水泥稳定基层防拱胀措施探究

（新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

水泥稳定基层作为新疆地区路面结构的主要基层类型，很好地适应了新疆干旱少雨的气候特点。然而，近几年环塔里木盆地沿线的多条高速公路水泥稳定基层发生了大量拱胀变形，已成为新疆低降雨、高蒸发、大温差和盐渍化地区沥青路面的常见病害，影响了道路的服务水平和使用寿命。

一、病害调查

（一）调查原则及范围

基于自然地理条件差异性、温度差异性、时间差异性和材料及工艺差异性原则，本文选取了北疆地区G30连霍高速公路小草湖至乌鲁木齐段、塔里木盆地西北缘G3012吐和高速公路阿克苏至喀什段、S16麦喀高速公路麦盖提至喀什段、S13三岔口至莎车公路及塔里木盆地南缘G3012吐和高速公路墨玉至和田高速公路开展了路面拱胀病害调查。

（二）病害特征

路面拱胀病害调查结果表明，路面拱胀存在3个特征：从地域分布看，拱胀主要发生在环塔里木盆地沿线；从公路等级看，拱胀主要发生在整体式高速公路和一级公路；从工程建成年代看，拱胀主要发生在近几年建设的水稳基层厚30cm以上、基层强度较高的高等级道路。此外，在早期建成的水稳基层厚度薄、强度低的各等级公路未发现水泥稳定基层拱胀情况。

（三）拱胀特征分析

通过对拱胀发生路段路面结构的调查、分析，发现拱胀路段主要有3个特点：从易溶盐含量看，发生拱胀的基层Na2SO4含量较未发生拱胀的基层平均高出14%、总含盐量平均高出18%；从混合料级配看，拱胀主要发生在《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）级配范围内的基层，由施工期间检测数据可知，拱胀段基层混合料级配普遍偏细；从施工工艺看，拱胀主要发生在采用分层摊铺或分层连续摊铺的路段，上下基层间结合差，发生拱胀破坏时上、下基层分离。

二、影响因素

该课题室内室外试验研究及室外病害调查分析结果表明，诸多因素会对水泥稳定基层板拱胀造成较大影响。依据室内及室外试验数据，探究基层拱胀影响因素与影响方式，为提出切实可行且有效的防拱胀措施提供理论依据。

（一）级配

室内试验结果表明，当其他条件相同时，随着水泥用量的增大，水泥稳定基层材料的拱胀变形和拱胀系数随之增大。水泥用量每增大0.5%，拱胀系数增大约0.15。这主要是由于随着水泥用量的增加，试件的密实度不断增加，内部孔隙减少，在温度应力和结晶应力的作用下更容易发生拱胀变形。

（二）湿度

在单一因素下，湿度的增加对水泥稳定基层拱胀影响不明显。这主要是由于随着环境湿度的增长，水泥稳定结构干缩减少；同时，随着环境湿度的增长，部分结晶盐溶于水，基层结构体积应力减少。

（三）含盐量

随着试件含盐量的增大，水泥稳定基层材料的拱胀变形明显增加。因此，在水泥稳定基层原材料含盐量较高或区域盐渍化现象广泛分布时，应考虑水泥稳定基层材料盐胀作用对基层拱胀的影响，水泥稳定基层设计中在控制原材质量、优化配合比及混合料级配的同时，还应注重对水泥稳定基层防拱胀结构的设计。

（四）应力释放结构

当其他条件相同时，设置胀缝的试件拱胀变形和拱胀系数显著低于不设置胀缝试件的拱胀变形和拱胀系数。随着胀缝宽度的增加，试件的两种系数明显降低。随着胀缝深度的增加，试件的两种系数明显降低。

（五）温度

试件在相同的含盐量和环境湿度条件中，水泥稳定材料的导热系数会随温度的升高而增大，继而影响不同深度基层的温胀变形。当试件级配、材料、含盐量等条件相同时，可以推测温度上升会导致水的导热系数上升，从而使试件的整体导热系数上升。此外，在不同温度范围内，相同水泥用量的试件拱胀变形和拱胀系数不同。在30℃～40℃的范围内，拱胀系数最大，约为0℃～10℃时拱胀系数的1.25倍～1.17倍。该现象与新疆地区水泥稳定基层拱胀主要发生在夏季的特征相吻合，对比两种温度范围下的拱胀系数可知水泥稳定基层材料的拱胀以温胀为主，但盐胀也不可忽略。

（六）水泥掺量

当压实度相同时，随着试件水泥用量的增加，渗透系数明显减少，水泥用量主要通过影响水泥稳定材料孔隙率影响其渗透系数。水泥用量的增加，使试件中孔隙数量和有效直径减少，造成水的渗流路径减少，从而抑制水在水泥稳定材料中的渗透作用。

随着水泥稳定材料中水泥用量的增大，导热系数随之增大，进而导致基层的温胀。其原理主要是由于水泥用量增加，试件内部孔隙率减少，改变了试件的整体导热系数。在水泥稳定基层满足强度要求的基础上，随着水泥用量的增加，水泥稳定基层发生拱胀的概率会增大，也与新疆地区公路水泥稳定基层拱胀病害的调查结果一致。

三、防拱胀措施

（一）原材料

在原材料含盐量较高或区域盐渍化现象严重时，应考虑水泥稳定基层材料盐胀作用对基层拱胀的影响，严格控制集料中硫酸盐的含量在0.2%以内。从集料组成上，应严格控制水泥稳定基层集料来源及质量，细集料中直径小于0.075的颗粒含量不超过5%，对0mm～3mm和0mm～5mm的细集料应分别严格控制2.36mm筛孔和4.75mm筛孔的通过率。混合料的公称最大粒径控制为31.5mm。此外，应控制工程用水中和含量及PH值，也相应控制水泥中SO3、MgO、碱含量、膨胀剂等指标的含量。

（二）配合比

从骨料级配看，在水泥稳定基层结构设计中，可以采用优化结构级配、减少水泥用量的方式降低基层拱胀。从混合料结构看，骨架密实型结构的防拱胀性能优于悬浮密实型结构。

（三）施工质量及验收

振动压实能够有效地提高水泥稳定基层强度，在满足设计要求强度的前提下，可以通过采用振动压实的方式减小水泥用量，从而降低对基层拱胀变形带来的不利影响。此外，设置胀缝的水泥稳定基层拱胀变形和拱胀系数均明显降低，且随着胀缝宽度及深度的增加，水泥稳定基层的拱胀变形和拱胀系数均出现下降趋势。

在施工季节和温度方面，一般水稳基层施工宜选择在温和的春季或秋季，应尽量避免冬季低温环境，并保证基层的施工温度在10℃以上。摊铺方式推荐基层施工采用双层连续摊铺或者大厚度一体摊铺。

四、结语

以新疆公路水泥稳定基层拱胀机理及防治措施研究科研课题为依托，对新疆地区水泥稳定基层拱胀易发生区域路面结构进行室内模拟试验，对半刚性基层拱胀机理及影响因素展开系统性探究，旨在完善适用于新疆地区的防拱胀水泥稳定基层结构，减少未来公路建设中的水泥稳定基层拱胀变形现象，保障公路行车的舒适性和安全性，并减少养护资金的投入。