季節(jié)性冰凍地區(qū)農村公路水泥路面養(yǎng)護措施研究

沈艷東等

摘要： 本文針對吉林省農村公路在使用過程中出現的問題進行了調查分析，針對農村村村通公路的建設過程中存在的問題進行了闡述，并針對遼源地區(qū)的村村通公路進行了病害破損的調查，形成破損與時間的關系曲線，提出村村通公路的處理方法和預養(yǎng)護方案，為有效改善和提高村村通公路的使用性能和使用質量提出建議，通過實踐證明具有良好的使用效果。

Abstract： This paper researches and analyzes the problems in the use process of rural highway in Jilin Province， and expounds the problems in the construction process of rural village to village road. The disease damaged of village to village road in Liaoyuan Area is investigated to get the curve relation of damaged-time and the processing methods and maintenance plans of village to village road are put forward to provide the suggestions for effectively perfecting and improving the using performance and quality of village to village road. The practice shows that it has good effect.

關鍵詞： 水泥混凝土路面；公路施工；預養(yǎng)護；水泥混凝土路面破損

Key words： cement concrete pavement；highway construction；precurtion；breakage of cement concrete pavement

中圖分類號：U416.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）22-0100-04

0 引言

近幾年吉林省加快農村基本建設，促使農村公路里程的增長迅速，一般情況下農村公路中的縣、鄉(xiāng)公路已有現成的規(guī)范可循，基本上采用瀝青混凝土路面面層，但一些小交通量的鄉(xiāng)村公路路面，即俗稱農村公路或者村村通道路，在修筑時沒有相關標準和規(guī)范來指導，也沒有嚴格的質量檢驗和驗收系統(tǒng)控制施工質量，基本上在路面結構的選擇是結合本地實際、造價低、利于當地農民養(yǎng)護的水泥混凝土路面。盡管水泥混凝土路面雖具有耐久性好的特點，但一旦出現損壞，要簡單、快速地修補比瀝青混凝土路面相對難得多。本文通過調研發(fā)現這些農村公路水泥混凝土路面經過3～5年寒冷交替影響，其使用性能易發(fā)生嚴重劣化，尤其是吉林省四季分明，致使全省農村道路已經全面進入養(yǎng)護維修階段。為提高農村公路的使用質量，有效改善農村公路的使用性能，本文針對吉林省農村公路進行調查、分析、提出處理的方案。

1 道路選擇及調查

根據吉林省地形、地貌，自然氣候環(huán)境條件，交通狀況等具體進行分析，首先對農村交通量調查，農村公路的主導交通荷載為農用車，拖拉機，小轎車等輕型荷載，部分路段為避免重車通過，還采用了混凝土拱、混凝土梅花墩等措施，在調查過程中發(fā)現交通量一般小于600輛/晝夜，荷載較少，因此路面結構荷載原因產生破壞基本較少，但是路面結構依然破損嚴重，如板體斷裂、裂縫、接縫損壞、唧泥、表層破損等，針對這種情況，本文選定遼源地區(qū)公路進行調查分析。

遼源地區(qū)屬半濕潤溫帶大陸性季風氣候，一年四季分明：3-5月為春季，寒暖交替，天氣變化較大，升溫迅速、干燥，多西南大風；6-8月為夏季，濕熱多雨，盛行西南風；9-10月為秋季，溫涼短暫，多晴好天氣，盛行偏西風，始降霜雪；從11月至翌年2月為冬季，嚴寒干燥而漫長，具有典型的季節(jié)性冰凍特點，溫差幅度大，對吉林省水泥混凝土路面研究具有顯著特點。

2 破損調查

水泥混凝土路面結構在設計過程中具有非常高的設計使用年限，一般為20年，路面結構最小厚度為18cm，作為村村通公路依然遵循這樣的原則進行，在調查過程中，為是數據具有典型性，我們分不同路段，相同或者相近的路面結構類型，不同的設計使用年限進行了路面結構調查評價。評價結果如表1。

根據道路的等級，參考四級公路，主要考慮路面破損狀況指數和路面行駛質量指數對路段進行綜合評價，計算結果如表2。

根據以上調查數據，得出的時間和相關評價指標之間的關系曲線進行擬合，擬合為PCI=105.8523e-0.1274t。通過對數據的分析，農村公路都存在一個顯著的特點，就是在2年使用期內公路的技術狀況保持較為完好，超過三年，則使用狀況顯著下降。

3 原因分析

3.1 設計方面存在因素分析

經過調查，采用20CM水泥混凝土+20cm二灰穩(wěn)定碎石及20CM水泥混凝土+20cm水泥穩(wěn)定碎石（砂礫）在同等條件下路面的使用性能好于20CM水泥混凝土+山皮石（風化砂）等路面，主要體現在路面裂縫和斷裂板上。

3.2 自然因素分析

吉林省氣候屬溫帶季風氣候，有比較明顯的大陸性。夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。四季分明，雨熱同季。春季干燥風大，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷漫長。從東南向西北由濕潤氣候過渡到半濕潤氣候再到半干旱氣候。吉林省氣溫、降水、溫度、風以及氣象災害等都有明顯的季節(jié)變化和地域差異。冬季平均氣溫在-11℃以下。夏季平原平均氣溫在23℃以上。吉林省氣溫年較差在35～42℃，日較差一般為10～14℃。全年無霜期一般為100～160天。吉林省多年平均日照時數為2259～3016小時。年平均降水量為400～600mm，但季節(jié)和區(qū)域差異較大，80%集中在夏季，以東部降雨量最為豐沛。

水泥混凝土路面結構受溫度影響比較大，水泥混凝土路面除受車輛荷載作用外還受到環(huán)境因素的影響，溫度變化引起的翹曲是環(huán)境對路面結構的最主要的綜合體現之一。由于混凝土的材料熱傳導性能差，周圍氣溫以及日輻射等作用，使得表面溫度迅速上升（下降），但結構內部的溫度仍處于原狀態(tài)，使結構內部形成較大的溫度梯度。溫度分布不均引起溫度變形，當被約束阻礙時產生溫度應力；有時溫度應力甚至超過荷載引起的應力，是促使混凝土面板破壞的直接原因之一。

3.3 基層結構施工存在的問題

①拌合，農村公路一般情況下由于里程短而且比較分散，在施工過程中，一小段一小段的進行施工，部分路段才有100-200米，而且工程造價較低，采用廠拌進行施工明顯存在問題，所以有些情況下進行路拌法進行施工，拌合不均勻，尤其是用水量的控制，不是多，就是少，部分水泥多，部分水泥少，造成了基層結構的強度不均勻。

②結合料的摻入量不足，在村村通工程建設過程中，由于工程資金來源問題，往往是一公里的工程造價是固定的，如30萬/公里，這就造成既要完成公路里程，又要保證工程質量，存在了一定的矛盾，為降低工程造價，往往面層不能省，就在基層的結合料摻配比例中做文章，降低了結合料的摻配比例，造成基層結構的強度不足。

③施工過程存在缺陷，在基層結構施工過程中，存在施工連續(xù)性不足，比如水泥穩(wěn)定類結構，由于水泥本省的特性，要求工程施工必須是連續(xù)的，工藝要求比較高，而部分小的施工隊伍，不能完成，水泥拌合后，未能及時的攤鋪，造成水泥凝結后再打散，使結構的強度不足。同時由于施工過程的儀器設備及施工工藝等跟不上，對基層結構的平整度控制達不到要求，水泥混凝土路面結構本身具有非常高的強度和穩(wěn)定性能，對基層結構的強度要求不是特別高，尤其是輕中等交通，但是如果路面板的薄厚不均勻，往往會形成應力集中的現象，在較薄處容易出現板塊的斷裂。

④養(yǎng)生過程，對于半剛性基層結構來說，養(yǎng)生是結構形成強度的重要內容，但是在養(yǎng)生過程中，存在灑水不及時，養(yǎng)生時間不足等情況的存在，比如在調查中發(fā)現其中一條道路基層養(yǎng)生時間為五天，達不到規(guī)范規(guī)定的要求，在做水泥混凝土路面結構的時候，也沒有充分進行灑水，造成混凝土中的水分流失，致使混凝土強度達不到要求。

3.4 路面工程存在問題

①原材料問題：原材料中的主要問題是砂的問題，由于施工簡單，距離短，一般采用強制式拌合設備進行混凝土的拌合，就造成在拌合過程中，砂一般不進行清洗，造成含泥量過高，降低了混凝土本身的強度。

②混凝土施工工藝，在村村通道路施工過程中，采用人工簡易機械化、三輥軸等施工方法，采用軌道、滑膜施工的只占很少的一部分，在施工過程中主要的問題是振搗不密實或者過震的情況經常出現，尤其是邊角常用振搗棒進行振搗，過震的情況經常出現，也是混凝土路面結構出現破壞的一個主要因素。

③養(yǎng)生時間不足，混凝土路面結構施工過程中要求最低養(yǎng)生時間為14天，而在實際施工過程中，由于總體工程造價的限制，一般不設置臨時的道路工程，村村通往往都是一條主要出行道路，受到出行需求的影響，混凝土路面結構往往養(yǎng)生7天左右時間就要開放交通，從而造成路面結構的強度沒有達到規(guī)范要求。

④人為因素，由于工程規(guī)模小，工程造價低廉，工程建設過程中不能達到等級公路的工料機的配置，從而造成人員情況相對來說技術水平較低，在處理工程一些質量控制和特殊情況處理過程中采取了較為隨意的方法，降低了工程質量，為工程埋下了隱患。

3.5 養(yǎng)護過程存在的問題

①村村通工程往往在建設過程中，只管建，不管養(yǎng)，沒有成建制的養(yǎng)護管理，基本依靠地方交通管理單位和村民自管自養(yǎng)，從而使公路受到自然因素等影響過程中，沒有采取及時有效的處理方法，剛性路面結構出現破壞后會急速的發(fā)展，從而造成整個路面結構出現嚴重破損。

②排水設施養(yǎng)護不到位，在調查過程中發(fā)現，村村通公路兩側尤其是通過村鎮(zhèn)路段90%以上都設置了相應的排水設施，但是在實際中，邊溝、排水溝等都嚴重的淤塞，起不到排水的作用，反而由于積水、排水不暢，造成路基路面結構中含水率達到了飽和或者過飽和的狀態(tài)，使路基結構的強度和穩(wěn)定性下降，從而使路面結構出現問題。

③村村通道路等級一般都是參照四級公路的標準進行設置，在我省冬季除雪過程中是允許將積雪壓實到路面結構上，從而造成路面結構積雪現象較為嚴重，第二年春融期間，融雪水會造成路基結構出現嚴重的強度不足，也會造成路面結構出現問題。

4 預養(yǎng)護對策選擇流程

水泥混凝土路面預養(yǎng)護對策的選擇過程為：首先進行路況調查，確定該路面是否滿足預養(yǎng)護路況標準。一般來說，根據PCI指數進行確定是否進行預養(yǎng)護，尤其是農村公路建設，當值PCI路面破損狀況指數達到70-75時，即可進行預養(yǎng)護，水泥混凝土路面預養(yǎng)護的方法和進行養(yǎng)護維修基本一樣，選擇的是養(yǎng)護的時間。

4.1 工程應用

以遼源地區(qū)一條長 1033m 的村村通公路和一條長640m的村村通公路（2013 年路況見表 3）為例，闡述水泥混凝土路面預養(yǎng)護對策的選擇過程。

經過計算，PCI指數為：路段1的PCI路面評價指數為69.90，路段2的PCI路面評價指數為71.2。

經過評價對路段1采用封層的方式進行養(yǎng)護維修，采用3cm瀝青混合料AC-13對路面進行封層處理，路段2由于多種原因沒有進行處理。

經過三年的使用，2015年5月對兩個路段進行調查，路段1的路面結構出現了脫皮，局部板的破碎，接縫反射形成大規(guī)模裂縫，對道路的通行能力產生了一定影響，但是路面結構整體完整，經確定評價路段1重新罩面4.0cm瀝青混合料處理，路段2由于當時沒有進行處理，經過兩年多的繼續(xù)使用，路面結構破損嚴重，通行能力急劇下降，部分路段混凝土完全破碎，經調查評價確定采用重新加鋪水泥混凝土路面結構，并加鋪水泥穩(wěn)定砂礫20cm用以提高路面結構的整體穩(wěn)定性。兩種不同的養(yǎng)護維修方案，所得到的結果是完全不同的。

4.2 經濟比較

目前公路工程建設水平對兩種不同的養(yǎng)護方法和施工技術上基本上是沒有任何問題的，都能夠做到，表4為從經濟角度進行的列表比較。

5 結語

①農村公路由于受到資金、技術等原因路面結構的質量受到影響，包括在路面結構設計過程中受到資金的限制結構厚度及結構層的設置不是很合理，施工過程中由于工程造價低、工程量小、采用的施工方法和施工工藝受到限制，工程質量相對較低，在運營管理階段，受到養(yǎng)護資金的限制，基本沒有養(yǎng)護，或者由于養(yǎng)護隊伍和養(yǎng)護方法受到限制，養(yǎng)護的作用有限，致使農村公路使用的年限下降。

②本項目根據實際工程建設進行調查分析，確定公路破損和時間之間的關系函數PCI=105.8523e-0.1274t，并根據關系函數確定當PCI指數評價為中時，即可進行水泥混凝土路面的預養(yǎng)護，并進行了技術經濟評價，本著節(jié)省工程建設費用，維持公路的良好使用性能，可采用封層、罩面的方面進行預養(yǎng)護，可提升道路的使用性能，同時降低道路的養(yǎng)護費用。

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