混凝土路面裂縫與不均勻沉降的探討

一、研究背景及意義

隨著我國國民經濟的快速發(fā)展，運輸業(yè)在國民經濟中起著越來越重要的作用，混凝土路面質量的好壞直接影響國民經濟的發(fā)展。由于它具有施工簡單、取材方便、抗壓強度高、養(yǎng)護費用低等優(yōu)點被人們使用得越來越多，同時混凝土也具有抗拉能力差、容易裂縫等缺點。導致路面出現(xiàn)裂縫及不均勻沉降等現(xiàn)象，這些不僅直接影響了混凝土路面的美觀、使用效果及壽命。而且難以滿足交通工具高速行駛的要求，還會增加汽車的燃料消耗和輪胎的磨損，加大了運輸成本，增長了運輸時間，降低經濟效益甚至危及交通安壘。所以要對混凝土路面裂縫及不均勻沉降原因進行科學分析并根據分析結果探討科學的控制措施，這樣以來對提高其質量、延長其使用壽命有著很重要的意義。

二、混凝土路面裂縫與不均勻沉降原因分析

1.路基，基層的原因

如果基層平整度差，混凝土面層厚度不勻，就會在厚度薄弱處產生裂縫;地基強度不均勻，路基軟弱未壓實，或路面基層強度不足，沉降量過大，混凝土板受彎，路基填料混雜或壓實不好等因素也會導致混凝土板產生裂縫。

2.混凝土配合比的原因

混凝土配合比對它的裂縫有很大的影響。使用過多的水泥用量必然會導致較大的收縮;施工中使用較高的水灰比是為了提高混凝土混合性，較大的水灰比使得混凝土的收縮會隨著水灰比越來越大，多種因素作用下導致施工后混凝土體積出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，這樣不僅影響了混凝土強度，而且混凝土容易出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。

3.路面養(yǎng)護的原因

有時施工中在混凝土澆灌24小時以后應在表面灑水，這樣做的目的是防止表面裂縫的產生。但是試驗結果表明，混凝土澆灌后24小時內若灑水覆蓋則更容易造成路面裂縫現(xiàn)象。因此，嚴格控制對澆灌后的混凝土灑水時間對防止產生裂縫現(xiàn)象十分重要。

4.水泥骨料的原因

水泥的質量及其它成分對混凝土質量有很大的影響。水泥中雜質過多，骨料質量不好會影響混凝土的性能，不同型號的水泥產品混合使用，因為硬化時間等的不同會讓混凝土出現(xiàn)裂縫。單用增大水泥用量的方法來達到增加混凝土的強度，會使水化熱大，容易使混凝土路面產生裂縫。

5.路面養(yǎng)護劑的原因

路面養(yǎng)護劑的應用越來越廣泛。養(yǎng)護劑凝固后所形成的薄膜可阻止混凝土中水分蒸發(fā)，起到養(yǎng)護混凝土的作用。但如果在實際使用中使用不當，則更容易易產生混凝土裂縫。

6.橫向縮縫質量的影響

設置橫向縮縫是為了減小翹曲應力和收縮應力，切縫的功效是使內應力在切縫處產生應力集中，從而使裂縫在切縫產生。

7.路基填土壓實不足

施工時，氣候太干燥，局部填料粉碎不均勻使路檢壓實不均勻，致使路基邊緣壓實不夠，某些超速車道賀行車道沒有同步施工，而且銜接得不太好時，在銜接處也會產生壓實不夠的情況?？紤]施工安全和進度，壓實工作做的不夠到位，路基壓實不充分，達不到規(guī)范要求。另外，由于施工處最佳含水量控制不好，壓實效果達不到要求。壓路機等不符合施工的實際要求，噸位不足，使得壓實不足，壓實度不符合要求。在墳方路堤施工過程中，當路堤施工一定高度以后，邊緣土體往往存在壓實度不足等問題，填方土體壓實度不足，結果是土體前期固結壓力小于自重應力和各種附加應力和自重應力之和，在自重作用下就會發(fā)生沉降現(xiàn)象，壓實度不足還會造成混凝土路面的側向變形。

8.路堤填料不均勻，控制不當

一方面，回墳料的性質不同，特別是回填料具有膨脹性，在路基排水系統(tǒng)失效后，水的滲入會使混凝土路面局部突起，影響美觀，嚴重的會使路面破壞;另一方面，在施工中，如果分層敷設厚度過大，小顆粒填料和軟物質很難得到有效壓實，在超重荷載的長期作用下，回填料會產生不均勻沉降，混凝土路面會產生局部沉陷，剛性路面還會產生裂縫。選用了穩(wěn)定性較差的路堤填料，如采用高液限粘土、粉質土或使用淤泥，腐殖質含量較高的填料時，會使混凝土路面產生整段或局部的變形，采用不同土質填料時，因為土的性質不同如填筑方法不當，壓實成型后易造成不均勻性沉降。

9.地下水的影響

在地下水的作用下，混凝土路基體內含水量無規(guī)律變化，土體容重在一定范圍內波動，更為重要的是由毛細管張力引起的負孔隙水壓力可以達到相當?shù)臄?shù)值，再加上水的潤滑效應，可以使土體產生不均勻沉降。地下水的動態(tài)特征對路基不均勻沉降影響很大，路堤及其地基中的地下水主要補給來源有三種類型，即地下水側向補給、降雨補給、地表水側向補給。其動態(tài)變化及潛蝕影響到土體中的有效應力的分布、士體結構特征和土體強度從而導致混凝土路基的不均勻沉降。

三、混凝土路面裂縫與不均勻沉降預防與控制

根據以上分析，預防混凝土路面裂縫與不均勻沉淀的產生，根據多年施工經驗，除了嚴格按照施工規(guī)程操作外，還應著重做好以下幾點工作。

1.選擇好水泥

水泥砼路面用水泥，必須采用標號不低于42.5號的道路硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。礦渣硅酸鹽水泥，粉煤灰硅酸鹽水泥等雖然在早期水化熱低，但因為耐磨性、耐久性等原因一般不用于混凝土路面。盡量選用同一廠家、同一品種、同一標號有質量保障的水泥，出廠期超過三個月或受潮、結塊的水泥，必須經過試驗確定能否使用，水泥的選用必須著眼于保證砼的強度、耐磨性和耐久性等方面。

2.控制水灰比

水灰比在規(guī)定范圍內的變化對砼抗折、抗壓強度的影響不是很明顯，但超出了一定范圍，無論對砼抗折強度還是抗壓強度都有很大的影響。因此，在水泥砼路面施工中，必須嚴格控制砼單位的水灰比，經常抽檢砼拌和物的坍落度，經常測定砂、石料的含水量，并調整砼用水量。拌和水應使用測量器具準確計量，施工中不得任意改變，混拌過程中不允許往砼拌和物內加水。控制水灰比是保證砼強度、和易性及控制砼干縮率的重要措施之一。

3.及時切縫

砼板切縫是關鍵工序，準確把握好砼板的切縫時機，是解決斷板的關鍵。砼強度的增長與氣溫、養(yǎng)護條件等有關，切縫時間由試驗室根據施工方法、養(yǎng)護溫度等因素確定，過早和過遲都不易。一般要求在砼強度達到設計強度的25%-30%時即可進行機械切縫，采用真空吸水施工的砼路面，因砼強度增長較快，切縫時間可以提前，切縫深度應達板厚的三分之一左右，且在板的自由邊適當加深，以確保裂縫準確地發(fā)生在切割處。

4.加強養(yǎng)護

加強混凝土的養(yǎng)護，對其強度增長起著重要的作用。在混凝土凝結后即用草袋均勻地覆蓋混凝土表面并充分灑水保濕，防止混凝土表面風吹日曬，既有較好的保濕、保溫作用，又能使混凝土水化作用正常進行、砼混凝土強度的正常增長，還能防止混凝土表面因失水過快過多而產生干縮裂縫，是避免混凝土路面因含水量及溫度變化過快引起收縮而產生早期裂縫的有效措施。當澆灌時遇大風、高溫、表面水份蒸發(fā)過快時，可在做面后用噴霧法及時補充水分，防止表面干縮裂縫的發(fā)生。

5.路堤城筑前原地面處理

墳筑路堤時首先進行原地處理。將路基范圍內的樹根、雜草壘部清除。若基底的表層土屬于腐殖土，則須用挖掘機將其表層土清除，厚度視具體情況而定，并按規(guī)定要求進行壓實。路堤通過田地時，路堤澆灌施工前預先清除表土，由于在表土剝離后下面的含水量高，為保證基底壓實達到設計要求，必須進行松土，晾曬和含水量檢測，在最佳含水量時進行壓實，以達到要求的壓實標準。坡面基底處理分層夯實每層都嚴格控制其厚度、壓實度、拱度和平整度，并進行測量，當所有臺階填完之后，可按一般坡土進行。

6.縮小施工現(xiàn)場溫度差、濕度差，防止收縮

合理安排施工時間，盡量避免在中午溫度高峰時進行施工，盡可能地把施工時間安排在早上和傍晚。氣溫變化相對較小，其次，確保施工用水的溫度。必要時還要對碎石灑水降溫，以降低拌和物與環(huán)境的溫差。盡量避免在裂日下工作，無法避免時可設置遮陽棚;其三，因為大風對拌和物的水分蒸發(fā)量比高氣溫大，所以大風天應停止水泥混凝土路面的施工。如不能避免，則要采取必要的防風措施;其四，注意養(yǎng)護。應在混凝土澆筑完成，收漿后就開始進行養(yǎng)護，同時覆蓋并及時灑水保持濕潤。

7.嚴格按照規(guī)范規(guī)程施工，確保正確的配合比

砂子中夾雜的雜物要分離出來，包裹有粘土的碎石要清洗。其次，保證水泥的質量，特別是保證水泥的穩(wěn)定性。水泥中的游離氧化鈣在凝結過程中水化比較慢，水泥凝結后還繼續(xù)起水化作用，當超過一定量時，就會破壞已經硬化的水泥石使其硬度下降，其三，控制好施工水灰比，嚴格按配合比攪拌。混凝土的強度主要取決于內部起膠結作用的水泥石的質量，水泥石的質量主要取決于水泥的特性及水灰比，水灰比對混凝土的強度影響很大。

8.嚴格控制施工配合比，保證混凝土的自身強度

對水泥的含泥量要進行嚴格的控制;其次，加強對水泥質量的監(jiān)控，特別是水泥的安定性，其三，

控制好水灰比，根據混凝土的強度與水化的固體產物在有效空間的關系，即強度增長與膠空比的關系，合理地定位水灰比，并嚴格按配合比投料是確?；炷谅访尜|量的重要措施。

9.及時進行割縫，誘導裂縫在接縫位置展開

及時切橫縮縫，縫深必須達到設計要求深度，在縮裂發(fā)生前及早形成弱斷面。還可以考慮在橫縮縫位置的混凝土底部加設誘導裂縫的木塊，使弱斷面作用更加顯著。其次，道路設窨井處，橫縮縫要騎窨井設置，使窨井部位自然形成弱斷面與橫縮縫合而為一，不然在井框部位易形成早期收縮裂縫，其三，鋸縫設備配置不足時，應先隔3-4塊板跳鋸一條橫縫，最后再補齊。

10.提高混凝土基層施工質量

水泥混凝土路面基層應具有較高的強度、較高密實度和較好的穩(wěn)定性。因此，在施工中應嚴格按施工操作規(guī)程進行，做到分層澆筑、分層壓實、分層檢測。每層的壓實度，平整度及路拱都要滿足設計要求。

四、FRP與混凝土粘結耐久性研究

除了采用傳統(tǒng)的防治措施預防混凝土路面裂縫與不均勻沉降外，采用新型混凝土加固材料纖維增強聚合物(FiberReinforCedPolyrner，簡稱FRP)對預防混凝土裂縫與不均與沉降起著舉足輕重的作用，加固混凝土結構材料由于輕質高強、耐腐蝕性好、熱膨脹系數(shù)小、可設計性強、耐疲勞性能較好、自重輕、施工高效便捷、對結構外觀影響小等優(yōu)點，越來越受到青昧。但是，F(xiàn)RP加固混凝土技術方法的推廣應用必須保證材料性能、施工方法、設計概念和耐久性四個方面的平行發(fā)展。由于從Meier教授首次采用CFRP片材加固Ebach大橋到現(xiàn)在才接近30年，這種技術在工程中的應用還不是很廣泛，并且大多數(shù)FRP加固技術的應用是處于室外或者惡劣環(huán)境下，如凍融循環(huán)、紫外線、海水環(huán)境、干濕交替、濕熱、等環(huán)境，在這類環(huán)境中由于耐久性降低而不能滿足可靠性的要求，混凝土結構加固后的耐久性是采用此方法加固混凝土急需解決的問題。

在混凝土加固領域中，外貼碳纖維增強復合材料(CFPR)是一種比較先進的結構架構技術，一般采用的辦法是采用建筑結構膠將FPR粘貼在混凝土的表面，通過FRP與混凝土間界面?zhèn)鬟f應力來提高混凝土的強度。因此，界面粘結的好壞是加固技術是否成功的重要指標，大多數(shù)補強構建處在惡劣的環(huán)境下，如凍融循環(huán)、紫外線老化、干濕循環(huán)和濕熱等環(huán)境，界面的黏粘性在一段時間后會大大降低，從而導致混凝土結構不能滿足可靠性要求。目前關于界面黏粘性的研究，考慮的因素還是比較單一大大，但是在實際工程中。解雇構件處的環(huán)境是很復雜的，處在荷載和惡劣環(huán)境的雙重作用下，此時，CFRP與混凝土界面粘結性能僅考慮單一的因素是不行的，在荷載的作用下，CFRP與混凝土界面將發(fā)生蠕變，導致界面應力發(fā)生變化，此外，在界面黏粘層剪應力或正應力存在局部集中，使結合面處在較高的應力作用下，致密性下降，侵蝕物質會更快的滲透到結合層中，加速黏粘性能的降低，因此，研究荷載和惡劣環(huán)境混合作用下對CFRP與混凝土界面粘結性能的影響具有非常重要的意義，這樣以來對合理地進行CFRP加固設計，改善CFRP混凝土耐久性是十分必要的。

五、結束語

混凝土路面裂縫和不均勻沉降是影響路基路面強度和穩(wěn)定性的一個十分重要的問題，一是由于施工、設計、使用過程中存在某些問題，又由于水泥混凝土內在原因及濕度變化，溫度變化、地基不均勻沉降的影響，在水泥混凝土路面上難免發(fā)生各種類型的裂縫和不均勻沉降。但是只要嚴格執(zhí)行操作規(guī)程要求，在施工中切實抓好基層強度、混凝土的施工工藝、配合比、切縫時間及深度、混凝土養(yǎng)護等各個環(huán)節(jié)，通過改善混凝土的質量和路面結構并采取有效的澆筑的防治措施，水泥混凝土路面的裂縫和不均勻沉降現(xiàn)象是可以被避免的。隨著國際上FRP加固混凝土技術方法的研究，該方法得到廣泛的應用，但該方法仍需要不斷得到改進和完善，對此方法的研究勢必在以后預防混凝土裂縫和不均勻沉降方面得到廣泛應用。