水泥混凝土路面的常見病害及其修復(fù)措施研究

夏 楓，殷 威

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

0 引言

水泥混凝土路面是最常用的路面結(jié)構(gòu)型式，具有承載能力高、結(jié)構(gòu)強度好、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，廣泛用于我國道路工程建設(shè)中。然而由于我國早先建設(shè)水平較低，加上近年來交通運輸爆發(fā)式增長，使得諸多水泥混凝土路面出現(xiàn)了嚴(yán)重的病害問題，如斷板、開裂、坑洞等，這些病害不僅影響了道路的正常使用，給路面行車帶來安全風(fēng)險，同時加速了路面層的退化并縮短其使用壽命[1]。為了保障水泥路面應(yīng)有的使用壽命，降低管養(yǎng)維護成本，需要對水泥路面出現(xiàn)的病害問題及時處治，恢復(fù)路面結(jié)構(gòu)性能。

本文依托實際改造道路的路面調(diào)查工作，對水泥路面常見病害問題進行了詳細(xì)論述，分析病害的類型及其產(chǎn)生機理，深入研究各類水泥路面病害的發(fā)生和發(fā)展機制，最后提出對這些病害的修復(fù)措施和方法，以提高路面結(jié)構(gòu)性能，延長路面使用壽命。相關(guān)方法和經(jīng)驗的總結(jié)可以為類似運營中的水泥路面病害處治提供參考。

1 依托工程的病害調(diào)查

1.1 表層病害

對某一改造道路進行全面的人工調(diào)查檢測，為了調(diào)查方便對水泥路面板進行編號，共計890塊板。根據(jù)《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（JTJ 073.1—2001）和《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20—2007）中的有關(guān)要求，對路面表層病害問題進行檢測和評定。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，表層病害主要存在開裂、板角斷裂和板塊破碎三種類型，如圖1所示。

圖1 路面表層常見病害

開裂水泥板的評價標(biāo)準(zhǔn)是板塊上具有橫向、縱向或不規(guī)則裂縫；板角斷裂指的是裂縫與縱橫接縫相交，且交點距板不大于半邊長的一半；板塊破碎指具有松動、沉陷及表層破損等病害。根據(jù)上述評定標(biāo)準(zhǔn)，路面破損情況匯總見表1。

1.2 深層病害

表層病害并不能完全反應(yīng)路面的使用狀態(tài)，仍然有一些病害問題不能通過人工調(diào)查反應(yīng)的，這些深層次的病害問題需要借助相關(guān)檢測設(shè)備進行甄別，其中水泥路面典型的問題就是板底脫空病害。

表1 路面表層病害調(diào)查匯總

水泥混凝土路面在實際使用過程中，由于車輛荷載的重復(fù)作用，板下基礎(chǔ)將產(chǎn)生一定的塑性變形和唧泥，致使水泥混凝土板的局部范圍不再與基礎(chǔ)保持連續(xù)接觸，即水泥混凝土板下局部出現(xiàn)了脫空?；A(chǔ)的局部脫空現(xiàn)象是客觀存在的，而脫空狀態(tài)下的水泥混凝土板受力極為不利，最終將導(dǎo)致面板斷裂、破碎。當(dāng)水泥混凝土板下產(chǎn)生唧泥脫空后，采用灌漿或封底是一種有效的修復(fù)措施，但這應(yīng)是以準(zhǔn)確評定脫空狀況為基礎(chǔ)的。因為如果路面板下不存在脫空時，灌漿或封底不僅浪費人力、物力，且均可能在實際上造成路面的破壞，這是因為材料泵入水泥混凝土板下面將引起板和原有基礎(chǔ)脫離接觸，結(jié)果局部產(chǎn)生高的應(yīng)力集中。因此需要對使用中的水泥混凝土路面定量檢測板下基礎(chǔ)脫空，才能采取有效措施修復(fù)病害阻止結(jié)構(gòu)性破壞。

采用Dynatest8000型落錘式彎沉儀，對水泥路面可能的板底脫空情況進行以下幾方面的監(jiān)測：

（1）當(dāng)板體的彎沉差不小于60（0.001 mm）或傳荷系數(shù)小于75%時，則判斷該板為傳荷能力不足。

（2）當(dāng)板邊彎沉大于0.20 mm，或在FWD沖擊荷載作用下，板塊出現(xiàn)明顯跳動情況，則判斷該板為脫空。

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，破碎板的調(diào)查結(jié)果見表2，可知即便是無破損板也存在大量的板底脫空及傳荷不足的問題，這是引發(fā)表層病害的關(guān)鍵因素。

表2 路面表層病害調(diào)查匯總

2 常見病害及其成因分析

根據(jù)病害調(diào)查結(jié)果，水泥混凝土路面常見的病害包含開裂、板角斷裂、斷板破碎、板底脫空四類。以下對病害的成因進行詳細(xì)剖析。

2.1 開裂

表現(xiàn)為路面層縱向、橫向及斜向裂縫，裂縫寬度可能較大，也可能出現(xiàn)多條裂縫，裂縫繼續(xù)發(fā)展會直接導(dǎo)致斷板破碎病害。

水泥路面開裂的原因是多方面的，例如早期施工過程中對溫度應(yīng)力關(guān)注不足引起的初始開裂，運營使用過程中重載貨車作用產(chǎn)生的局部開裂，路基不均勻沉降引起的路面板開裂，水泥路面鋪筑不均勻或者振搗不密實引起的自收縮開裂等。水泥路面一旦開裂對路面層形成初始損傷，在運營荷載及外界環(huán)境作用下，損傷逐步積累并使得裂縫附近的結(jié)構(gòu)層退化顯著，造成后期更大面積的裂縫和病害。

2.2 板角斷裂

板角斷裂是指脹縫處與其斜交并貫穿混凝土面層的裂縫，通常形成三角塊導(dǎo)致水泥板出現(xiàn)某一角落的斷裂。板角斷裂的形成主要是因為該處路基侵水軟化下沉，導(dǎo)致路面角度折斷，也可能因為不良地基影響使得路基橫向顯著地不均勻沉降，導(dǎo)致路面面層在折角處斷裂。

板角斷裂使得路面層不完整，如果板角處有運營車道，這將極大加速整個路面層的破損，顯著影響行車的安全性。板角斷裂同時加大路邊雨水對路面層的侵蝕效應(yīng)，使得結(jié)構(gòu)層提前退化，使用壽命大大折減。

2.3 斷板破碎

斷板破碎的產(chǎn)生原因則包含混凝土品質(zhì)、車輛荷載作用、路基不均勻沉降三個主要方面?；炷猎谑┕み^程中因為配比不合理、水泥劑量太高、拌合不均勻、振搗不密實等問題，使得混凝土板內(nèi)部強度不均勻，存在顯著的結(jié)構(gòu)受力薄弱面，這些薄弱面是產(chǎn)生初始缺陷的根源，并最終演化為斷板破碎；路基不均勻沉降也是斷板的關(guān)鍵因素，因為路基壓實不均勻、地基軟弱地層未得到加固等原因使得路基不均勻沉降，進而引起路面沉陷，這種不均勻沉陷對于路面整體板而言產(chǎn)生很大的約束應(yīng)力，最終導(dǎo)致水泥板破碎斷裂；車輛荷載作用顯然是外界誘因，沒有車輛作用下因為混凝土品質(zhì)或者不均勻沉降引發(fā)的斷板可能性非常低，而車輛的反復(fù)作用顯著加速了該過程，特別是超載重載貨車的作用[2-3]。

斷板情況下路面的平整性受到直接影響，因此對于行車安全的威脅非常大，很多斷板嚴(yán)重的水泥路面很容易發(fā)生交通事故，同時顯著降低了車輛的通行效率。斷板破碎問題對整個路面層的損傷是非常嚴(yán)重的，將直接加速整體路面的退化和破壞，因此需要及時進行修復(fù)。

2.4 板底脫空

水泥路面的面板脫空是“水—路面—路基—行車荷載”相互作用造成的?；炷撩姘逑虏堪l(fā)生脫空現(xiàn)象，但面板不一定會立即形成斷裂，而在行車荷載和水的循環(huán)作用下，使脫空面積逐漸擴大，影響面板的承載能力，最終發(fā)生斷裂破壞?；炷撩姘逑掳l(fā)生脫空是一種較為普遍的衰變現(xiàn)象，是混凝土路面板上加鋪新的瀝青鋪裝或水泥混凝土面層時的潛在危險因素。一則是這種脫空引起的面板邊緣垂直位移必然會反射到上部新加鋪層上來；二是在脫空現(xiàn)象未獲得處治時會進一步發(fā)展和惡化。

3 水泥路面病害的修復(fù)措施

根據(jù)該次實地檢測發(fā)現(xiàn)的開裂、板角斷裂、斷板破碎、板底脫空等常見病害，采取修復(fù)措施，恢復(fù)水泥路面的結(jié)構(gòu)性能。

3.1 裂縫的修補

水泥混凝土路面的裂縫修補需要根據(jù)具體情況采用相應(yīng)措施，目前有壓注灌漿法、直接灌漿法和條帶罩面法三種裂縫修補方法[4]。采用這三種方法對該工程不同類型的裂縫進行修補如下。

針對0.3 mm寬度及以下的非擴展性的表面裂縫采用壓注灌漿法，具體實施過程是：

（1）采用壓縮空氣清除縫隙中的泥土等雜物。

（2）將石蠟和松香按照2∶1進行配置，加熱熔化并用膠帶密封開裂的裂縫口，通過灌漿嘴將混合物通過壓力灌入裂縫中，使得裂縫得到填充修補。

針對較寬的非擴展裂縫采用直接灌漿法進行修補，其主要過程是：

（1）首先用沖擊鉆沿著裂縫將封口擴大到2 cm左右溝槽，槽的深度根據(jù)裂縫深度確定，但不宜超過板厚的2/3。

（2）用壓縮空氣清除裂縫內(nèi)部的碎屑，并填補0.6 cm左右的小石屑，注意應(yīng)該保持石屑的清潔。

（3）通過壓力灌入灌漿材料，可以采用聚氨酯焦油類。

針對3～15 mm的中等裂縫采用條帶罩面法修補，其主要過程是：

（8）合并dataA和dataB為data_total，共2n例患者。用Sub_ori表示數(shù)據(jù)的來源，即Sub_ori=1表示數(shù)據(jù)來源于dataA，Sub_ori=2表示數(shù)據(jù)來源于dataB。

（1）在裂縫兩端平行于縫的方向切割，距離縫切割距離小于15 mm，并鑿除兩端混凝土深度5～8 cm。

（3）切割內(nèi)壁并鑿毛，澆筑混凝土并抹平，填筑填縫料。

通過上述裂縫修補方法及工程實施，取得了較好的效果，所有裂縫均封閉良好，施工后使用十幾天均未見開裂問題。

3.2 板角斷裂維修

板角斷裂病害問題，對斷裂區(qū)域進行了全面清除并重新澆筑，以恢復(fù)路面使用性能。首先，對破損的板邊和板角鑿除，形成垂直面，主要不能對原有的鋼筋進行切斷，一般要完全保留好漏出的鋼筋，在不能完全保留的情況下需要至少保留20～30 cm長的鋼筋頭，且長短交錯布置，間距以原有板的鋼筋間距為準(zhǔn)，這樣操作的目的是使得板中鋼筋與新澆筑部分的鋼筋能夠有很好的連接，保證鋼筋的錨固性能。其次，需要在新老連接處布置傳力桿，直徑5 cm左右，間距控制在30 cm左右，目的也是保證新老混凝土塊的連接性能。最后，對原有路面面板接縫涂刷填料，與原有混凝土面板的接縫應(yīng)該切出寬度30 mm、高度40 mm的接縫槽，并且灌入填縫材料填滿密實。需要注意的是，有些板角斷裂病害土基或者路基都受到影響，造成基礎(chǔ)不良的應(yīng)該在上述施工步驟的情況下，首先對土基進行填補并壓實到鄰近路基面相同高程，再采用C15混凝土澆筑基層，形成連接。

3.3 斷板的處理

斷板問題的處理需要進行徹底的翻修，在翻修過程中需要注意如下施工要點：

（1）應(yīng)該采用液壓鎬鑿除舊混凝土塊，以免影響鄰近板塊，并保留原有的拉桿和連接鋼筋。

（3）翻板處理中新的基層標(biāo)高應(yīng)該與原有基層頂面標(biāo)高保持一致，并在混凝土路面板接縫處的基層涂抹瀝青帶保持黏結(jié)性，使得基層與面板良好黏結(jié)。

對于斷板的局部修補問題，因為修補面積小，因此需要選擇快速修補材料。

3.4 板底脫空維修

根據(jù)彎沉檢測確定的板底脫空情況進行修補。對于面板和基層之間出現(xiàn)空隙導(dǎo)致沉陷的，需要采用瀝青、水泥漿及水泥粉煤灰等進行拌合封堵，灌漿孔應(yīng)該根據(jù)路面板和灌漿機械確定使用，一般而言灌漿孔應(yīng)該與面板的距離保持不遠(yuǎn)于0.5 m，在每一塊板上的灌漿孔數(shù)量不高于5個，灌漿孔過多會破壞面板本身。當(dāng)面板脫空產(chǎn)生唧泥時，為了使得面板脫空面積不擴大，避免出現(xiàn)斷板、破裂等問題，需要采用壓漿方式處理路面唧泥問題，對唧泥部位清除泥土壓入高強砂漿使得內(nèi)部脫空部位漿體填滿密實，面板與基層連接在一起，以避免運營中的脫空與破壞。

4 結(jié)語

早前廣泛建設(shè)的水泥混凝土路面，目前都出現(xiàn)了較多的病害問題，不僅影響了行車的安全和舒適性，還極大縮短了路面層原有的使用壽命，給運營和管養(yǎng)帶來極大的壓力。本文依托某一改造道路路面工程的病害調(diào)研，詳細(xì)論述了水泥混凝土路面的常見病害類型，對其發(fā)生原因及產(chǎn)生危害進行了剖析，最后提出了修復(fù)措施和方法，取得了較好的應(yīng)用效果。

參考文獻：

[1]楊傳智.水泥混凝土路面常見病害分析及防治措施[J].山西建筑，2005，31（9）:225-226.

[2]李鑫.水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)分析和開裂機理、維修技術(shù)研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2007.

[3]董麗霞.水泥混凝土路面病害分析及預(yù)防[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2017（7）:78.

[4]王群群.水泥混凝土路面病害處理措施與防治對策分析[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2017，13（3）:68-71.