水泥混凝土路面舊路加寬中早期破損機理的研究

王 佳

(黑龍江省公路局)

0 前 言

近年來,隨著水泥混凝土路面建設(shè)的增多、通車里程的增加、使用年限的增長,水泥混凝土路面也相應暴露出一些問題,出現(xiàn)一些損壞。有些地區(qū)的水泥混凝土路面損壞嚴重,甚至影響到正常交通運輸?shù)倪\營,造成較大的經(jīng)濟損失和社會影響。因此,有必要對水泥混凝土路面早期損壞產(chǎn)生的原因、機理、防治對策進行深入的分析與探討,防患于未然。

1 幫寬處的縱向斷裂

幫寬處的縱向斷裂是舊路加寬常見的早期破壞形式,幫寬路段的新條形荷載將在橫向上對舊路基及舊路堤產(chǎn)生新的不均勻沉降變形,該變形的產(chǎn)生也必將降低板下基層對水泥混凝土路面板的支承,與邊坡挖除時舊路堤產(chǎn)生的側(cè)向位移、滑塌共同作用,最終導致基層或舊水泥混凝土路面板局部失去支承。水泥混凝土路面板下不均勻支承的成因,可歸納為板下結(jié)構(gòu)層沉降變形的不均勻或強度變化不均勻,舊路加寬時多為前者。它的產(chǎn)生將改變水泥混凝土路面板的約束邊界條件和荷載在板體內(nèi)產(chǎn)生的最大彎拉應力,從而影響水泥混凝土路面板的使用壽命。

鑒于上述分析,故應在舊路幫寬前,徹底清除溝底淤泥、腐殖土、樹根及雜草。同時對軟弱基底地段要加大處理深度,換填砂礫,密實度要達到規(guī)定要求。舊路幫寬按施工規(guī)范要求應挖成向內(nèi)傾斜的臺階,所挖臺階處為舊路邊坡及舊路肩下方,而這些地方往往由于在過去施工中受壓實機械、設(shè)計標準限制和多年自然作用,密實度低于設(shè)計及規(guī)范要求,所以要將舊路肩相應推除。其次,還應注重填筑材料的控制、加大旁站監(jiān)理的力度,在局部新舊路基結(jié)合處加鋪鋼筋網(wǎng),以提高整體承載力。

2 基層強度不足導致的網(wǎng)裂

水泥混凝土路面出現(xiàn)網(wǎng)裂,往往是由于基層強度不足所導致,而出現(xiàn)基層強度不足又是多方面因素的結(jié)果。比如,高填方的路基施工壓實度不到位,特別壓實度不均衡等都將產(chǎn)生不均勻的沉降,而導致面板裂縫。同時,路基層施工不規(guī)范也是導致混凝土路面網(wǎng)裂的主要原因之一,比如基層材料級配不佳,攪拌不均,導致基層碾壓不實,達不到標準密度。還有路基寬度拓寬部分沉陷及路基構(gòu)造物不均勻沉陷等原因?qū)е侣访姘迕摽?產(chǎn)生裂縫等。水泥混凝土路面施工不規(guī)范也是引起縱、橫向裂縫的原因。由于混凝土一般抗拉強度只是混凝土的抗壓強度的 1/17～1/8?；炷恋目沽研跃褪侵富炷恋挚垢煽s性變形和溫度變形的能力,這些變

形所引起的拉應力,如超過混凝土的極限拉抻應變值時,混凝土就會產(chǎn)生裂縫,過大時就會引起貫穿裂縫。

3 橋頭、涵位和涵側(cè)的沉陷

橋涵位的沉陷也是舊路加寬中常見的早期破壞類型之一。橋涵通常位于溝壑地段,地下水位較高,且多屬軟土。由于軟土一般都具有天然含水率高、孔隙比大、壓縮性強和抗剪強度低等特點,在軟土上修建路基,極易產(chǎn)生包括瞬時沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降的路基變形。同時,橋頭路基填筑高度都較其他路段大,產(chǎn)生基底應力也相對較大,更易引起地基沉降,特別是工后在車輛荷載作用下發(fā)生得更快更大,從而生成臺階。

其次,臺背填料因含水分,不論級配多好都存在孔隙,施工中不論采取何種措施,也難以將填料顆粒間的孔隙完全消除。在公路自重、車輛垂直荷載與振動荷載作用下,孔隙率逐漸降低,填料逐漸壓縮,密實度逐漸增大,便在一定期限內(nèi)產(chǎn)生路基沉降。壓縮沉降主要取決于填料性質(zhì)、施工條件及臺前臺背的防護排水工程的設(shè)置等情況。根據(jù)有關(guān)資料調(diào)查研究:當土路堤壓實度為 95%時,填土的工后沉降約為 1 cm/m。橋頭填土高度一般有 3～4m,工后就可能產(chǎn)生 3～4 cm的工后沉降。

同時,剛度不同的路面在臺階處跳車所產(chǎn)生的振動效果不同,柔性材料對能量的吸收要比剛性材料大。由于橋臺結(jié)構(gòu)物一般采用剛性很大的石料砌筑或鋼筋混凝土澆筑而成,具有較大的整體剛度,屬剛性體;而與橋臺結(jié)構(gòu)物相連的道路,具有剛性較小、柔性較大的特性,屬彈塑性體。顯然,道路與橋臺結(jié)構(gòu)物之間存在著較大的剛度差,這個剛度差的存在必然使道路與橋臺結(jié)構(gòu)物之間產(chǎn)生較大的塑性變形相對差和較大的剛度突變,勢必增強橋頭跳車的振動效果。

4 結(jié) 語

加快公路的網(wǎng)化建設(shè),利用原有公路進行加寬補強修筑高等級路面,它既可以節(jié)約公路用地,又可以相對地減少筑路投資,但同時要確保路面質(zhì)量不受影響,注重施工質(zhì)量與管理。綜上所述,舊路加寬工程中可能出現(xiàn)早期破壞形式很多,這里沒能一一列舉,造成這些破損的原因也是多方面的,必須要綜合考慮各方面因素并采取有效措施才能減少或避免其發(fā)生。

[1] 趙茂才.拓寬舊水泥混凝土路面板縱向斷裂成因機理分析[J].公路工程,2007,32(4):20～23.

[2] 邊平濤.軟土地基橋頭跳車產(chǎn)生的機理與工程對策[J].公路,2005,(8):91～93.