摘要：提出剛性路面基層強度應有差別，并就半剛性基層的裂縫及透層、防水層方面的問題通過工程實例進行了討論，認為浙江地區(qū)的瀝青路面結(jié)構(gòu)和水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的基層表面設置透層和防水層。
　　關(guān)鍵詞：剛性，半剛性，高等級公路
　　
　　1.引言
　　以碎石（砂礫）、石屑、砂和水加一定比例水泥拌和而成的半剛性基層（底基層的）在高等級公路的結(jié)構(gòu)設計中占有重要比例，以浙江為例，近十年來，幾乎所有的高等級公路路面結(jié)構(gòu)設計中穩(wěn)定層采用半剛性基層（底基層）結(jié)構(gòu)。半剛性基層（底基層）的普遍采用是其良好的水穩(wěn)性、必要的強度、適宜的工作性能和方便的施工工藝所決定的。
　　但是與對面層（水泥混凝土、瀝青混凝土）的關(guān)注程度相比，人們對基層在設計上的要求及施工質(zhì)量上的控制不夠，例如：人們更關(guān)心瀝青混合料的集料組成，而不太注重基層的材料質(zhì)量；在配合比設計上，僅限于在試驗時,摻配出滿足級配曲線的混合料，而曲線的走向、集料的組成對基層品質(zhì)的影響不甚明了；追求強度而忽視基層的工作性能；對采用的水泥標號、初終凝時間及熟料組成不夠重視；施工的工藝控制狀態(tài)較差；不重視養(yǎng)生，不注重對施工養(yǎng)生后的基層進行交通管制，缺少相應的防護措施，造成基層的損壞，直接影響其工作性能；特別是在趕工期間，往往為了工期犧牲了基層的質(zhì)量，從而留下隱患。
　　另一方面，人們對半剛性基層品質(zhì)、作用的討論、認識尚有很大的局限性，面對基層施工中出現(xiàn)的問題沒有采取切實可行的方法處理，例如對基層的固有缺陷（如開裂）認識不足，沒有采取積極的補救措施。筆者在近些年的工程實踐中，對半剛性基層的作用、設計和施工等方面有幾點認識和思考，在此提出來討論。
　　2.半剛性基層的強度
　　路面結(jié)構(gòu)中的應力可分為壓應力、拉應力和剪應力，從而對應地產(chǎn)生壓應變、拉應變和剪應變。半剛性基層頂面面層結(jié)構(gòu)的不同，基層所承受的主應力肯定不一樣�，F(xiàn)行規(guī)范中，對路面面板所受應力完全一致的標準和要求，在設計和施工中會引起較大的歧義，從而直接影響到基層的使用性能，這是我們要引起關(guān)注的問題。
　　2.1水泥混凝土路面的基層強度
　　水混凝土路面厚度設計理論是將路面結(jié)構(gòu)看成是一個整體的彈性體，這里的關(guān)鍵所在是：在這個彈性體內(nèi)，面板的模量和基層的模量可以相差很大，這是我們要求基層的強度應控制得較低的基礎條件。路面板受到的是反復的動荷載，這種沖擊動荷載被傳遞到基層表面時，基層會將一部分沖擊荷載吸收傳遞，另一部分反彈回面板，當基層強度大時，其彈性模量變大，反彈回面板的沖擊荷載變大，從而在面板上疊加了一個較大的反向力，加速面板的疲勞破壞。另一方面，半剛性基層在這一過程中也同樣會受到來自面板的疊加荷載的反復沖擊，當其結(jié)構(gòu)均勻差、吸收荷載能力不足，而且其固有的抗變形能力不佳，就會導致基層的提前破壞，從而進一步導致面板的早期破壞。水泥混凝土路面施工已經(jīng)向大型滑模攤鋪機組化發(fā)展，但攤鋪過寬的混凝土路面在強度形成過程中會隨著徐變應變的減小消失而增加其內(nèi)部應力，過寬的攤鋪寬度造成約束形成過大，從而在混凝土板內(nèi)形成較大的內(nèi)應力，條件成熟時必定要釋放，導致面板破壞，基層強度過高在客觀上從外部增加了面板的約束，造成面板應力集中，誘導應力釋放。
　　一種觀點認為，當面板受動荷載反復作用產(chǎn)生彎拉應變，基層也會受到相應的應力影響，如果基層頂面的計算模量與面板的彈性模量相差太大時，基層抵抗面板的拉應變能力差，會過早破壞。如果單從這一點考慮是成立的，但問題的關(guān)鍵除了疊加反向能力、約束等的不利影響以外，基層的強度過大，必然導致裂縫增加，筆者在329國道（余姚段）一級公路路面基層施工中，就強度和裂縫的關(guān)系作了一個統(tǒng)計，分析可知，當基層（底基層）無側(cè)限強度（7-8天）達到3.5Mpa以上時,裂縫開始明顯增加,當基層(底基層)無側(cè)限強度(7-8天)達到4.5Mpa以上時，一個月以后基本上出現(xiàn)了每5延m一道通裂縫，當然，裂縫產(chǎn)生的綜合原因比較復雜，但基層強度提高會增加基層開裂的趨勢是不容置疑的。基層裂縫的增加必然增加了因路面水滲入而發(fā)生唧漿的趨勢，這同樣是造成面板過早破壞的因素之一。
　　要抵御重車的沖擊荷載，按剛性路面的結(jié)構(gòu)理論是要進一步增加面板的彎拉強度，同時降低其抗壓強度，這很難實踐，所以更好的解決辦法是增加面板厚度，使水泥混凝土路面的抗變形能力提高，基層主要受壓應力及在面板的切縫處受剪，增加其品質(zhì)的均勻性，降低強度，形成緩沖穩(wěn)定層是最為關(guān)鍵的，同時通過在橫縫處設置傳力桿，可減少切縫處面板的剪應力對基層的破壞。這是我們今后在水泥混凝土路面基層的設計施工中，必須認真思考并付諸實踐的問題。
　　2.2瀝青混凝土路面基層的強度
　　有資料顯示，通過對半剛性基層頂用不同厚度的瀝青層的彎沉對比檢測結(jié)果分析，證明瀝青層面僅起功能性作用，而其厚度對半剛性基層路面的承載能力影響不大，即半剛性基層提供了幾乎全部的承載能力，則此可見，瀝青路面在行車的沖擊荷載作用下，半剛性基層底面會產(chǎn)生彎拉應力，從而造成彎拉疲勞破壞；半剛性基層由于有一定的板體性和整體性，抵抗行車壓應力的能力足夠，基本上不會產(chǎn)生壓縮變形。
　　顯然，由于瀝青路面的特點，基層的強度和厚度是保證瀝青凝凝土路面耐久性的關(guān)鍵所在，我國目前的瀝青路面設計方法就是以行車荷載作用下表面產(chǎn)生的垂直回彈彎沉確定基層的強度和厚度，現(xiàn)行規(guī)范中的基層無側(cè)限強度已有要求，所以，瀝青結(jié)構(gòu)層中基層的設計主要是厚度設計，提高基層的強度對瀝青路面來講，是有益的，但同樣的問題是隨著強度的提高，基層開裂的趨勢加大，這又對瀝青路面更不利，因此，在適宜的強度下合理的厚度既經(jīng)濟，又是我們追求的目標。
　　3.半剛性基層的裂縫
　　半剛性基層在我國的實踐時間不足30年，在其充分表現(xiàn)出優(yōu)點的同時，它的明顯固有缺陷也一直伴隨其間，其中最主要的就是我們一再提到的開裂問題。
　　半剛性基層的開裂成因機理比較復雜，干燥收縮、溫度收縮對于水泥為膠凝材料的基層而言應該是主導因素，塑性收縮發(fā)生在施工過程中和施工完成之后一段時間，由于半剛性基層混合料的密度較低，空隙率較大，再加上含水量較少，及容易在高溫施工中發(fā)生蒸發(fā)速率大于泌水速率的現(xiàn)象，塑性收縮因此發(fā)生，但其表現(xiàn)的狀況應與水泥混凝土的塑性收縮相異。
　　基層裂縫一般以橫裂為主，隨著時間的推移，這類裂縫都會通裂，當橫較密集時（例如每5m一道），還會伴隨出現(xiàn)縱向裂縫，這與成板理論有關(guān)；一般基層的寬度在11m左右，當出現(xiàn)每5m一道的橫裂縫后，這塊基層板就變成了橫向的狹長板，長寬比失當，在這個狹長板的中間附近就會繼續(xù)開裂出縱縫。許多人對于出現(xiàn)縱縫深表憂慮，認為路基有質(zhì)量問題或基層有嚴重的施工質(zhì)量問題，當然出現(xiàn)縱裂縫要警惕路面問題，但一定比例的縱向裂縫只是由于橫縫導致的長寬比例失當誘發(fā)新的裂縫之故。
　　3.1材料對半剛性基層裂縫的影響
　　a、水泥早強水泥是施工單位愿意采用的，因為規(guī)范是按7天無側(cè)限強度來描述基層施工質(zhì)量的，但對于基層的品質(zhì)而言，早強水泥在前期提供了過高過快的強度發(fā)展指標，使基層過早的塑化，同樣的由于基層施工的寬度、厚度、長度都達到了一個很極端的狀態(tài),內(nèi)部應力過大，這也是導致開裂的因素之一；水泥的用量增加除了使強度增加而貢獻裂縫之外，過多的水泥也會增加化學收縮、自生收縮發(fā)生的趨勢；水泥的初終凝時間更為重要，使這也有兩面性：初終凝時間不夠，會直接影響基層的施工質(zhì)量，畢竟基層施工需要一定的工作時間才能完成攤鋪碾壓，但時間過長，水分散逸，水化熱不能充分進行，未充分水化的水泥則成了開裂的誘因。
　　目前，尚未見更多水泥對裂縫影響的研究資料、報告，現(xiàn)行規(guī)范中提及了水泥用量的研究結(jié)果（水泥用量超過6%時開裂明顯）被大家所認同，但事實上也不盡然，329國道（余姚段）一級公路基層施工中對水泥使用量的統(tǒng)計結(jié)果表明，當水泥的用量達到5%以上時，基層開裂出現(xiàn)高峰，這當然與不同水泥的品質(zhì)有關(guān)系。另一個值得提及的問題是；現(xiàn)行規(guī)范又要求施工中的水泥用量不得低于其設計用量的下置信值，這為堅持水泥用量需高的人士提供了依據(jù)，浙江某工地的基層施工中，由于監(jiān)理方堅持按下置信度控制水泥的最低用量，在Cv值較大的情況下，為了保證下置信值，水泥用量一度在6.5%--7.0%之間，造成基層裂縫嚴重，這是必須引起關(guān)注的。
　　b、石屑石屑在基層配合比設計中占有重要位置，但一般用在基層的石屑的質(zhì)量令人擔擾，0.075mm以下的比例很難保證在5%--7%以下；含泥量也偏大，這與石場的加工工藝有關(guān)，雨天采石加工也是個問題。在實際施工中，如果不采用0.075mm以下的石屑，施工中發(fā)現(xiàn)混合料的板結(jié)性不好，發(fā)糟，沒粘性，碾壓成型的基層表面松散，但裂縫調(diào)查發(fā)現(xiàn)基層裂縫很少。根據(jù)網(wǎng)上公布在京珠南高速公路施工中，某標段采用0.30mm碎石加砂摻配成滿足規(guī)范要求的混合料施工基層，施工后一個月開始出現(xiàn)橫裂縫，后來有一段基層采用0.3mm碎石加石屑施工，養(yǎng)生期間已開始出現(xiàn)近10m間隔一道的橫裂縫，半月后，裂縫達到4.5延米一道，篩分結(jié)果得知0.075mm以下的粉料達到了8.7%。
　　通常人們認為采用石屑可以減少裂縫，采用河砂會增加裂縫，但實際情況表明細集料中對裂縫產(chǎn)生其主要作用的是0.075mm左右的材料，這與其有較大的線型膨脹系數(shù)有關(guān)，由于這類細料比表面積大，遇水膨脹，失水后收縮變形大，是造成裂縫的關(guān)鍵之一。
　　因此，采用較粗的石屑有利于改善基層的抗裂性。
　　3.2配合比曲線對裂縫的影響
　　基層的配合比設計中存在的主要問題是許多施工單位僅僅滿足于在實驗室里摻配出符合級配曲線的基層混合料，至于曲線的走向、形狀很少有人去認真推敲。
　　我們在對329國道復線新建工程（余姚段）一級公路基層施工的實際配合比篩分記錄對應的基層裂縫現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果的分析中發(fā)現(xiàn)：
　　混合料的曲線光滑連續(xù)，對于減輕裂縫有益；
　　當粗集料（10mm以上）比例60%-65%以上時，裂縫有所降低（8延米一道）；
　　不同施工時間的混合料的曲線變異越小，裂縫減少；
　　可見注重混合料曲線的特點，采取有效的措施在施工中控制好混合料級配，是減少裂縫的途徑之一。
　　3.3混合料拌和對裂縫的影響
　　由于穩(wěn)定土廠拌均采用連續(xù)式的拌和設備，形成了先天性的不足：計量系統(tǒng)的誤差較大，特別是水泥的計量精確；攪拌缸長度不夠，通常的200-300噸/小時的廠拌攪拌缸長度不足2m，攪拌時間不夠，混合料均勻性差；含水量的控制誤差偏大，由于施工中的各類問題，不可能保證長時間的穩(wěn)定的連續(xù)拌和出料，斷斷續(xù)續(xù)出料過程造成了配合比的誤差大。在這樣的條件下生產(chǎn)出來的穩(wěn)定土材料由于較大的背離了設計配合比曲線，對于質(zhì)量影響是很大的。
　　盡快淘汰較舊的廠拌設備，采用計量精度更高、產(chǎn)量在400噸/小時以上的拌和設備，也是改善抗裂性的保證。
　　3.4養(yǎng)生
　　養(yǎng)生對強度的增長有明顯的益處，目前基層采用的養(yǎng)生方法通常是薄膜覆蓋，但確實存在一些問題，我們在試驗中發(fā)現(xiàn)，薄膜覆蓋到第三天時，基層中的水分基本上喪失了（雖然掀開薄膜時看起來基層表面還是濕潤的），一部分與水泥進行了水化反應，一部分被下承層吸附，還有一部分在空隙中散失，這時的強度尚未完全形成，所以覆蓋薄膜養(yǎng)生效果在三天前作用最大；單純?yōu)⑺�養(yǎng)生的效果較差，特別是天氣炎熱時，灑水養(yǎng)生很難達到要求。
　　互相彌補的方法是在前三天采用薄膜覆蓋方式，第四天開始起膜灑水直到養(yǎng)生期結(jié)束。
　　比較理想的養(yǎng)生方法是采用可透氣保水的土工材料進行覆蓋并用水車保水，我們進行的一段實驗效果極好，整個養(yǎng)生期覆蓋的土工材料始終保持濕潤，由于基層在養(yǎng)生期得到了良好保水，基層的質(zhì)量穩(wěn)定，裂縫在一段時間內(nèi)很少發(fā)生，但這種養(yǎng)生的成本太高，在實際施工中，可以用吸水性較好的麻袋或廢布材料代替，效果比較好。
　　3.5氣候和結(jié)構(gòu)的影響
　　太陽的長時間照射使裸露在自然環(huán)境下的基層容易開裂，值得注意的是在反復下雨天晴的變化中，基層裂縫更會快速發(fā)展，當雨水停留在未施工完畢的中央分隔帶或沿裂縫滲到基層下面路基結(jié)構(gòu)中后，被水侵害的路基就會直接影響到基層質(zhì)量，產(chǎn)生裂縫。
　　329國道復線新建工程（余姚段）一級公路的一段基層在施工一段時間后，出現(xiàn)了縱橫向裂縫密集現(xiàn)象，經(jīng)分析是該段為一個縱曲線的凹變坡點處，雨季當中，大量路面水無法排出沿中央分隔帶匯聚在凹縱曲線處滲透到路基中，原本施工質(zhì)量得到保證的路基受水的影響膨脹變軟，基層（底基層）隨之發(fā)生破壞。
　　有人為了證明基層出現(xiàn)開裂不是路基的質(zhì)量問題時，采用的裂縫處開挖斷面，觀察土基是否也發(fā)生了裂縫，這實際上毫無意義，無論是何種情況下，半剛性基層（底基層）發(fā)生開裂時想在土基上找到對應的裂縫都是徒勞的甚至有點愚蠢，除非基層被拉裂達幾公分，因為路基的受壓變形一般較，足以填補引不均勻沉降形成的結(jié)構(gòu)縫隙，在基層上表現(xiàn)出來的裂縫，在路基上很難觀察到。
　　4.透層和下封層（防水層）
　　瀝青砼結(jié)構(gòu)層與水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層的結(jié)合質(zhì)量，是影響瀝青砼路面使用壽命的重要因素之一，若兩者之間結(jié)合質(zhì)量不好，通車后易發(fā)生月牙形推擠裂紋，在荷載及雨水的作用下，造成路面破壞。有專家認為，透層油滲入到基層一定深度，會改善基層的抗水沖刷能力，減少滲透水對基層的破壞。因此，透層及下封層作為粘結(jié)瀝青砼與半剛性基層的重要結(jié)構(gòu)層是必不可少的；而透層材料能否滲入半剛性基層表面一定深度，增強基層的整體性并形成粘結(jié)介面最為關(guān)鍵。
　　目前，浙江省已推廣高滲透力乳化瀝青為透層油，這一新技術(shù)的開發(fā)利用，對于基層十分重要，完成基層施工需開放交通的段落，采用可滲透到基層10mm深的透層油能很好地保護基層不受破壞。
　　施工實踐表明，灑布透層油開放交通一月以上的基層表面基本未受到損壞，這對于混凝土路面具有決定性意義，基層的平整度和細部的坑槽對面板的約束影響很大，許多基層在施工后由于開放交通出現(xiàn)局部破損、松散，在此基礎上進行面板施工必然造成約束過大，不利于面板的徐變松弛過程的發(fā)生，從而使路面板的應力無法釋放。
　　多年的施工實踐表明，無論是水泥混凝土、瀝青混凝土的半剛性基層表面都應在灑布透層油的基礎上增加一層瀝青下封層（防水層）。許多路面的破壞都是因為路面水滲入基層導致唧漿，當洗刨機洗切基層后，在未洗刨的基層斷面結(jié)構(gòu)中，可清晰地看到滲入基層的水分像泉水一樣在斷面滲出，說明滲到基層的水量相當大，瀝青路面的起拱、唧漿、網(wǎng)裂都與此有很大關(guān)系。防止路面水滲入基層是提高瀝青路面耐久性的根本問題。
　　水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)中在基層灑布透層油的基礎上增加一層防水瀝青封層更其獨到的作用，這層防水層實際上起到了增加面板和基層之間滑動的趨勢，這是我們一直追求的理想結(jié)構(gòu)；另外，水泥面板切縫的防水問題一直是比較困難的，基層表面的防水層作為最后一部分就是因裂縫使水滲入基層，導致基層破壞進而導致面板板底掏空所致。
　　5.結(jié)語
　　水泥混凝土路面基層和瀝青混凝土路面基層的品質(zhì)指標不能沒有差別，前者應該向緩沖穩(wěn)定層方向發(fā)展。
　　半剛性基層的缺陷是存在裂縫，大量的調(diào)查顯示，大多數(shù)的高等級公路基層存在每5m-10m發(fā)生一道橫裂縫現(xiàn)象，有時會伴有縱裂，這種現(xiàn)象可以減少但無法避免，防止基層裂縫反射到瀝青面層及防止因裂縫導致過早的水破壞發(fā)生使我們應注意的要點。
　　透層的采用可增強基層的抗水沖刷能力，使基層和瀝青面層的結(jié)合更牢固，可以最大限度的保護基層開放加通后的質(zhì)量。下封層（防水層）對于封閉基層裂縫有明顯作用，而對于防止路面水滲入基層更是有顯著功效。兩者應該在浙江地區(qū)路面結(jié)構(gòu)設計中予以考慮。
　　
　　
　　參考文獻：
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　　3.公路瀝青路面設計規(guī)范JTJ014-97
　　4．公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范JTJ073.2.2001