公路工程施工中水泥混凝土路面裂縫成因與解決方法

崔清柱

（浙江通衢工程管理有限公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

水泥混凝土是公路工程路面施工中最常用的材料之一，雖然混凝土結(jié)構(gòu)有良好的強(qiáng)度，但在環(huán)境與荷載等因素的持續(xù)作用下，可能產(chǎn)生裂縫病害，影響路面結(jié)構(gòu)的正常使用。如果裂縫問(wèn)題未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，將造成更嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞，這對(duì)公路車輛的正常和安全通行是極為不利的。此研究針對(duì)水泥混凝土路面裂縫問(wèn)題，一方面明確了導(dǎo)致混凝土路面開(kāi)裂的具體原因；另一方面則針對(duì)不同的裂縫問(wèn)題，提出了合理可行的解決方法。

1 公路水泥混凝土路面裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 路面厚度

在確定路面厚度時(shí)，需要將設(shè)計(jì)使用年限范圍內(nèi)累計(jì)當(dāng)量軸次作為參考依據(jù)。事實(shí)上，無(wú)論按照標(biāo)準(zhǔn)車軸載還是按照非標(biāo)準(zhǔn)車軸載，實(shí)際軸載都比設(shè)計(jì)值大很多。基于此，設(shè)計(jì)路面實(shí)際承受的當(dāng)量軸次遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)依據(jù)條件下的累計(jì)當(dāng)量軸次。在這種情況下，導(dǎo)致部分新建路面產(chǎn)生早期裂縫病害的主要原因，就是在較短的時(shí)間內(nèi)就達(dá)到了累計(jì)當(dāng)量軸次[1]。

1.2 基層影響

基層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性直接影響面層結(jié)構(gòu)，如果基層施工過(guò)程中對(duì)松鋪系數(shù)的控制不嚴(yán)格，則很可能需要進(jìn)行二次補(bǔ)加層，當(dāng)二次補(bǔ)加層和基層之間不能緊密連接時(shí)，由于補(bǔ)加層自身厚度通常很小，所以很容易發(fā)生松散，導(dǎo)致路面產(chǎn)生破壞。此外，當(dāng)?shù)鼗鶑?qiáng)度分布不均勻，在路基施工時(shí)使用的填料較為混雜或未能有效壓實(shí)，可能引起路面不均勻沉降，使施工完成后的基層結(jié)構(gòu)不平整，這樣會(huì)直接影響到面層厚度的均勻性，此時(shí)受行車荷載與溫度翹曲應(yīng)力連續(xù)作用后，在路面上產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，在應(yīng)力超出結(jié)構(gòu)自身極限強(qiáng)度后，在結(jié)構(gòu)薄弱部位就會(huì)出現(xiàn)裂縫[2]。

1.3 路面窨井與管線

路面窨井周圍是路面施工薄弱部位之一，施工時(shí)通常借助推土機(jī)在窨井周圍回填塘渣，使窨井邊緣處堆積大量塘渣，由于窨井周圍很難使用壓路機(jī)碾壓，所以會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力薄弱部位，這就是窨井周圍容易產(chǎn)生裂縫的根本原因。另外，如果路面下部的雨污水管發(fā)生滲漏，會(huì)使路基直接受到雨水沖刷作用，導(dǎo)致路面開(kāi)裂[3]。

1.4 混凝土質(zhì)量

不同強(qiáng)度標(biāo)號(hào)與類型的水泥材料混合使用，由于不同水泥的硬化時(shí)間和收縮量都不相同，所以施工中可能產(chǎn)生裂縫；當(dāng)混凝土生產(chǎn)所用集料的質(zhì)量不合格時(shí)（如含堿量超標(biāo)等），也有可能引起裂縫；當(dāng)混凝土攪拌時(shí)間不足時(shí)，會(huì)使混凝土不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致面層強(qiáng)度存在明顯差異，實(shí)際的硬化時(shí)間與收縮量與設(shè)計(jì)值均不相同，從而產(chǎn)生裂縫；當(dāng)混凝土攪拌時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，可能使骨料發(fā)生破碎或離析，對(duì)硬化后混凝土強(qiáng)度造成不利影響，導(dǎo)致開(kāi)裂；做好養(yǎng)護(hù)是促進(jìn)強(qiáng)度形成與避免收縮裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵，所以必須重視并做好養(yǎng)護(hù)，在混凝土表面開(kāi)始收漿后立即進(jìn)行覆蓋，并均勻?yàn)⑺瑫r(shí)確保養(yǎng)護(hù)持續(xù)足夠的時(shí)間，養(yǎng)護(hù)持續(xù)時(shí)間以強(qiáng)度增長(zhǎng)狀況為依據(jù)，通常要達(dá)到14～21d[4]。

1.5 橫向縮縫質(zhì)量

通過(guò)設(shè)置橫向縮縫能夠有效降低收縮與翹曲應(yīng)力，在實(shí)際的混凝土施工過(guò)程中，切縫作為重要工序，若不加嚴(yán)格控制，則很有可能導(dǎo)致開(kāi)裂。對(duì)于切割時(shí)間，一般在混凝土實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的25%～30%時(shí)進(jìn)行，如果切縫進(jìn)行得太早，則粗骨料可能跳脫；而如果切縫進(jìn)行得太晚，則產(chǎn)生的拉應(yīng)力可能超過(guò)混凝土自身容許值，導(dǎo)致混凝土板產(chǎn)生開(kāi)裂。在氣溫較高的情況下，混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)速度會(huì)加快，所以要適當(dāng)提前切割，在早晚溫差相對(duì)較大的季節(jié)，也應(yīng)適當(dāng)提前切割。在確定具體切縫時(shí)間的過(guò)程中，要嚴(yán)格遵循“能切就切”和“寧早勿晚”的基本原則。在選擇切割機(jī)時(shí)，優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)速高和不會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)的類型，以便于現(xiàn)場(chǎng)操作，防止造成太大的施工干擾。對(duì)于切割深度，在沒(méi)有特殊要求的情況下，按照混凝土面板厚度的20%～25%進(jìn)行控制，如果切割深度太大，則會(huì)影響面板之間的荷載傳遞，而如果切割深度不足，則會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度削弱，使面層表面產(chǎn)生大量不規(guī)則裂縫。對(duì)于接縫料，這是確?；炷撩姘宓靡哉Ｊ褂玫闹匾M成部分之一，一旦處理不到位，很容易產(chǎn)生路面質(zhì)量問(wèn)題[5]。

1.6 拉桿與傳力桿

拉桿與傳力桿都是混凝土路面結(jié)構(gòu)的重要組成部分，脹縫傳力桿的質(zhì)量控制要點(diǎn)包括：在傳力桿一端均勻涂抹瀝青，并連接管套，使伸縮距離達(dá)到要求；傳力桿設(shè)置完成后應(yīng)和路面保持平行，使伸縮方向達(dá)到要求。如果前者處理不到位，則會(huì)使縫端的混凝土產(chǎn)生擠裂；而如果傳力桿設(shè)置好后未能和路面保持平行，則混凝土面板產(chǎn)生伸縮時(shí)，會(huì)使混凝土面板受到更大的壓應(yīng)力作用，最終導(dǎo)致面板產(chǎn)生拉裂。

對(duì)于橫向施工縫部位的傳力桿，一般使用光圓鋼筋，將鋼筋的一半均勻涂抹瀝青后，可發(fā)生滑動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)施工中，為了方便，很多施工單位都選用螺紋鋼，以省去涂抹瀝青的步驟。在施工縫兩側(cè)進(jìn)行混凝土澆筑施工時(shí)，由于澆筑時(shí)間不同，所以混凝土凝結(jié)時(shí)產(chǎn)生的收縮也無(wú)法保持同步，導(dǎo)致傳力桿無(wú)法正常伸縮，產(chǎn)生薄弱部位。在混凝土面板受到荷載等外界因素的持續(xù)作用后，就會(huì)在薄弱部位出現(xiàn)裂縫[6]?；炷撩姘迳系目v縫通常包含兩種類型，即縱向縮縫與縱向施工縫，這兩種縱縫都需要設(shè)好拉桿。拉桿大多使用螺紋鋼，其長(zhǎng)度要與設(shè)計(jì)要求完全相符，使其和混凝土之間有足夠黏結(jié)力，同時(shí)還要保證拉桿的間隔距離和直徑。如果拉桿的設(shè)置無(wú)法提供充足拉力，則會(huì)在混凝土面板產(chǎn)生收縮的過(guò)程中，導(dǎo)致縱縫被拉裂。

1.7 溫度變化

水泥混凝土是一種熱脹冷縮性質(zhì)顯著的材料，如果內(nèi)、外部溫度產(chǎn)生大幅度變化，則可能使混凝土面板發(fā)生變形。當(dāng)這種變形受到約束作用時(shí)，則會(huì)在結(jié)構(gòu)當(dāng)中產(chǎn)生一定應(yīng)力，在這一應(yīng)力超出混凝土面板自身抗拉強(qiáng)度后，就會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂，這種由溫度原因?qū)е碌牧芽p，一般被稱為溫度裂縫。不同于其他類型的裂縫，混凝土面板上的溫度裂縫會(huì)由于溫度變化發(fā)生擴(kuò)張或合攏。在實(shí)際情況中，導(dǎo)致溫度發(fā)生變化的因素包括：年溫差、日照水平、驟然降溫、水泥水化放熱、養(yǎng)護(hù)方式、冬季施工時(shí)未能制定有效措施等[7]。

1.8 過(guò)早開(kāi)放路段的交通

如果路段開(kāi)放交通的時(shí)間過(guò)早，由于混凝土還沒(méi)有形成足夠的強(qiáng)度，無(wú)法承受外部荷載作用，導(dǎo)致路面開(kāi)裂。對(duì)此，在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中，必須通過(guò)綜合考慮路段自然氣候與結(jié)構(gòu)條件，確定適宜的路段交通開(kāi)放時(shí)間，并在封閉時(shí)間內(nèi)做好成品保護(hù)工作，以免施工完成的混凝土路面遭到破壞。

通過(guò)以上分析可知，導(dǎo)致公路水泥混凝土路面產(chǎn)生裂縫的原因，除了和設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)關(guān)系密切以外，還和路面形成以后的通車運(yùn)行及養(yǎng)護(hù)有關(guān)?；诖耍霃母旧舷芽p，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命，保證工程的投資效益，需要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、施工與使用養(yǎng)護(hù)的各方都嚴(yán)格把關(guān)，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮工程實(shí)際情況，履行好各自的義務(wù)與職責(zé)。

2 公路混凝土裂縫解決方法

2.1 裂縫修補(bǔ)

當(dāng)水泥混凝土路面因開(kāi)裂導(dǎo)致強(qiáng)度大幅度降低時(shí)，可使用包含環(huán)氧樹(shù)脂類材料在內(nèi)的補(bǔ)強(qiáng)材料進(jìn)行處理；如果路面只有貫穿裂縫存在，整個(gè)面板的強(qiáng)度依然可以達(dá)到要求，則可使用包含聚氨酯類灌漿材料的密封修補(bǔ)材料進(jìn)行處理。目前常用的方法包括以下幾種：

2.1.1 直接灌漿

該方法主要用于對(duì)不具備擴(kuò)展性質(zhì)的收縮裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，施工時(shí)先將裂縫清理干凈，再于裂縫中和路表面均勻涂抹底膠，其厚度按照0.2～0.4mm的范圍控制，底膠的實(shí)際用量應(yīng)達(dá)到0.15ɡ/m2，將灌漿材料準(zhǔn)備好以后，將其灌入裂縫中，待灌漿材料固化后，方可開(kāi)始通車。

2.1.2 壓注灌漿

該方法主要用于寬度不超過(guò)0.5mm且不具備擴(kuò)展性質(zhì)的收縮裂縫的修補(bǔ)，若現(xiàn)場(chǎng)備有注射器，則還能對(duì)縫寬為3mm的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。施工時(shí)，先將裂縫清理干凈，并配制灌縫材料，再借助壓縮空氣噴嘴或注射器進(jìn)行灌漿，通過(guò)適當(dāng)?shù)募訜崾构嗫p材料達(dá)到固化，最后方可通車。

2.1.3 擴(kuò)縫灌注

該方法主要用于寬度不超過(guò)3mm的裂縫的修補(bǔ)，施工時(shí)先沿裂縫走向借助沖擊鉆出寬度在1.5～2.0cm范圍的縫槽，其深度不能超出面板厚度的2/3，然后將縫槽中的碎屑、浮灰清理干凈，接著使用粒徑在0.3～0.6cm范圍內(nèi)的石屑將縫槽填滿，要注意填料含泥量不能超過(guò)1%，最后使用提前配制好的注漿材料進(jìn)行灌縫，通過(guò)適當(dāng)?shù)募訜徇_(dá)到固化后，即可恢復(fù)路段通車[8]。

2.1.4 條帶罩面

該方法主要用于中等裂縫的修補(bǔ)，施工時(shí)，先沿裂縫走向在兩側(cè)分別15cm的位置切割出深度在7～10cm范圍內(nèi)的橫縫，并將切縫范圍內(nèi)的混凝土鑿除；然后在裂縫兩側(cè)10cm按照50cm的間隔距離設(shè)置鈀釘孔，同時(shí)在相鄰兩個(gè)鈀釘孔之間設(shè)置兩個(gè)和鈀釘直徑相同的鈀釘槽，鈀釘使用長(zhǎng)度為20cm、彎鉤長(zhǎng)度為7cm的φ16鋼筋，在安裝鈀釘前需要在孔槽中充填快硬砂漿。將縫槽內(nèi)部切割完成并鑿毛后進(jìn)行表面清理，之后在待修補(bǔ)的表面均勻涂刷一層配比與混凝土相同的水泥砂漿，為之后的快硬混凝土澆筑施工創(chuàng)造良好的條件，將混凝土澆筑完成后，通過(guò)均勻噴灑養(yǎng)生劑進(jìn)行路面養(yǎng)生，最后利用切割機(jī)進(jìn)行切縫，在縫槽中灌入填筑料。

2.1.5 全深度補(bǔ)塊

該方法主要用于寬度達(dá)到15mm以上或錯(cuò)臺(tái)達(dá)到12mm以上的裂縫的修補(bǔ)，通過(guò)混凝土補(bǔ)塊能使板塊之間的荷載傳遞能力得以恢復(fù)，并限制垂直方向上的變形。該方法可進(jìn)一步細(xì)分成以下幾種：集料嵌鎖法，主要用于無(wú)筋混凝土路面的接觸面交錯(cuò)的接縫中；刨控法，還可稱為倒T型法，由于缺少水平邊連接的接縫系統(tǒng)，所以只能在縫的其中一側(cè)恢復(fù)荷載傳遞功能；設(shè)置傳力桿法，主要用于氣溫較低地區(qū)所受交通荷載相對(duì)較大的混凝土路面。進(jìn)行全深度補(bǔ)塊時(shí)，先切除已經(jīng)損壞的部分，鋸縫位置應(yīng)和破損處保持30cm以上的距離，在保留的板底邊緣處，于內(nèi)側(cè)4cm左右的位置鋸深度為5cm的縫，并清理切割產(chǎn)生的混凝土塊；對(duì)下部墊層或基層進(jìn)行檢查，確認(rèn)表面密實(shí)，經(jīng)檢查確認(rèn)合格后，進(jìn)行灑水潤(rùn)濕；使用配合比與設(shè)計(jì)、與規(guī)范要求相符的混凝土進(jìn)行攤鋪，并在攤鋪的同時(shí)做好振搗與刮平，最后用養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)生。在攤鋪完成后的12h以內(nèi)，需將縮縫鋸到面板厚度1/4處，并在縮縫當(dāng)中填入接縫材料，混凝土攤鋪完成后的5d時(shí)間內(nèi)結(jié)束接縫封縫。

2.2 局部修補(bǔ)

水泥混凝土路面常用的局部修補(bǔ)方法為：第一，當(dāng)面板上存在輕微裂縫，并伴有輕微剝落現(xiàn)象時(shí)，先沿裂縫走向鑿出深度在5～7cm范圍內(nèi)的矩形槽，將槽壁清洗干凈后用具有快凝性質(zhì)的小石子混凝土填充密實(shí)。第二，當(dāng)裂縫寬度較大同時(shí)伴有輕微剝落現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)向裂縫兩側(cè)分別擴(kuò)張20cm鑿除深度為面板厚度1/2的縫槽，然后在縫槽底部裂縫兩側(cè)沿與中線保持平行的方向，按照30～40cm的間隔距離設(shè)置孔洞，孔洞的深度應(yīng)貫穿到基層頂部，將凹槽與孔洞均清理干凈后，設(shè)置II級(jí)鋼筋，并用標(biāo)號(hào)較高的砂漿進(jìn)行填塞，最后用標(biāo)號(hào)和路面相同的混凝土澆筑到與路面平齊，為了使局部修補(bǔ)的部位盡快成型、縮短路段封閉時(shí)間，可使用快硬混凝土。第三，在縫槽邊緣兩側(cè)設(shè)置直徑為4cm、深度為10cm的孔洞，相鄰兩個(gè)孔洞的水平方向間隔距離按照30～40cm的范圍控制[9]。打孔完成后，將其內(nèi)壁潤(rùn)濕，然后插入長(zhǎng)度為20cm左右、直徑在18～20mm范圍內(nèi)的鋼筋，插筋完成后在孔洞內(nèi)填入快凝砂漿，并通過(guò)適當(dāng)?shù)牟鍝v達(dá)到密實(shí)。待孔洞中的砂漿達(dá)到硬化狀態(tài)后方可開(kāi)始混凝土澆筑，直到與原路面保持齊平。為了使局部修補(bǔ)的部位盡快成型、縮短路段封閉時(shí)間，可使用快硬混凝土。

2.3 換板

當(dāng)水泥混凝土面板嚴(yán)重?cái)嗔亚伊芽p部位伴隨嚴(yán)重剝落，導(dǎo)致整塊面板分為至少三塊，存在錯(cuò)臺(tái)或斷裂并有活動(dòng)跡象的斷板時(shí)，應(yīng)采取換板的方法進(jìn)行處理。施工前先做好路基及基層結(jié)構(gòu)的處理，再用具有快凝性質(zhì)的材料對(duì)混凝土板進(jìn)行重新澆筑，在條件允許的情況下也可使用預(yù)制塊或條塊石。當(dāng)檢查發(fā)現(xiàn)路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性相對(duì)較差或沉降未能完全結(jié)束時(shí)，建議使用預(yù)制塊進(jìn)行換補(bǔ)，相鄰兩個(gè)修補(bǔ)塊之間的縫隙應(yīng)使用水泥砂漿進(jìn)行填塞，以此避免滲水破壞。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水泥混凝土路面裂縫是公路工程施工中最常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，以上對(duì)路面混凝土裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析與總結(jié)，并提出了相應(yīng)的解決方法，旨在為實(shí)際的公路工程水泥混凝土路面施工提供技術(shù)參考，有效防止裂縫病害的產(chǎn)生。