水泥混凝土路面破損原因分析及防治措施

摘 要：在水泥混凝土路面施工、養(yǎng)護(hù)過程中，錯(cuò)臺、唧泥、斷板問題一直是常見的質(zhì)量通病，文章通過對水泥混凝土路面病害成因的分析，并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，提出了行之有效的控制措施。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土路面；填縫破壞；脫空斷板

改革開放30年來，我國已經(jīng)建成公路通車總里程358萬公里，等級公路占總里程的70%，“五縱七橫”國道主干線比原規(guī)劃提前13年實(shí)現(xiàn)基本貫通，特別是近些年在國家的惠農(nóng)政策的影響下，農(nóng)村公路建設(shè)發(fā)展迅速，目前已經(jīng)超過313萬公里，水泥混凝土路面因具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐久性好、施工簡便、造價(jià)和日常維護(hù)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用相對較低等優(yōu)點(diǎn)在二級以下公路，特別是縣鄉(xiāng)公路和農(nóng)村公路上得到了廣泛應(yīng)用，但是從水泥混凝土路面實(shí)際運(yùn)營的使用情況來看，也存在著明顯的缺點(diǎn)：如路面出現(xiàn)唧泥、板底脫空、錯(cuò)臺、斷板等病害，如何有效的預(yù)防上述病害的發(fā)生，提供和延長水泥混凝土路面的使用壽命已經(jīng)越來越引起社會上的關(guān)注。本文通過對水泥混凝土路面病害成因的分析，提出綜合防治措施。

1 路面出現(xiàn)破損的原因分析

1.1 接縫填縫材料破壞

以縮縫材料為例，縮縫寬度常為7-10mm，填縫深度常為25-30mm，灌縫時(shí)先擠壓嵌入多孔泡沫塑料柔性背襯材料，然后再灌縫。水泥混凝土路面投入使用后，由于砼板熱脹冷縮的循環(huán)作用和填縫材料自身的老化，造成填縫材料與側(cè)壁的粘結(jié)力下降，在雨水、灰塵、車輛水平力共同影響下致使填縫材料遭到破壞，嚴(yán)重的會造成整條或部分填縫材料脫落，路面積水或雨水在車輛荷載沖擊作用下產(chǎn)生高壓水，就會沿著填料縫隙滲入板下。

1.2 板間錯(cuò)臺和板底脫空

水泥混凝土面板在外界溫度作用下，由于板內(nèi)溫度的非線性分布，使板產(chǎn)生溫度翹曲應(yīng)力，引起板向上或向下的翹曲，由此與半剛性基層間產(chǎn)生微小空隙，即原始脫空區(qū)。隨著車輛荷載的不斷作用，基層塑性變形累積，使脫空區(qū)不斷擴(kuò)大。面板通過荷載產(chǎn)生的負(fù)壓將水分泵入基層頂面微小空隙內(nèi)，在車輛荷載作用下，不斷沖刷基層頂面，被沖刷掉的基層細(xì)小顆粒隨滲入的水分被一起帶出路面，即產(chǎn)生了唧漿破壞。由此也可知，填縫位置處的基層最先受到破壞，當(dāng)兩板間的高差達(dá)到10mm時(shí)，車輛行駛時(shí)就會較明顯的感受到錯(cuò)臺現(xiàn)象。（如圖1）

1.3 板面斷裂

當(dāng)車輛通過錯(cuò)臺板面時(shí)，車輪的運(yùn)行軌跡為拋物線（豎直方向自由落體與水平方向勻速前進(jìn)的合力），此時(shí)車輛在落地處對板面的作用力除了車輛自身荷載的靜壓力外，還有很強(qiáng)的沖擊應(yīng)力，在如此大的應(yīng)力作用下，路面的疲勞壽命將顯著下降，如板底脫空達(dá)到一定程度，面板將很快發(fā)生斷裂。斷裂位置通常位于板間接縫的0.5-1.5M處。（如圖2）

2 路面破損的防治措施

2.1 在路床頂面增設(shè)粒料墊層

2.1.1 粒料墊層可以有效的緩沖路基的差異沉降

我國各級公路水泥混凝土路面的早期斷板大部分發(fā)生在通車后的3-5年間，究其原因可以理解為：即使施工中滿足了路基設(shè)計(jì)與施工規(guī)范的技術(shù)要求，仍然不能避免路基的差異沉降量與局部脫空量過大問題的發(fā)生。由于工期短，高填方過多，縱橫向填挖交接頻繁，在施工路面時(shí)路基的工后沉降遠(yuǎn)沒有完成，而且，路基高度越高，路基的總沉降和差異沉降量就越大，路面的早期破損就越嚴(yán)重。目前有關(guān)專家通過對粒料墊層緩沖差異沉降進(jìn)行了試驗(yàn)研究后提出，我國新建各級公路水泥路面，在路床頂面必須設(shè)置粒料墊層或底基層，按照路基差異沉降的計(jì)算結(jié)果，粒料墊層的厚度應(yīng)不小于10倍的差異沉降量。

2.1.2 粒料墊層具備良好的滲透排水功能

從幾種典型的土工材料的滲透系數(shù)數(shù)量級上分析：砂性土或砂的滲透系數(shù)比壓實(shí)后的粘土多兩個(gè)數(shù)量級，即滲透能力是壓實(shí)后粘土的100倍，砂礫、級配碎石的滲透系數(shù)比壓實(shí)后的粘土多三個(gè)數(shù)量級，即滲透能力是壓實(shí)后粘土的1000倍，由路床下部毛細(xì)管拉力拉上來的水分和從面板上部沒有密封好的接縫或斷板裂縫中滲透下來的水分，只要結(jié)構(gòu)層材料達(dá)到砂的滲透系數(shù)就足以將水滲透排出，而不會影響到路面結(jié)構(gòu)。

2.1.3 粒料墊層還有很多的功能，如隔離振動、隔熱防融沉、隔凍防凍脹、粒料柔性基層局部變形能力強(qiáng)，可以有效的防止面板翹曲斷角，另外，當(dāng)路基穩(wěn)定后，即使用3-5年后，粒料墊層緩沖差異沉降損失的壓實(shí)度會經(jīng)過長期運(yùn)營恢復(fù)到更高的水平，承載能力也會越來越大。

2.2 采用抗沖刷性能高的碾壓貧混凝土基層

貧混凝土是水泥用量為8%-10%左右的經(jīng)濟(jì)混凝土，實(shí)際上屬于低強(qiáng)度等級混凝土，通常情況下，7天抗壓強(qiáng)度10Mpa，28天抗壓強(qiáng)度15Mpa、彎拉強(qiáng)度3Mpa。貧混凝土基層在德國應(yīng)用較廣，與其他基層相比，該基層是抗沖刷性能最好，也是強(qiáng)度最高的路面永久性剛性基層結(jié)構(gòu)，特別適用于特重、重交通路段使用。

貧混凝土基層施工時(shí)需要設(shè)置接縫，縱、橫縮縫應(yīng)切縫并填縫，并且要與面板對齊，切縫分兩次進(jìn)行，第一次切縫寬度3-4mm，深度為1/4層厚，第二次切縫寬度6-8mm，深度為16-20mm，只在脹縫處設(shè)置傳力桿，并與面板脹縫位置對齊。

2.3 填縫材料的選擇

填縫材料應(yīng)具有與水泥混凝土板壁粘結(jié)牢固、回彈性好、不滲水、高溫時(shí)不被擠出、不流淌、抗嵌入能力強(qiáng)、耐老化，低溫時(shí)不脆裂等性能。填縫時(shí)應(yīng)使用背襯墊條控制填縫形狀系數(shù)。背襯墊條應(yīng)具有良好的彈性、柔韌性、耐酸堿腐蝕和高溫不軟化等性能。

3 結(jié)束語

目前，我國水泥混凝土路面早期破損的面板既非厚度問題，也非強(qiáng)度問題，真實(shí)的問題出現(xiàn)在各結(jié)構(gòu)層的脫空，也就是上下各層間的變形極不協(xié)調(diào)。因此要做到長壽命的水泥路面不僅僅依靠面板本身的更強(qiáng)更厚，還需要用系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)，從路床變形控制開始，乃至水泥路面全部結(jié)構(gòu)層均需要整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過精整工藝提高各結(jié)構(gòu)層接觸面的質(zhì)量控制指標(biāo)，從而提高水泥混凝土路面的使用壽命。

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