎石基層裂縫成因與防治</p><p>　　摘要：二灰穩(wěn)定碎石基層屬于無機結合料穩(wěn)定粒料類基層，它具有以下優(yōu)點：較高的后期強度和承載能力；剛度大、整體性強；除以上優(yōu)點外，還有利于我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，既變廢為寶，又減少環(huán)境污染，具有很大的社會效益。基于這種情況，在設有火力發(fā)電廠的地區(qū)，二灰穩(wěn)定碎石基層在高等級公路基層的修筑中得到越來越普遍的應用。</p><

7、p>　　關鍵詞：二灰碎石基層 性能 破壞成因</p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　二灰碎石作為半剛性材料，以其整體性強、承載力高、水穩(wěn)性好、收縮裂縫小的特點，和其成本低廉、材源豐富的優(yōu)勢，在工程建設中，被廣泛應用于道面基層結構。近幾年，華北地區(qū)新建、改擴建機場工程中，特別在飛行區(qū)場道施工中，也大量選用二灰碎石作為道面主要基層結構，對節(jié)

8、省工程投資、提高基層承載力、延長道面有效使用期，起到了很好的作用。因此，如何搞好二灰碎石施工，更好地提高其使用性，是我們今后在工程實踐中應該一直關注的問題。</p><p><b>　　1 常見裂縫類型</b></p><p>　　二灰碎石半剛性基層的裂縫主要有以下幾種類型：</p><p>　?。?） 瀝青面層的溫縮裂縫引起的半剛性基層反射裂

9、縫；</p><p>　?。?） 半剛性基層因水分散失而引起的干縮裂縫；</p><p>　　（3） 半剛性基層由于溫度變化，產生溫度應力造成的溫縮裂縫；</p><p>　　（4） 路基差異沉降引起的裂縫。</p><p>　　（5） 因荷載引起的結構性裂縫，一般應稱之為荷載性裂縫；</p><p><b>

10、;　　2 裂縫成因</b></p><p><b>　　2.1 反射裂縫</b></p><p>　　溫縮裂縫、干縮裂縫、荷載性裂縫三種裂縫均是先從二灰碎石半剛性基層低部開裂逐漸向上擴展，最終反射到瀝青面層形成裂縫。反射裂縫是指在舊路面上加鋪瀝青混凝土后，因舊路面的接縫或裂縫而引起的新加鋪層的裂縫，其形成的原因與材料性能、結構層組合設計、溫濕循環(huán)、車輛荷載

11、、疲勞作用以及施工工藝等有關。鉆芯取樣顯示裂縫均為上窄下寬，而瀝青面層溫縮裂縫引起的半剛性基層反射裂縫則相反，均為上寬下窄，其最先發(fā)生在瀝青面層，因為瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應力松馳性能，溫度的升降產生的變化不致于產生過大的溫度應力，但當急劇降溫且具有干燥的大風時，路面表面溫度很快降到比氣溫還低6-8℃瀝青材料逐漸發(fā)硬并開始收縮，由于瀝青面層在路面中是受到約束的，面層中產生的收縮拉應力大于面層某一缺陷處瀝青混凝土的抗拉強度時

12、，裂縫就在此表面產生。這種情況在瀝青面層與基層的附著力不夠好，允許有一定的自由收縮時，裂縫就更容易發(fā)生。即便此溫度應力未超過瀝青砼的抗拉強度，在此應力反復作用下，表面也可能產生溫度疲勞裂縫。表面一旦開裂，在持續(xù)或幾次降溫過程中，裂縫就會向下發(fā)展，并通過面層，危及基層。當面層的裂縫拉開時，裂縫尖端下的基層</p><p><b>　　2.2 干縮裂縫</b></p><p&

13、gt;　　干縮裂縫是指水泥穩(wěn)定碎石在干燥空氣中硬化時，隨著水分減少體積收縮變形而產生的較為均勻的裂縫。其形成的原因與使用材料如水泥、水和碎石集料都有很大的關系。一方面混合料在凝結硬化過程中，水泥與水起水化反應，消耗大量的水分。另一方面，碎石集料表面吸附水顆粒，細料成分越多，表面吸附的水顆粒就越多。同理，二灰碎石也經常由于施工含水量大于最佳含水量而增大了基層的干縮幅度而產生較多的干縮裂縫。基層產生干縮裂縫的基本機理是一致的：水分減少使體積

14、收縮而產生裂縫。</p><p>　?。?）失水導致顆粒間距減小體積收縮</p><p>　　水是影響干縮的重要因素，特別是對半剛性基層的干縮影響極大。半剛性基層在壓實之后，由于水蒸發(fā)和混合料內部發(fā)生水化作用，混合料的水分會不斷減少。由于水的減少而發(fā)生的毛細作用、吸附作用、分子間力的作用、材料礦物晶體或膠體間水的作用和碳化收縮作用等會引起基層體積收縮。</p><p&g

15、t;　?。?結晶水化物和凝膠結構中水化物分解失水</p><p>　　二灰碎石含水氫氧化鈣、水化硅酸鈣和水化鉛酸鈣內結晶水化物由于風化失去結晶水，導致體積減小。</p><p>　?。?炭化反應引起體積收縮</p><p>　　氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生炭化反應，析出水分引起體積收縮，但是炭化反應對二灰碎石的強度和剛度是有利的。</p><p

16、><b>　　2.3 溫縮裂縫</b></p><p>　　溫縮裂縫是指水泥穩(wěn)定碎石或二灰碎石混合料在硬化初期，由于內部水泥水化和外部氣溫急劇降低，使得結構內脹外縮，溫度應力超過其極限抗彎拉強度后形成的沿橫向均勻分布的裂縫。溫縮裂縫是由于結構體內固相、液相、氣相的不同溫度收縮而產生溫度收縮應力超過混合料的抗拉強度產生的裂縫，二灰碎石基層的初期強度較低，在氣溫降低時，二灰碎石基層會產生較

17、大的溫縮應力而導致開裂。因此，凍前齡期不足時易產生裂縫，特別時北方地區(qū)施工溫度較低的時候更應注意。半剛性材料的外觀脹縮性是三相在降溫過程中的相互作用，使半剛性基層產生體積收縮，即溫度收縮。一般氣相與大氣相通，在綜合效應中影響可以忽略不計，原材料中砂粒以上的粒料溫度收縮系數較小，粉粒以下的粒料溫度收縮性較大。由于環(huán)境溫度存在晝夜溫差，鋪筑初期的半剛性基層同時承受干縮和溫縮的綜合作用，一旦遇到較快地大幅降溫等引起的溫差較大情況時，強度的增加

18、不能抵抗干縮和溫縮的影響，就會形成溫縮裂縫。根據東南大學和南京機場高速公路管理處的專題研究，通過對石灰、粉煤灰、細料三者在混合料中的含量對二灰碎石基層材料溫縮性的試驗分析，對溫縮應變、溫縮應力的影響因素主要是石灰，其次是細料（尤其是</p><p>　　2.4 差異沉降裂縫</p><p>　　在軟土地基與非軟土地基交界處，軟土地基處理方法變化處、構造物臺背與路段交接處、半填半挖銜接處、老

19、路拓寬接縫處、高填土地段均易引起差異沉降，致使基層開裂，并反射到瀝青面層，此類裂縫往往橫向全幅貫通。此類裂縫主要成因是路基填筑質量、軟基處理方式及效果、沉降期是否合理等。</p><p>　　提出合理的級配范圍，半剛性基層裂縫大量減少，但許多道路上依然存在一定數量的裂縫，因此，除級配因素外，主要裂縫產生的原因，歸納起來影響裂縫產生的因素主要有：</p><p>　?。?）瀝青面層厚度、半剛

20、性基層厚度、強度；</p><p>　?。?）石灰用量、礦料級配、細集料含量、含水量、養(yǎng)生條件、曝曬時間；</p><p>　　（3）瀝青及瀝青混合料的性質、基層材料的性質：瀝青和瀝青結合料的性質是影響瀝青路面溫度開裂的最主要原因，瀝青混合料的低溫勁度是決定瀝青路面是否開裂的最根本因素，瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關鍵。在瀝青性能指標中，影響更大的是溫度敏感性，溫度敏感性大的瀝青更容易

21、開裂?；鶎硬牧系氖湛s性愈小，面層裂縫愈少。基層上有透層油以加強與面層的粘結對抗開裂是有好處的，基層材料種類對瀝青面層的裂縫率有明顯影響。</p><p>　?。?）氣候條件：極端最低溫度、降溫速率、低溫持續(xù)時間、升降溫循環(huán)次數是氣候條件影響瀝青路面溫縮裂縫的四大要素。</p><p><b>　　2.5荷載性裂縫 </b></p><p>　　

22、此類裂縫主要是由于行車荷載引起的，由于路面設計不當或施工質量低劣，或由于車輛嚴重超載，致使瀝青面層或半剛性基層內產生的拉應力超過其抗拉強度時，半剛性基層底部就會很快開裂。在行車荷載的反復作用下，逐漸擴展到上部，并反射到瀝青面層。因此影響荷載性裂縫產生的原因主要有：面層厚度、半剛性基層本身的厚度及回彈模量和下承層回彈模量、半剛性基層的材料及強度等。</p><p><b>　　3 預防措施 </b&

23、gt;</p><p><b>　　3.1 施工方面</b></p><p>　　3.1.1 原材料的控制</p><p>　　對于路面基層施工，為確保有足夠的時間運輸、攤鋪和壓實，應對水泥的終凝時間有限制，一般需要6～10h。水泥標號不能太高，采用普通硅酸鹽水泥最好不要超過325號，水泥含量宜控制在5%及以下。根據工程實踐，當水泥含量大于

24、5%時，則基層裂縫就比較難以控制了?？紤]到石料的粗細直接影響基層的強度、平整度和裂縫的產生，施工現場要對集料的級配嚴格把關。</p><p>　　對于二灰碎石中的石灰，則經常容易出現石灰活性氧化物含量低、消解石灰未過篩而造成原材料質量低下問題。另一個必須引起重視的問題是二灰碎石中的含灰量，從最近幾年筆者在工程中的實際應用效果來看，二灰碎石中的含灰量宜控制在20%～30%之間，粉煤灰與石灰之間的比值宜在4∶1～3

25、∶1。</p><p>　　對于瀝青混凝土路面，面層瀝青應選用勁度模量大、溫度敏感性低的瀝青材料或改性瀝青,目前工程實踐中SBS改性瀝青應用較多，效果明顯。筆者在杭州市南山路整治工程設計中，對表面層瀝青采用了SBS改性瀝青，目前工程投入使用已2年多，情況非常好，特別是高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性能得以有效提高。</p><p>　　相對于改善瀝青性能，還可以在瀝青混凝土中添加土工合成材料以提

26、高瀝青混凝土的韌性和剛性，預防和延緩裂縫的產生。根據工程實踐，其在提高瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性方面比采用SBS改性瀝青效果還稍好一些，筆者在浙江慈溪杭州灣新區(qū)市政道路路面設計時在瀝青混凝土中摻加0.25%的土工合成材料，根據試驗段情況看效果良好，瀝青混凝土各項性能指標（高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性等）均得到一定程度的改善。對于水泥混凝土路面，水泥標號則不應低于425號，采用硅酸鹽水泥或普通水泥。</p><p>　　3.1

27、.2 混合料的拌合</p><p>　　必須采用集中廠拌法拌制混合料，在實際施工中也要求采用集中廠拌法。由于農村公路投資少，施工企業(yè)資質低，采用的拌和機多數是自制或淘汰的，在性能和拌和質量上不會很理想。因此，在拌制過程中，需注意以下問題:</p><p>　　（1） 在供料倉出口，由于沿輸送皮帶轉動方向壁倉存在阻力，使出料口形成“死區(qū)”，當骨料中存在個別較大粒徑的骨料或泥塊時很容易卡住，造

28、成骨料共給減少。此外，當粉煤灰或石灰含水量大時，由于其具有較強的粘結力，也容易使供料口減少，從而造成混合料中某中料的含量減少，產生人為離析，所以必須安排專人定時觀察出料口，并保持骨料的無雜質，二灰含水量不要過大，特別是在雨季要對二灰加以覆蓋。</p><p>　?。?） 由于混合料在拌和時 ，其質量不同，慣性不同，在開機和停機的瞬間他們的速率不同，從而造成離析，因此，拌和機一旦開機，就應保持連續(xù)穩(wěn)定的作

29、業(yè)；其次，拌和時間一定要合適穩(wěn)定，不要忽長忽短，不要有拌和時間越長越好的思想，因為混合料的隨機最佳混合狀態(tài)產生于拌和過程中的某一時區(qū)，時間過長就會把形成的最佳狀態(tài)破壞。所以，必須通過試生產確定好拌和時間，并在拌和過程中保持穩(wěn)定。</p><p>　　3.1.3 混合料的運輸 </p><p>　　由于農村公路穿村路段多，農村集市又多數設在路上，人流車流比較多，封閉交通具有一定的難度，所以二

30、灰碎石在運輸過程中很容易產生離析。應在以下兩個方面注意：</p><p>　?。?） 由于施工現場道路條件較差以及運輸車急劇起步和剎車，致使大骨料往四邊散落嚴重從而造成離析，所以要選擇合理的運輸路線，盡量少走村莊、避開集市、選擇路況教好的路段。并最好采用大噸位的自卸車，在運輸過程中，運輸車要勻速行駛避免緊急剎車。</p><p>　?。?） 運輸車在接料時，應向矩形車廂的前方和后方兩處堆裝

31、，迫使大粒徑骨料在車廂中部落下，這樣在卸料時能夠再次混合，避免單一向車廂中央裝料，造成大粒徑骨料落在四周產生離析。卸料時，派專人指揮倒車，嚴禁自卸車碰撞攤鋪機，在安全范圍內應快速將車廂大角度升起，避免物料滾落，使混合料整體下落到攤鋪機的料斗里。</p><p>　　3.1.4 混合料的攤鋪</p><p>　　為避免混合料離析和提高平整度，規(guī)范要求廠拌二灰碎石混合料的攤鋪必須采用攤鋪機，嚴

32、禁采用平地機和其他設備。雖然在攤鋪過程中主要產生厚度上的離析是不可避免的，但由于農村公路施工企業(yè)的條件限制，還必須注意以下問題以免產生整體離析。</p><p>　?。?） 全路段一次攤鋪能節(jié)約人工和機械而且平整度好，但極易造成混合料離析，所以攤鋪寬度不易過大，特別是無施工便道的情況下，行人還要通行。盡量采用分路幅多次攤鋪，但縱向接縫處粒徑大料較多，而且平整度較差，所以一定多方面綜合考慮根據實際確定攤鋪寬度，如條

33、件允許最好集中設備采用多臺攤鋪機梯隊作業(yè)的方式。</p><p>　?。?） 攤鋪前必須認真檢查攤鋪和碾壓設備，確保其完好狀態(tài)，減少隨機故障，以免由于機械故障造成中途停機，同時加強攤鋪現場和拌和廠之間的聯(lián)系，確?；旌狭系墓芰?，攤鋪速度一旦確定，應盡可能保持穩(wěn)定和連續(xù)，不能因為混合料的供應不足和機械故障而造成攤鋪間斷。一般情況下嚴禁供料速度忽快忽慢，機械猛烈起步和緊急制動，攤鋪速度快慢不均。</p>

34、<p>　?。?） 壓實度控制是保證強度達到要求的重要手段之一。含水量是影響壓實度的重要因素?？紤]到混合料在運輸、碾壓過程中還有水分散失，尤其夏季施工時水分蒸發(fā)快，施工過程中對水的含量應控制在略高于最佳含水量1％左右。城市道路各種地下管線設施的檢查維修井和未能及時遷移的地上桿線給碾壓帶來了難題。這些結構設施的周圍往往是大型機械碾壓的死角。為保證壓實度達到標準，檢查井周圍混合料的攤鋪厚度可比正常路段薄一些，粘結料的含量可適當

35、增加，并使用小型機具多遍夯實。</p><p><b>　　3.2 設計方面</b></p><p>　　3.2.1 二灰碎石混合料配合比</p><p>　　相對于天然級配型大顆粒集料二灰碎石而推廣的小粒徑連續(xù)級配型混合料，在提高二灰碎石的早期強烈及密實度和適應機械化施工方面有所改善，但明顯惡化了二灰碎石基層的抗裂性能和抗沖刷能力。對此，國內

36、有些人認為連續(xù)級配型二灰碎石是由于細集料過多產生二灰碎石基層收縮裂縫多的內在因素。如何改變二灰碎石中集料的級配，改善混合料的組成，已成為公路界的當務之急。</p><p>　　近幾年工程的經驗和教訓表明，采用規(guī)范范圍的上限可提高二灰碎石的抗裂和抗沖刷能力，我們在近幾年施工中二灰碎石基層中發(fā)現，細集料偏多的二灰碎石易產生橫向收縮裂縫。發(fā)現這一問題后，我們在施工時適當調整配合比，讓級配曲線接近上線，這樣調整后，不僅抗

37、裂和抗沖刷性能提高，而且在防止混合料離析，確保結構的耐久性和穩(wěn)定性方面都有良好的效果</p><p>　　二灰碎石7d的無側限飽水抗壓強度一般公路為0.6Mpa,高速為0.8Mpa。早期強度偏低，后期強度很高是二灰碎石結構的一大特點。早期強度之所以偏低，主要由于粉煤灰的緩凝導致了二灰火山灰反應慢，其次就是強度測定的儀器及試驗方法和操作缺陷的綜合影響，我們工程中所要求的是中、后期強度，對早期并無必要過分要求，能滿足

38、規(guī)范即可。其實，在我們二灰碎石基層完成一個月后的所有取芯看，都在規(guī)范要求10倍以上，所以對于二灰碎石基層最大關注并非其強度，而應該是一個合理組成的混合料。</p><p>　　（1）碎石 耐磨的軋碎花崗巖或石灰石，含泥量小于2％ ，壓碎指標值小于20％ ，粒級為2—5cm，抗壓強度： 花崗巖800—1000kg／em2， 石灰石600—800kg／ cm 。</p><p>　?。?）粉

39、煤灰 700℃時燒失量不應大于10％ ，其比表面積應在2000—3000cm3／g之間。</p><p>　?。?）石灰 有效鈣加氧化鎂含量不小于70％ ，未消化殘渣5mm圓孔篩余量不大于20％ ，其余指標要符合《建筑生石灰》(JC／T48O一92)的要求。</p><p>　　（4）水 飲用水即可。通過對二灰碎石進行擊實實驗，確定最佳含水量和最大干密度。</p>&l

40、t;p>　?。?）配合比 根據設計推薦配合比，在現場或當地有資質實驗室，在標準條件下，進行多組對比試配，確定最佳配合比，滿足設計和使用要求。</p><p><b>　　3.3 養(yǎng)護方面</b></p><p>　　基層和水泥混凝土路面澆筑完畢后，并已完成碾壓并經壓實度檢測合格后應立即進行養(yǎng)護，不能拖延。繼混合料的配比、拌合、攤鋪和壓實后的早期養(yǎng)生，是二灰碎

41、石基層質量能否達到鞏固及提高的關鍵，養(yǎng)護可用不透水的塑料薄膜覆蓋或用濕砂覆蓋進行養(yǎng)護，也可用瀝青乳液進行養(yǎng)護，還可以在完成的基層上即時做下封層，利用下封層進行養(yǎng)護，同時也可在已完成混合料直接灑水養(yǎng)護?；鶎拥脑缙陴B(yǎng)護期應不小于7d，在養(yǎng)護期間應由專人負責限制車輛行駛，除灑水車外，絕對禁止重型車輛行駛。正常采用兩種方法養(yǎng)護，加蓋塑料薄膜和灑水車進行養(yǎng)護。用灑水車灑水養(yǎng)護時，灑水車的噴頭要用噴霧式，不得用高壓式噴管，以免破壞基層結構，每天灑水

42、次數應視氣候而定，整個養(yǎng)護期間應保持二灰碎石基層表面濕潤。關鍵是要始終保持基層濕潤?？梢哉f養(yǎng)護的好壞直接影響到基層和水泥混凝土路面的質量，對防止早期裂縫的發(fā)生和發(fā)展具有舉足輕重的影響。</p><p>　　二灰碎石的基層通常采用灑水養(yǎng)護。早期養(yǎng)護灑水應充分、及時，始終保持基層面層的潮濕狀態(tài)，確保水化硅、鋁酸鈣凝膠的不斷生成。為避免烈日曝曬，二灰碎石基層也可采用灑水并覆蓋養(yǎng)護；二灰碎石的基層在養(yǎng)護期間，應加強交通

43、管制，控制車輛行駛；基層碾壓完成后，要及時養(yǎng)生，保護混合料的含水量不受損失，決不能讓基層曝曬變干開裂；基層碾壓完成后或最遲在養(yǎng)生結束后，應立即噴灑瀝青乳液做透明層或下封層；透層或粘層完成后，盡快鋪筑瀝青面層。</p><p><b>　　4 處治方法</b></p><p>　　為保證裂縫處治的效果，在準確分析各路段裂縫形成原因的基礎上，建立了一整套的裂縫處理流程，見

44、圖1。</p><p>　　4.1 裂縫區(qū)段的再堆載</p><p>　　對區(qū)段進行荷載為1m高碎石料再堆載，時間為一個月。在超載作用下加快土體固結的速度，促使次固結沉降完成在施工階段，降低通車運營期間工后沉降過大的風險。</p><p>　　4.2 鋪設土工格柵</p><p>　　土工格柵是具有較高抗拉強度【抗拉強度已經接近軟鋼（16）】

45、和較低延伸率，廣泛用于軟基處理，高路堤填筑，路堤填挖交界面的處理的一種土工合成材料。此次用于路基裂縫處理的土工格柵為雙向土工格柵，即在兩個相互垂直的方向具有相同的抗拉作用，具有荷載應力擴散的作用，能防止不均沉降和提高路堤承載力，有效彌補半剛性基層抗拉能力不足的缺點。故在裂縫區(qū)段底基層上部鋪設并錨固整幅土工格柵能有效地防止裂縫或抑制其進一步擴展。</p><p>　　4.3 深層壓漿處理</p>&l