張 明1， 金光來， 劉海婷， 張志祥

(1.江蘇寧常鎮(zhèn)溧高速公路有限公司, 江蘇 金壇 213245; 2.江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司, 江蘇 南京 211806)

0 引言

目前，我國高等級公路建設(shè)中普遍采用水泥穩(wěn)定類的半剛性基層。半剛性基層材料具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和廣闊的使用前景，但在道路的實(shí)際使用過程中出現(xiàn)了不少問題，主要為水損害和裂縫。在交通荷載和環(huán)境的雙重作用下，這種結(jié)構(gòu)形式的路基和路面容易出現(xiàn)不同程度的收縮和開裂[1]。在干縮和溫縮共同作用下產(chǎn)生的基層裂縫反射到路面，破壞了路面結(jié)構(gòu)整體性和連續(xù)性，并在一定程度上導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的削弱(如裂縫處彎沉增大，路面回彈模量降低等)，導(dǎo)致路面行駛舒適性下降[2-3]。因此，對水泥穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其既滿足路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求，又能盡量少地出現(xiàn)干縮、溫縮裂縫，從而抑制發(fā)展到瀝青面層的反射裂縫，成為了道路工作者比較關(guān)注的課題。對于抗裂水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂效果的分析，一般是基于室內(nèi)的溫縮、干縮、強(qiáng)度試驗(yàn)，缺乏對在通車數(shù)十年后實(shí)際應(yīng)用狀況的評估和性能衰減規(guī)律的分析。

本文結(jié)合鎮(zhèn)溧高速抗裂水泥穩(wěn)定碎石基層的實(shí)際使用狀況，綜合評估抗裂水泥穩(wěn)定碎石基層的抗裂性能。

1 工程概況

江蘇省鎮(zhèn)溧高速全長108 km，于2003年10月開工建設(shè)，2007年9月全線通車。在ZL-21標(biāo)(K34+350～K58+161)采用抗裂水穩(wěn)基層，設(shè)計(jì)配合比時，增加粗集料的用量形成骨架，減少0.6 mm以下的粉料含量，以提高強(qiáng)度和抗裂性能，保證混合料形成骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，而不是傳統(tǒng)做法中的將粗集料懸浮在細(xì)集料和結(jié)合料形成的“砂漿”中。與普通水泥穩(wěn)定碎石的水泥劑量通常達(dá)到5%～6%相比，鎮(zhèn)溧高速抗裂水泥穩(wěn)定碎石基層僅采用了3.5%的水泥含量，同時強(qiáng)度并沒有因此降低?？沽阉€(wěn)混合料設(shè)計(jì)采用振動法替代重型擊實(shí)法進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，以確保所得室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場施工相吻合。

2 檢測數(shù)據(jù)分析

圖1 2011年—2017年2種水穩(wěn)基層單公里裂縫條數(shù)

由圖1可知，2011年—2017年，普通水穩(wěn)基層段路面的單公里裂縫條數(shù)均多于抗裂水穩(wěn)基層段的；抗裂水穩(wěn)基層段路面單公里裂縫條數(shù)的增長速率較慢，年增長量不到1條,而同期鋪筑的普通水穩(wěn)基層段路面單公里裂縫條數(shù)的年平均增長速率是抗裂水穩(wěn)基層的8.36倍，平均每年增長3.3條，尤其在2016年至2017年間，裂縫由9.18條增長至22.83條。說明抗裂水穩(wěn)基層具有明顯的抗裂效果，且隨著通車時間的延長，其抗裂效果愈發(fā)顯著。

3 現(xiàn)場取芯

抗裂水穩(wěn)基層主要分布在鎮(zhèn)溧高速K34+350～K58+161路段，為了分析抗裂水穩(wěn)基層的抗裂效果，制定了專門的取芯方案對該路段的裂縫斷面進(jìn)行取芯，并與普通水穩(wěn)基層段取芯進(jìn)行對比，觀測裂縫發(fā)展情況:裂縫處芯樣的開裂形態(tài)、裂縫斷面路面結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。

3.1 裂縫形態(tài)

本文通過對單條裂縫取芯，更直觀地了解裂縫形態(tài)，結(jié)果表明，鎮(zhèn)溧高速裂縫并非均為自上而下型裂縫(如溫度裂縫)或者自下而上型裂縫(如反射裂縫)，在裂縫形態(tài)中還存在上部面層和下部基層開裂、但中部無裂縫的情況，以及裂縫出現(xiàn)貫穿、但局部存在中部未開裂的情況。本文對鎮(zhèn)溧高速幾種裂縫形態(tài)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖2。

圖2 鎮(zhèn)溧高速橫向裂縫不同形態(tài)統(tǒng)計(jì)

由圖2可知，鎮(zhèn)溧高速橫向裂縫中有40%的裂縫為上下發(fā)展中間未開裂，有20%的裂縫為上下發(fā)展中間局部貫穿，同時存在20%的橫向裂縫完全貫穿。有20%的裂縫僅面層開裂，屬于“自上而下”型裂縫。

本文通過調(diào)研寧杭、寧連、寧靖鹽、廣靖錫澄、沿江、汾灌等高速公路裂縫發(fā)展速度與取芯形態(tài)，分析了江蘇省普通水穩(wěn)基層高速公路裂縫發(fā)展速度與發(fā)展形態(tài)的規(guī)律，調(diào)研結(jié)果如圖3所示。

圖3 江蘇省高速橫向裂縫不同形態(tài)統(tǒng)計(jì)

由圖3知，江蘇省橫向裂縫形態(tài)以上下發(fā)展中間未開裂、上下發(fā)展中間局部貫穿為主，占所有裂縫的90%；僅有5%的橫向裂縫出現(xiàn)完全貫穿；另外，自上而下型裂縫，即單純由溫度應(yīng)力引起的裂縫，占所有裂縫的5%，說明純粹的溫度型裂縫在江蘇省水穩(wěn)基層高速公路瀝青路面中存在，但比例較少。

綜上所述，橫向裂縫的產(chǎn)生與基層開裂密切相關(guān)，裂縫均首先從基層產(chǎn)生，再導(dǎo)致同斷面的面層開裂。半剛性基層的溫縮、干縮開裂和疲勞開裂是橫向裂縫形成的直接原因，橫向裂縫的形成與擴(kuò)展受到車輛荷載剪應(yīng)力、溫度應(yīng)力、基層拉應(yīng)力的綜合作用。

3.2 芯樣狀況

圖4 抗裂水穩(wěn)基層和普通水穩(wěn)基層芯樣狀況

由圖4可知:

1) 抗裂水穩(wěn)基層裂縫斷面芯樣的整體狀況優(yōu)于普通水穩(wěn)基層的。普通水穩(wěn)基層裂縫斷面芯樣出現(xiàn)面層與基層分離的比例占42.86%，約是抗裂水穩(wěn)基層的2倍左右。

2) 普通水穩(wěn)基層裂縫斷面基層底部出現(xiàn)松散的比例也高于抗裂水穩(wěn)基層的，說明普通水穩(wěn)基層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較抗裂水穩(wěn)基層的差，抗裂水穩(wěn)基層具有更優(yōu)異的抗裂效果、更高的強(qiáng)度和更強(qiáng)的板體性。

4 室內(nèi)試驗(yàn)

本文在抗裂水穩(wěn)基層和普通水穩(wěn)基層的輪跡帶和硬路肩處取芯，進(jìn)行材料性能試驗(yàn)，分析通車時間和交通量對抗裂水穩(wěn)基層和普通水穩(wěn)基層性能的影響。

4.1 劈裂強(qiáng)度

由圖5可知:

1) 普通水穩(wěn)基層在輪跡帶處的劈裂強(qiáng)度小于抗裂水穩(wěn)基層在輪跡帶處的劈裂強(qiáng)度。說明通車11 a后，普通水穩(wěn)基層的強(qiáng)度衰減幅度較抗裂水穩(wěn)基層的大。

2) 抗裂水穩(wěn)基層輪跡帶處的劈裂強(qiáng)度與硬路肩處的基本相當(dāng)，說明行車荷載對抗裂水穩(wěn)基層的劈裂強(qiáng)度影響較小；而普通水穩(wěn)基層輪跡帶處的劈裂強(qiáng)度小于硬路肩處的，說明行車荷載對普通水穩(wěn)基層的劈裂強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。

圖5 抗裂水穩(wěn)基層和普通水穩(wěn)基層劈裂強(qiáng)度

4.2 疲勞壽命

由圖6可知，抗裂水穩(wěn)基層在輪跡帶和硬路肩處的疲勞壽命均大于普通水穩(wěn)基層的，而抗裂水穩(wěn)基層和普通水穩(wěn)基層在取芯斷面處的交通量基本相當(dāng)，說明抗裂水穩(wěn)基層的疲勞性能優(yōu)于普通水穩(wěn)基層的。因此在同樣行車荷載作用下，普通水穩(wěn)基層會產(chǎn)生較多的疲勞裂縫，導(dǎo)致路面面層的裂縫條數(shù)增加。這也進(jìn)一步證明了抗裂水穩(wěn)基層能有效阻止裂縫的產(chǎn)生。

圖6 抗裂水穩(wěn)基層和普通水穩(wěn)基層疲勞壽命對比

5 雷達(dá)檢測

本文還采用車載式探地雷達(dá)對鎮(zhèn)溧高速典型路段進(jìn)行了探測，共檢測了10 km，其中抗裂水穩(wěn)基層路段檢測了7 km，普通水穩(wěn)基層路段檢測了3km，并進(jìn)行隱性病害的分析，普通水穩(wěn)基層和抗裂水穩(wěn)基層隱性病害占比統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示。

圖7 抗裂水穩(wěn)基層和普通水穩(wěn)基層隱性病害占比

由圖7可知:

1) 普通水穩(wěn)基層段隱性病害中層間不良的比

例要高于抗裂水穩(wěn)基層的，說明普通水穩(wěn)基層段路面未來出現(xiàn)裂縫的可能性較大。

2)抗裂水穩(wěn)基層段隱性病害中空隙多占比較大，高達(dá)38.8%，這與抗裂水泥穩(wěn)定碎石的結(jié)構(gòu)有關(guān)。普通水泥穩(wěn)定碎石混凝土為懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，而抗裂水泥穩(wěn)定碎石混合料在設(shè)計(jì)時增加了粗集料的用量，減少了0.6 mm以下粉料用量，使混合料形成了骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。

6 結(jié)論

1) 鎮(zhèn)溧高速普通水穩(wěn)基層段路面單公里裂縫條數(shù)的年平均增長率是抗裂水穩(wěn)基層的8.4倍左右，單公里裂縫條數(shù)是抗裂水穩(wěn)基層的7.5倍左右，說明抗裂水穩(wěn)基層的抗裂效果優(yōu)于普通水穩(wěn)基層的。

2) 鎮(zhèn)溧高速普通水穩(wěn)基層裂縫斷面的面層與基層分離的比例及基層底部松散的比例均高于抗裂水穩(wěn)基層的，抗裂水穩(wěn)基層具有更優(yōu)異的抗裂效

果、更高的強(qiáng)度和更強(qiáng)的板體性。

3) 鎮(zhèn)溧高速在通車11 a后，抗裂水穩(wěn)基層的強(qiáng)度高于普通水穩(wěn)基層的，普通水穩(wěn)基層的強(qiáng)度衰減幅度較抗裂水穩(wěn)基層的大；抗裂水穩(wěn)基層的疲勞性能仍優(yōu)于普通水穩(wěn)基層的。

4) 普通水穩(wěn)基層段路面未來出現(xiàn)裂縫的可能性較大；抗裂水泥穩(wěn)定碎石的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)使該路段隱性病害中空隙多的占比高達(dá)38.8%。