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【摘要】一般公路作为混合交通量的最大载体，基层设计投入也逐步加大，但针对薄沥青路面的设计组合，如何减小非荷载裂缝产生的一系列路面病害显得尤为重要。以当前水泥和二灰稳定粒料为代表，就此结合设计和施工加以探讨。
【 abstract 】 general highway as mixed volume of traffic of the largest carrier, basic design input also step by step, but for thin of the asphalt pavement design combination, how to reduce the load of cracks is a series of pavement disease is particularly important. With the current cement and lime-flyashed stabilized granular materials as a representative of this combined with the design and construction are discussed.
中圖分类号：X734文献标识码：A文章编号：
当前，经公路工作者不懈努力，设计标准不断提高、施工机械不断更新，新材料、新工艺不断应用和逐步加大与国际接轨后全面实施质量管理的力度，各级新建路面强度和综合性能都有了基本保障。但在缺陷责任期后出现的路面裂缝，特别是非荷载型裂缝的普遍发展，逐渐成为危及公路寿命和增加养护投入的最大隐患。简单地讲，非荷载型裂缝就是非行车荷载引起的裂缝。近20年国际上也逐渐公认：在路面设计中仅考虑行车荷载引起路面破坏是不够的，还要考虑环境因素，这两者同等重要。环境因素主要是温度和水，这也是造成非荷载型裂缝的决定性因素。而担负重要交通量的一般公路量多面广，在国家投入较少，优质资源缺乏的情况下，非荷载型裂缝现象更加严重，如何减轻这种裂缝日趋成为公路工程施工和养护部门最重要的任务。
除《规范》中规定沥青路面优先选用符合“重交通道路石油沥青”或改性沥青，在基层和面层设置沥青贯入碎石或级配碎石层外，针对沥青路面较薄的一般公路，从半刚性基层中解决也是必须采取的措施。
半刚性基层是指采用无机结合料稳定集料或稳定土类，且具有一定厚度的结构，因在强度和刚度上介于柔性材料和刚性材料之间，所以该基层冠以半刚性，近年来伴随国民经济实力的提高，一般公路设计都采用了水泥稳定粒料和二灰稳定粒料做半刚性基层，为延长公路使用周期，减少后期养护投入奠定了坚实的基础。作为一名公路建设者更有责任深入了解半刚性材料的特性，研究半刚性基层非荷载型裂缝形成机理，并在实践中认真地去解决。
从某种意义上讲，半刚性基层既是反射裂缝的主体，又是薄沥青路面对应裂缝传播的客体。在保证基层最小设计厚度的基础上，下面重点从材料的收缩性和抗冲刷性方面结合设计、施工加以探讨。
1 在材料组成设计中优先选用收缩系数小的水泥、二灰稳定粒料做半刚性基层
半刚性材料的收缩性包括两个方面：一是由于水分减少而产生的干缩；二是由于温度变化而产生的温缩。
水泥、石灰和粉煤灰与各种集料加水拌和压实后，由于蒸发和内部水化作用，混合料水分不断减少，混合料内部毛细管作用、吸附作用、碳化收缩作用等促使半刚性材料产生体积收缩。根据有关实验证明，仅水泥水化作用使混合料水分减少而产生的体积收缩就占总收缩量的17％，并且结合料强度越高干缩越大，所以设计结合料最佳剂量时，在保证设计强度，提高预计早期强度的前提下，优先选用中、下限剂量和干缩性小的粗集料。国外许多国家在规定水泥稳定类强
度指标的同时，也规定了水泥的最大剂量为5％～6％，或添加石灰代替部分水泥，添加粉煤灰代替1／4水泥，以减少水泥稳定材料的收缩性或减轻水泥稳定基层可能产生的收缩变形。在施工中，除严格按规范控制好级配范围、原材料质量。施工含水量、拌和均匀性和终压密实度等关键性指标外，还要重点把握养生效果。养生的目的在于采取最恰当的保湿、保温措施，来保证基层的强度增长，并将干缩裂缝降到最低点。我国南北跨度大，气候复杂，对一般公路没有规定统一的养生方法。近两年普遍采用草苫子洒水养生和塑料薄膜养生。根据理论推算，半刚性稳定粒料中的最佳含水量完全能满足自身水化反应的需要，采用薄膜养生既阻止因表面水分蒸发过快而影响表面强度成型，又保证了最适于半刚性基层成型的饱湿、高温养生环境。稳定的养生条件也降低了养生期内干缩裂缝出现的可能性。从钻芯试件浸水抗压资料对比显示，用薄膜养生的试件强度均超出草苫子养生试件强度的5％～10％，也就是在同等条件下采用薄膜养生可提前养生期。从缩短工期、降低洒水费用，特别是在干旱地区施工、低温施工时，可以作为一定区域的代表养生法，但养生期内的交通管制在混合交通环境是一难点。我国一般是采用多层弹性连续体系作为路面设计理论；相反，德国、捷克等国家则认为，水硬性结合料稳定基层内的均匀细裂缝网有良好的传荷能力，对该层的永久承载能力有利，而对新建水硬性结合料稳定基层采用压槽或用裂缝诱发措施促使其形成细裂缝。
由半刚性基层内部温度变化产生的温度应力也会引起裂缝，特别是反射裂缝的产生。从微观上讲，组成半刚性材料的三相体，在温差作用下，受自身不同温缩系数的影响而产生局部收缩和整体收缩。减轻局部收缩可以在严格级配、防止集料离淅、增加密实度上做文章，就组成固体矿物颗粒而言，在集料中砂粒以上的颗粒温缩系数较小，粉性以下颗粒，特别是粘土矿物和胶结物的温缩性较大，这都是设计者必须考虑的客观因素。在国外也有的认为半刚性基层沥青路面非荷载裂缝多是反射裂缝，主要由半刚性材料的干缩特征引起的，并不重视上述观点。从宏观上讲，基层作为一板状连续体，在季节性冰冻地区，内部的温度变化和坡差会产生温度应力，当基层顶部温度较低时，顶部会产生拉应力；当基层顶部温度较高时，底部就会产生拉应力，温差更替到一定的频数，上、下拉应力会将基层拉裂并形成贯通的裂缝，反射到沥青面层形成反射裂缝。不同半刚性材料的温缩性质有很大差异，石灰土、水泥土、二灰土等稳定细粒土的温缩性最大。另外，基层的刚性越大，地区性温差越大，就越容易产生裂缝。根据有关资料显示：在沥青面层厚10cm的情况下，半刚性基层中的温差梯度可降低40％，这表明在温差较大地区覆盖较厚的面层，既是路面强度的需要，又可以加强对基层的隔温保护，延缓了反射裂缝的发展。对正在入网改造的一般公路很有必要做到这一点，例如：二级公路在设计荷载、设计行车速度和路面宽度近期没有很大变化时，只要保证基层整体强度，通过加强养护，就能完全满足或超过使用周期。
2选用抗冲刷能力好的半刚性基层材料
要求基层有足够的抗冲刷能力多是针对薄沥青面层先于基层产生对应裂缝而提出的。大气降水经沥青面层裂缝渗入到基层表面，使基层局部潮湿甚至饱和，特别是基层也开裂时，基层中也往往充满自由水，在行车荷载反复作用下基层受到反复冲刷，其中的细粒料逐渐被压挤出裂缝，形成沥青面层裂缝处的侧浆现象，更加快了对应裂缝和反射裂缝的发展速率。因此在采用水泥、二次稳定细粒料时，除严格依照规范规定的级配范围取稳定剂量中、上限外，还要重点限制集料中小于0.075mm的颗粒含量不超过5％或接近于0，优先选用水泥稳定粒料和密实型二灰粒料。此外在施工中，从加强养生，提高表面强度上也可加以控制。
3加强施工的衔接性
在半刚性基层养生结束后，应立即喷洒稀释沥青或沥青乳液做下封层。下封层虽有一定的保温保湿作用，但时间稍长，半刚性基层中的水分也会损失并产生干缩裂缝；在温差大的情况下，半刚性基层也会产生温缩裂缝，因此，为保护基层不产生收缩裂缝，必须尽快铺筑沥青面层。相反，如果半刚性基层因土质因素或养护不利已出现细小收缩裂缝，或仍在发展，在做完下封层后应开放交通并保持半月以上，待半刚性基层收缩裂缝完成后，再铺筑沥青面层，这样可以明显减少反射裂缝。
总之，减少半刚性基层裂缝的措施还有很多，但无论采用哪种方法，都要求在保证公路使用性能的前提下，充分发挥投资效益，合理配置，权衡利弊，在不断的实践和学习中深入探讨、研究和应用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【 abstract 】 general highway as mixed volume of traffic of the largest carrier, basic design input also step by step, but for thin of the asphalt pavement design combination, how to reduce the load of cracks is a series of pavement disease is particularly important. With the current cement and lime-flyashed stabilized granular materials as a representative of this combined with the design and construction are discussed.
中圖分类号：X734文献标识码：A文章编号：
当前，经公路工作者不懈努力，设计标准不断提高、施工机械不断更新，新材料、新工艺不断应用和逐步加大与国际接轨后全面实施质量管理的力度，各级新建路面强度和综合性能都有了基本保障。但在缺陷责任期后出现的路面裂缝，特别是非荷载型裂缝的普遍发展，逐渐成为危及公路寿命和增加养护投入的最大隐患。简单地讲，非荷载型裂缝就是非行车荷载引起的裂缝。近20年国际上也逐渐公认：在路面设计中仅考虑行车荷载引起路面破坏是不够的，还要考虑环境因素，这两者同等重要。环境因素主要是温度和水，这也是造成非荷载型裂缝的决定性因素。而担负重要交通量的一般公路量多面广，在国家投入较少，优质资源缺乏的情况下，非荷载型裂缝现象更加严重，如何减轻这种裂缝日趋成为公路工程施工和养护部门最重要的任务。
除《规范》中规定沥青路面优先选用符合“重交通道路石油沥青”或改性沥青，在基层和面层设置沥青贯入碎石或级配碎石层外，针对沥青路面较薄的一般公路，从半刚性基层中解决也是必须采取的措施。
半刚性基层是指采用无机结合料稳定集料或稳定土类，且具有一定厚度的结构，因在强度和刚度上介于柔性材料和刚性材料之间，所以该基层冠以半刚性，近年来伴随国民经济实力的提高，一般公路设计都采用了水泥稳定粒料和二灰稳定粒料做半刚性基层，为延长公路使用周期，减少后期养护投入奠定了坚实的基础。作为一名公路建设者更有责任深入了解半刚性材料的特性，研究半刚性基层非荷载型裂缝形成机理，并在实践中认真地去解决。
从某种意义上讲，半刚性基层既是反射裂缝的主体，又是薄沥青路面对应裂缝传播的客体。在保证基层最小设计厚度的基础上，下面重点从材料的收缩性和抗冲刷性方面结合设计、施工加以探讨。
1 在材料组成设计中优先选用收缩系数小的水泥、二灰稳定粒料做半刚性基层
半刚性材料的收缩性包括两个方面：一是由于水分减少而产生的干缩；二是由于温度变化而产生的温缩。
水泥、石灰和粉煤灰与各种集料加水拌和压实后，由于蒸发和内部水化作用，混合料水分不断减少，混合料内部毛细管作用、吸附作用、碳化收缩作用等促使半刚性材料产生体积收缩。根据有关实验证明，仅水泥水化作用使混合料水分减少而产生的体积收缩就占总收缩量的17％，并且结合料强度越高干缩越大，所以设计结合料最佳剂量时，在保证设计强度，提高预计早期强度的前提下，优先选用中、下限剂量和干缩性小的粗集料。国外许多国家在规定水泥稳定类强
度指标的同时，也规定了水泥的最大剂量为5％～6％，或添加石灰代替部分水泥，添加粉煤灰代替1／4水泥，以减少水泥稳定材料的收缩性或减轻水泥稳定基层可能产生的收缩变形。在施工中，除严格按规范控制好级配范围、原材料质量。施工含水量、拌和均匀性和终压密实度等关键性指标外，还要重点把握养生效果。养生的目的在于采取最恰当的保湿、保温措施，来保证基层的强度增长，并将干缩裂缝降到最低点。我国南北跨度大，气候复杂，对一般公路没有规定统一的养生方法。近两年普遍采用草苫子洒水养生和塑料薄膜养生。根据理论推算，半刚性稳定粒料中的最佳含水量完全能满足自身水化反应的需要，采用薄膜养生既阻止因表面水分蒸发过快而影响表面强度成型，又保证了最适于半刚性基层成型的饱湿、高温养生环境。稳定的养生条件也降低了养生期内干缩裂缝出现的可能性。从钻芯试件浸水抗压资料对比显示，用薄膜养生的试件强度均超出草苫子养生试件强度的5％～10％，也就是在同等条件下采用薄膜养生可提前养生期。从缩短工期、降低洒水费用，特别是在干旱地区施工、低温施工时，可以作为一定区域的代表养生法，但养生期内的交通管制在混合交通环境是一难点。我国一般是采用多层弹性连续体系作为路面设计理论；相反，德国、捷克等国家则认为，水硬性结合料稳定基层内的均匀细裂缝网有良好的传荷能力，对该层的永久承载能力有利，而对新建水硬性结合料稳定基层采用压槽或用裂缝诱发措施促使其形成细裂缝。
由半刚性基层内部温度变化产生的温度应力也会引起裂缝，特别是反射裂缝的产生。从微观上讲，组成半刚性材料的三相体，在温差作用下，受自身不同温缩系数的影响而产生局部收缩和整体收缩。减轻局部收缩可以在严格级配、防止集料离淅、增加密实度上做文章，就组成固体矿物颗粒而言，在集料中砂粒以上的颗粒温缩系数较小，粉性以下颗粒，特别是粘土矿物和胶结物的温缩性较大，这都是设计者必须考虑的客观因素。在国外也有的认为半刚性基层沥青路面非荷载裂缝多是反射裂缝，主要由半刚性材料的干缩特征引起的，并不重视上述观点。从宏观上讲，基层作为一板状连续体，在季节性冰冻地区，内部的温度变化和坡差会产生温度应力，当基层顶部温度较低时，顶部会产生拉应力；当基层顶部温度较高时，底部就会产生拉应力，温差更替到一定的频数，上、下拉应力会将基层拉裂并形成贯通的裂缝，反射到沥青面层形成反射裂缝。不同半刚性材料的温缩性质有很大差异，石灰土、水泥土、二灰土等稳定细粒土的温缩性最大。另外，基层的刚性越大，地区性温差越大，就越容易产生裂缝。根据有关资料显示：在沥青面层厚10cm的情况下，半刚性基层中的温差梯度可降低40％，这表明在温差较大地区覆盖较厚的面层，既是路面强度的需要，又可以加强对基层的隔温保护，延缓了反射裂缝的发展。对正在入网改造的一般公路很有必要做到这一点，例如：二级公路在设计荷载、设计行车速度和路面宽度近期没有很大变化时，只要保证基层整体强度，通过加强养护，就能完全满足或超过使用周期。
2选用抗冲刷能力好的半刚性基层材料
要求基层有足够的抗冲刷能力多是针对薄沥青面层先于基层产生对应裂缝而提出的。大气降水经沥青面层裂缝渗入到基层表面，使基层局部潮湿甚至饱和，特别是基层也开裂时，基层中也往往充满自由水，在行车荷载反复作用下基层受到反复冲刷，其中的细粒料逐渐被压挤出裂缝，形成沥青面层裂缝处的侧浆现象，更加快了对应裂缝和反射裂缝的发展速率。因此在采用水泥、二次稳定细粒料时，除严格依照规范规定的级配范围取稳定剂量中、上限外，还要重点限制集料中小于0.075mm的颗粒含量不超过5％或接近于0，优先选用水泥稳定粒料和密实型二灰粒料。此外在施工中，从加强养生，提高表面强度上也可加以控制。
3加强施工的衔接性
在半刚性基层养生结束后，应立即喷洒稀释沥青或沥青乳液做下封层。下封层虽有一定的保温保湿作用，但时间稍长，半刚性基层中的水分也会损失并产生干缩裂缝；在温差大的情况下，半刚性基层也会产生温缩裂缝，因此，为保护基层不产生收缩裂缝，必须尽快铺筑沥青面层。相反，如果半刚性基层因土质因素或养护不利已出现细小收缩裂缝，或仍在发展，在做完下封层后应开放交通并保持半月以上，待半刚性基层收缩裂缝完成后，再铺筑沥青面层，这样可以明显减少反射裂缝。
总之，减少半刚性基层裂缝的措施还有很多，但无论采用哪种方法，都要求在保证公路使用性能的前提下，充分发挥投资效益，合理配置，权衡利弊，在不断的实践和学习中深入探讨、研究和应用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。