水泥混凝土路面板斷裂病害及處理方法

李 靜

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

1 水泥混凝土路面板斷裂類(lèi)型及成因分析

1.1 水泥混凝土路面板斷裂類(lèi)型分析

從力學(xué)特性角度分析，由于水泥混凝土路面的彈性模量明顯高于其他路面形式，具有極高的剛度，因此，水泥混凝土路面又稱(chēng)為剛性路面；剛性路面斷裂不同于瀝青混凝土路面的塑性斷裂特點(diǎn)，水泥混凝土路面的斷裂偏向脆性破壞，一旦結(jié)構(gòu)表面累積出現(xiàn)一定數(shù)量和發(fā)展規(guī)模的橫向、縱向裂縫，在車(chē)輛沖擊荷載的瞬時(shí)擾動(dòng)作用下，容易出現(xiàn)水泥混凝土板整體斷裂病害，這種水泥混凝土路面板特有的病害形式對(duì)路面功能影響尤其嚴(yán)重。本文按出現(xiàn)橫向及縱向斷裂的水泥混凝土路面板的斷裂損傷程度，可將其細(xì)分為三類(lèi)。詳見(jiàn)表1所示。

表1 水泥混凝土路面板斷裂類(lèi)型統(tǒng)計(jì)

1.2 水泥混凝土路面板斷裂成因分析

本文探討的水泥混凝土路面板斷裂成因主要集中在服役期，對(duì)于施工階段出現(xiàn)的早期斷裂尚不考慮；服役期斷板病害主要是由設(shè)計(jì)因素、車(chē)輛荷載因素、既有裂縫發(fā)展因素及其它因素共同影響所致；其中，設(shè)計(jì)勻速和車(chē)輛荷載因素是兩大重要因素。

由于大部分水泥混凝土路面設(shè)計(jì)于上世紀(jì)末期，為了控制總成本，當(dāng)時(shí)對(duì)區(qū)域遠(yuǎn)景交通量的估測(cè)偏保守，水泥混凝土路面板的厚度設(shè)計(jì)裕度不足，隨著后期交通量和載重量的增長(zhǎng)，設(shè)計(jì)厚度無(wú)法滿足剛度要求，路面表面相繼出現(xiàn)開(kāi)裂病害，部分開(kāi)裂病害不斷惡化為斷板病害，縮短了其服役壽命；此外，由于設(shè)計(jì)精度和施工精度問(wèn)題，導(dǎo)致混凝土面板尺寸與設(shè)計(jì)尺寸存在較大偏差，在外荷載作用下，混凝土面板內(nèi)的次應(yīng)力明顯增長(zhǎng)，局部的次應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉應(yīng)力后，隨即出現(xiàn)開(kāi)裂病害；迫于當(dāng)時(shí)的施工水平和條件，水泥混凝土的實(shí)際配合比與設(shè)計(jì)配合比存在較大偏差，凍融病害和“堿-骨料”反應(yīng)顯著，削弱了混凝土自身的強(qiáng)度，繼而引發(fā)斷裂病害。由于載重車(chē)輛大幅超載因素影響，導(dǎo)致車(chē)輛的實(shí)際軸重超出設(shè)計(jì)軸重的幾倍甚至十幾倍，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)裕度系數(shù)，在長(zhǎng)期超重荷載的反復(fù)作用下，斷板病害則不難解釋。

除了上述主要因素外，部分既有細(xì)微裂縫的發(fā)展也容易造成斷板，由于養(yǎng)生階段質(zhì)量控制較差，路面板表面存在大量的細(xì)微非荷載裂縫，在車(chē)輛荷載和外界溫差及滲透水的長(zhǎng)期耦合作用下，細(xì)微裂縫逐步發(fā)展成為斷裂，此種斷裂誘因的累積周期較長(zhǎng)，在短時(shí)間內(nèi)并不會(huì)顯現(xiàn)；此外，路面積水下滲也是造成斷板的一大因素，由于面層及基層的排水設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致面層及基層長(zhǎng)期受到滲透水影響，由于基層被破壞，改變了原路面的荷載傳遞途徑，勢(shì)必引發(fā)局部的應(yīng)力集中效應(yīng)，局部應(yīng)力一旦超出材料的抗拉極限，將誘導(dǎo)出現(xiàn)開(kāi)裂甚至斷裂病害。

2 水泥混凝土路面板斷裂病害處理方法

2.1 斷裂裂縫修補(bǔ)法

對(duì)于出現(xiàn)輕、中度斷板病害的水泥混凝土路面板，直接更換雖然能夠從根本上解決病害，但其經(jīng)濟(jì)性較差，整板更換需要投入更多的人力、物力，由于出現(xiàn)輕、中度斷裂病害的路面板的服役能力并未完全喪失，本著可持續(xù)的工程原則，應(yīng)推廣使用裂縫修補(bǔ)法。

對(duì)出現(xiàn)局部輕度斷裂的面板，應(yīng)以裂縫為中心，剔除裂縫影響范圍內(nèi)的原混凝土，徹底清理后澆筑快干混凝土材料，以達(dá)到快速修復(fù)處治的目的。對(duì)于中度開(kāi)裂且伴隨骨料剝離的，可以開(kāi)裂裂縫為中心，銑刨距離裂縫300 mm范圍內(nèi)的混凝土，銑刨深度不能小于原厚度的1/3；徹底清理銑刨槽道，使用沖擊鉆在凹槽內(nèi)鉆孔，孔道應(yīng)貫通整板，將門(mén)型鋼筋骨架植入結(jié)構(gòu)內(nèi)，鋼筋直徑不小于20 mm，使用高性能水泥砂漿填充孔道，并在槽道內(nèi)澆筑與原面板強(qiáng)度相同的快干混凝土。

2.2 板底脫空注漿法

通過(guò)總結(jié)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，絕大部分的斷板病害均伴隨著不同程度的板底脫空病害，板底脫空會(huì)加劇水泥混凝土板的應(yīng)力集中效應(yīng)，加快路面板的斷裂進(jìn)程，因此，必須做好板底脫空處治，優(yōu)化水泥混凝土面板的支撐狀態(tài)，控制斷裂裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。工程上常用板底注漿法進(jìn)行處治，可選用高性能水泥砂漿或乳化瀝青作為填充材料，借助高壓注漿設(shè)備將填充料一次性壓入板底，為了保證注漿施工的質(zhì)量，必須保證注漿材料具備較高的強(qiáng)度、自密實(shí)性，板底注漿施工可細(xì)分為鉆孔、孔道清理、注漿、孔道密封等環(huán)節(jié)。

2.3 整板更換法

相較于其他處理技術(shù)，整板更換是最直接的處理方法，能夠從根本上解決水泥混凝土板斷板問(wèn)題，整板更換適用于重度斷裂病害工況。應(yīng)使用銑刨設(shè)備對(duì)原混凝土面板進(jìn)行徹底的破碎和銑刨，清理混凝土碎屑雜物；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可選用現(xiàn)澆混凝土或者預(yù)制兩種施工方式，如果處治路段的路基穩(wěn)定性不足，且存在路基不均勻沉降的路段，建議使用預(yù)制法，路基結(jié)構(gòu)良好的位置建議使用現(xiàn)澆法，面板更換完畢后，應(yīng)使用快干混凝土填充局部縫隙，對(duì)于現(xiàn)澆法施工的，應(yīng)嚴(yán)格控制養(yǎng)護(hù)時(shí)間，防止出現(xiàn)早期斷裂病害。

3 總 結(jié)

水泥混凝土斷板病害由來(lái)已久，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到既有水泥混凝土路面的正常使用，必須采取必要的措施進(jìn)行處理；本文針對(duì)不同程度的斷板病害特點(diǎn)，制定了相應(yīng)的處理方案，希望為今后的水泥混凝土路面板病害修復(fù)提供一定的參考和幫助。