引言

半刚性基层（Semi-rigid Base）是现代公路工程中应用最广泛的一种基层结构形式，主要由胶凝材料（如水泥、石灰、粉煤灰等）与级配碎石或土混合，经过拌合、摊铺、压实和养护后形成。它兼具刚性基层的强度高、稳定性好和柔性基层的抗裂性较好的特点，具有板体性强、承载力高、水稳性好及抗冻性优良等显著优势。在我国高等级公路建设中，半刚性基层已成为沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的主要承重层。

然而，半刚性基层也存在一些固有缺陷，如干缩和温缩裂缝难以完全避免、抗冲刷能力相对较弱等。因此，深入探讨半刚性基层的类型、材料组成及施工质量控制关键问题，对于提高路面使用寿命、降低养护成本具有重要意义。

一、半刚性类基层的类型

半刚性基层的分类主要依据其结合料的种类、稳定对象及强度形成机理。常见的类型包括以下几种：

1. 水泥稳定类基层

水泥稳定类基层是目前应用最广泛的半刚性基层类型。它以水泥为结合料，与级配碎石（或未筛分碎石、砂砾）混合，通过水泥的水化硬化作用形成强度。

  • 特点：强度高、板体性强、水稳性和抗冻性好。但水泥用量过多易导致干缩裂缝增加，且施工受时间限制较严（水泥初凝时间限制）。
  • 适用范围：适用于各种交通等级的公路基层和底基层，尤其在重交通道路上应用最多。
  • 常见形式：水泥稳定碎石、水泥稳定砂砾、水泥稳定土等。

2. 石灰稳定类基层

石灰稳定类基层以石灰为主要结合料，与土或含有一定土的集料混合。石灰与土发生离子交换、碳酸化及结晶作用，从而提高土的强度和稳定性。

  • 特点：早期强度较低，后期强度增长缓慢，水稳性较差，但抗裂性优于水泥稳定类，且造价较低。
  • 适用范围：主要用于低等级公路的基层或高等级公路的底基层，以及潮湿路段的改善处理。
  • 常见形式：石灰稳定土、石灰稳定碎石土等。

3. 石灰工业废渣稳定类基层

这类基层利用工业废渣（如粉煤灰、煤矸石、矿渣等）与石灰混合，或再加入少量水泥，稳定集料或土。它既解决了废渣堆放的环境问题，又降低了工程造价。

  • 特点：早期强度较低，但后期强度高，收缩系数小，抗裂性好，水稳性较好。
  • 适用范围：适用于各种公路的基层和底基层，特别是在粉煤灰资源丰富的地区应用广泛。
  • 常见形式：
    • 二灰稳定类：石灰+粉煤灰稳定碎石（简称二灰碎石）。这是最典型的代表，具有良好的抗裂性和整体性。
    • 水泥石灰综合稳定类：水泥+石灰综合稳定土或集料，利用水泥提高早期强度，利用石灰改善土性。

4. 其他综合稳定类基层

随着材料科学的发展，出现了一些新型的综合稳定基层，如聚合物改性水泥稳定基层、乳化沥青水泥综合稳定基层等，旨在进一步改善半刚性基层的路用性能，特别是抗裂性和韧性。

二、半刚性基层材料组成

半刚性基层的路用性能与其材料组成密切相关。合理的材料组成设计是保证基层质量的前提。

1. 集料（Aggregate）

集料是半刚性基层的骨架，通常占混合料总质量的90%以上。

  • 材质要求：应选用质地坚硬、耐久、洁净的碎石、砂砾或石屑。压碎值是关键指标，高速公路和一级公路基层要求压碎值不大于26%（或30%，视规范版本而定）。
  • 级配组成：集料必须具有良好的级配，以形成骨架密实结构。目前主要采用连续级配。
    • 规范依据：《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）对水泥稳定碎石、二灰稳定碎石的级配范围有明确规定。
    • 关键筛孔：关键筛孔包括4.75mm（通过量决定粗细）、0.075mm（通过量影响强度和收缩）。例如，水泥稳定碎石的级配中，0.075mm筛孔通过量宜控制在0~5%（或2~7%），以减少收缩裂缝。

2. 结合料（Binder）

  • 水泥：宜选用初凝时间3小时以上、终凝时间较长（6小时以上）的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥。快硬水泥、早强水泥及受潮变质水泥严禁使用。
  • 石灰：应采用III级及以上生石灰或消石灰，活性CaO+MgO含量需达标。
  • 粉煤灰：SiO2、Al2O3和Fe2O3总含量应大于70%，烧失量不大于20%，比表面积宜大于2500cm²/g。

3. 水

凡饮用水（含牲畜饮用水）均可用于施工。若使用非饮用水，需经化验，硫酸盐含量超过0.25%、含盐量超过0.5%、pH值小于4的水不得使用。

4. 配合比设计（Mix Design）

配合比设计的目标是确定最佳的材料比例，使混合料满足强度、耐久性和施工和易性要求。

  • 强度标准：高速公路和一级公路基层的7天浸水无侧限抗压强度标准通常为3.0~5.0 MPa（水泥稳定类）或0.8~1.1 MPa（二灰稳定类）。
  • 设计步骤：
    1. 确定集料级配。
    2. 根据经验或试验，初拟结合料剂量。
    3. 制作试件，进行标准养护（6天湿养，1天浸水）。
    4. 测定无侧限抗压强度，验证是否满足设计要求。
    5. 确定最佳含水率和最大干密度。

三、施工质量控制关键问题探讨

施工质量控制是将设计意图转化为实际工程实体的关键环节。针对半刚性基层的特点，应重点控制以下几个方面：

1. 原材料质量控制

  • 源头控制：对料场进行考察，确保石料质量稳定。
  • 进场检验：严格按规范频率检测集料的级配、压碎值、含泥量；水泥的凝结时间、安定性、强度；石灰的有效钙镁含量等。严禁不合格材料进场。

2. 拌合与运输

  • 厂拌法：必须采用强制式拌合机集中厂拌。
    • 计量控制：采用电子计量装置，严格控制水泥（或石灰）剂量。水泥剂量偏差宜控制在±0.5%以内。
    • 含水率控制：根据天气情况（气温、风速）和集料含水率变化，实时调整加水量，使混合料含水率略高于最佳含水率（通常高0.5%~1.0%），以补偿运输和摊铺过程中的水分蒸发。
  • 运输：运输车辆应覆盖帆布，防止水分蒸发和雨淋。运输时间应控制在水泥初凝时间内。

3. 摊铺与整型

  • 下承层准备：下承层（路基或底基层）必须平整、坚实、具有规定的路拱，且表面应湿润无积水。
  • 摊铺：宜采用摊铺机摊铺，避免离析。
    • 松铺系数：一般为1.25~1.35，需通过试验段确定。
    • 厚度控制：分层摊铺时，每层压实厚度不宜超过20cm（严禁贴薄层施工）。
  • 整型：用平地机或人工配合整型，达到规定的路拱和坡度。

4. 碾压（Compaction）——核心环节

碾压是保证基层强度和密实度的关键。

  • 碾压组合：
    • 初压：轻型压路机（如双钢轮振动压路机静压1遍），稳压、整型。
    • 复压：重型振动压路机（如18~22吨）高频低幅振动碾压3~4遍。这是获得密实度的主要阶段。
    • 终压：胶轮压路机或双钢轮压路机静压1~2遍，消除轮迹，表面密实。
  • 含水率时机：必须在最佳含水率±1%~2%范围内进行碾压。过干压不实，过软易弹簧。
  • 碾压顺序：由路肩向中心碾压，超高段由内侧向外侧碾压。碾压速度宜先慢后快。
  • 接头处理：两工作段的衔接处，应搭接拌合。前一段留5~8米不碾压，后一段施工时，将前段未压部分重新拌合碾压。

5. 养护（Curing）——成败关键

半刚性基层碾压完成后，必须立即进行养护，这是保证强度正常增长、防止干缩裂缝产生的最重要措施。

  • 养护方式：宜采用覆盖土工布洒水养护或沥青乳液封层。严禁只覆盖不洒水，或长时间暴晒。
  • 养护时间：不少于7天（或设计龄期）。
  • 交通管制：养护期间，严禁车辆通行（除洒水车外），防止基层表面松散和开裂。

6. 裂缝防治技术

裂缝是半刚性基层最常见的病害，控制裂缝是质量控制的难点。

  • 优化材料组成：
    • 控制细集料（0.075mm以下）含量。
    • 严格控制水泥剂量，不宜超过6%。
    • 掺加抗裂剂（如聚丙烯纤维、微膨胀剂等）。
  • 施工控制：
    • 严格控制含水率，避免过大的干缩。
    • 加强养护，保持湿润。
    • 及时喷洒透层油或封层，防止水分流失和基层暴露。
  • 设置应力吸收层：在半刚性基层与沥青面层之间设置改性沥青应力吸收层或铺设土工格栅，以阻断或延缓反射裂缝。

四、结语

半刚性基层以其优良的路用性能和经济性，在我国公路建设中占据主导地位。要修筑高质量的半刚性基层，必须从类型选择（根据交通量和当地条件）、材料组成设计（优选集料、优化级配、合理剂量）和施工质量控制（严控拌合、精准摊铺、强力碾压、及时养护）三个维度进行系统管理。特别是针对裂缝这一顽疾，需采取“材料-结构-施工-养护”的综合防治措施。只有这样，才能充分发挥半刚性基层的优势，为路面提供坚实可靠的支撑，延长道路的使用寿命。