水泥混凝土路面在使用年限內開裂的原因及處理措施

趙慧清ZHAO Hui-qing

（昆明市政工程設計研究院（集團）有限公司，昆明 650228）

0 引言

水泥混凝土路面具有剛度大、承載能力強；耐久性優(yōu)良、耐高溫性強；抗彎拉強度高、擴散荷載能力強、疲勞壽命長；耐腐蝕性強；穩(wěn)定性好、使用壽命長；日常養(yǎng)護費用低等優(yōu)點，上世紀90 年代被廣泛應用于市政道路建設[1]。但在長期的運營過程中，由于水泥混凝土面板受當?shù)貧夂蚝蜏貪穸茸兓?、交通貨載和交通量的增加等因素的影響，導致各種病害也隨之涌現(xiàn)，直接影響著路面的美觀，甚至嚴重影響到道路的承載力和耐久性及使用性能。在這些病害中，最嚴重的就是路面開裂破壞。

常見的水泥混凝土路面開裂可分為表面裂縫和貫穿板全厚度裂縫（簡稱貫穿裂縫）。

①表面裂縫：混凝土澆筑后，因材料自身沉降和混凝土混合料則早期過快失水干縮和碳化收縮而產生的裂縫，這種裂縫一般僅止于面層，是常見的裂縫，對路面結構層和路基的承載能力及使用壽命影響不大。

②貫穿裂縫：因路基沉降導致水泥混凝土路面產生的裂縫，這種裂縫不僅表現(xiàn)在面層，而且從路基反射到面層，為貫穿板全厚度的裂縫，主要表現(xiàn)為垂直于行車方向的不規(guī)則裂縫（橫縫）、沿道路前進方向的裂縫（縱縫）、與混凝土板角兩邊接縫相接的貫穿板厚的裂縫等。路面裂縫不斷變寬，甚至出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象，形成滑裂面，這種裂縫根在路基，危害較大，會導致路面基層和路基的承載能力下降，危及行車安全。

本文以曲靖經濟技術開發(fā)區(qū)現(xiàn)狀混凝土道路改建工程為例，對水泥混凝土路面貫穿性開裂（主要為縱向裂縫）的原因及工程處理措施進行分析總結，經處理后的道路路面開裂情況得到解決。

1 工程概況

曲靖經濟技術開發(fā)區(qū)某道路位于經濟技術開發(fā)區(qū)北部片區(qū)，是開發(fā)區(qū)基本路網骨架中一條南北向的主要干道。道路長1.3km，現(xiàn)狀道路紅線寬度20m。

1.1 主要技術標準

道路等級：城市次干路

紅線寬度：40m（改擴建后）

路面類型：瀝青混凝土路面

路面結構設計使用年限：15 年

元數(shù)據是地理信息系統(tǒng)數(shù)據庫建設的基礎，是一種對城市各類數(shù)據的描述性數(shù)據信息，具有數(shù)據共享的特征。隨著數(shù)字化城市建設進程的加快，導致社會各行各業(yè)對準確的、詳實的多源數(shù)據的需求日益增加，加之各類數(shù)據庫的逐步普及，不同用戶對數(shù)據需求的差異，促進不同結構數(shù)據之間的轉化、更新、檢索，甚至是數(shù)據集成等都離不開元數(shù)據。元數(shù)據有利于空間數(shù)據的生產和相互轉化利用，使得元數(shù)據成為建設地理信息系統(tǒng)數(shù)據庫的重要橋梁。

路面計算標準軸載：BZZ～100

排水體制：雨、污水分流制

排水管道設計重現(xiàn)期：5 年

橋涵荷載等級：城—A

設計地震烈度：Ⅶ度

1.2 道路現(xiàn)狀

該道路為市政道路，根據片區(qū)產業(yè)的開發(fā)，于2004 年修建了10m 機動車道（因兩側地塊未啟動開發(fā)，無人行需求，故僅實施了10m 寬機動車道），機動車道建成后開始通車，經過十多年的運營，路面出現(xiàn)了不同程度的開裂，水泥混凝土路面出現(xiàn)了細小的橫向和縱向裂縫。從2013 年3 月出現(xiàn)縱向裂縫，在進行臨時灌縫處理后，2014 年3 月開始，路面縱向裂縫有了加劇的趨勢，縱向裂縫不斷變寬，在最嚴重處寬度達到10cm，而且縱向開裂處路面已經形成了錯臺，高差達5cm 左右。道路出現(xiàn)裂縫家具之后，道路主管單位對出現(xiàn)的裂縫進行了臨時處理，對縱向裂縫采用C35 混凝土進行了灌縫處理。

根據現(xiàn)場踏勘分析，道路縱向裂縫開裂較為嚴重的路段均出現(xiàn)在道路西半幅，而道路西側有一片桉樹林，距離道路機動車道僅10m，東側半幅道路未發(fā)現(xiàn)縱向裂縫，僅有部分細小橫向裂縫。（圖1-圖2）

圖1 現(xiàn)狀道路路面開裂狀況

圖2 2013 年2 月出現(xiàn)路面開裂經過臨時處理后情況

在道路進行了臨時處理之后約1 個月，臨時處理過的裂縫再次出現(xiàn)裂縫，路面出現(xiàn)了滑移現(xiàn)象，西側半幅道路有了路面傾斜。地質專家對現(xiàn)場再次進行了踏勘，一致認為該道路縱向裂縫屬于路基沉降引起的路面開裂情況，路基出現(xiàn)裂縫從而反射到了路面，從而引起路面縱向開裂，甚至于滑坡現(xiàn)場。

因此經濟技術開發(fā)區(qū)啟動了該道路改擴建工程，改擴建后的道路紅線寬40m，道路等級為城市次干路，設計速度為40km/h。（圖3）

圖3 道路改擴建后標準橫斷面圖

2 路面開裂的原因分析

2.1 氣候因素影響

曲靖市內地形多由山地、丘陵和壩子等組成，喀斯特地貌發(fā)育典型。據氣象資料統(tǒng)計，自2009 年以來，云南全省連續(xù)3 年年平均降水偏少。而曲靖2010 年的年平均降水量為1025 毫米，偏少于往年年平均降水量。2011 年曲靖市麒麟區(qū)年降水量516.2 毫米，比歷年平均偏少383.6毫米（偏少40%左右）。2012 年1-7 月降水量達465.3 毫米，但仍比歷年同期水平要低6%。曲靖市2012 年降水量與歷年平均值相比，仍偏少10%～20%，屬于偏少范圍。連續(xù)三年的降水量減少，造成地下水得不到補充，地下水位下降嚴重。2013 年~2014 年降雨量雖有回升，但連續(xù)3 年的干旱造成的地下水位下降還未得到有效的緩解。

2.2 路基地質影響

曲靖經濟技術開發(fā)區(qū)大部分片區(qū)均有不同程度厚度的中～弱膨脹土，根據周邊地質的調查以及對該道路地質勘查報告的查閱：道路片區(qū)內存在第②層黏土（膨脹土）（N），灰白、灰紅、灰黃色，可-硬塑，濕，切面光滑，干強度高，自由膨脹率平均58%，一般為50-80，為弱—中膨脹潛勢。沿線一般有分布，局部缺失，壓縮系數(shù)a1-2=0.33MPa-1，壓縮模量Es1-2=6.74MPa，為中壓縮性土，力學性質一般較好，經處理后可作路基持力層。頂板埋深0.60-5.20m，層厚0.60-6.60m，平均厚3.02m。

不良地質對路基質量是一個較危險的影響因素，膨脹土由吸水膨脹性和失水收縮性黏土礦物組成，該土具有較大的塑性指數(shù)。在堅硬狀態(tài)下該土的工程性質較好，承載力較高。但其顯著的吸水膨脹、失水收縮和反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性可是路基發(fā)生變形、位移、開裂、隆起等嚴重破壞。原道路路基對該層膨脹土基本未做處理，而在其上直接鋪設路面墊層，因此長時間干旱后，導致路基失水收縮，產生側向力，引發(fā)路面開裂[2]。

2.3 周邊環(huán)境影響

桉樹是速生豐產林，只要3-5 年的時間就能長成參天大樹，在生長過程中會吸收大量的水分和養(yǎng)分，所以會造成周圍環(huán)境的生態(tài)平衡。這一段時間也是桉樹林需水、需肥最多的時候。在這之后，桉樹的干物質積累速率明顯減慢，其需水、需肥量也就迅速減少，反過來，蓄水作用開始體現(xiàn)，而且因為要通過老葉脫落等形式返還營養(yǎng)元素，很快就能達成植物體和周邊環(huán)境間的養(yǎng)分平衡，也即蓄肥作用也開始體現(xiàn)。因此，所謂“抽水機”、“抽肥機”之類的負面效應，至多是發(fā)生在造林初期。引種桉樹會導致地下水位下降，保持水的能力很差，時間長了，土地表面板結，還出現(xiàn)土地沙化現(xiàn)象。

現(xiàn)狀道路西側桉樹林種植于2008 年，長勢很好，面積約為13000m2，正是對土壤的水分、肥料需求極大的時段，再加上該片桉樹林面積較大，且集中在道路西側200m 左右的路段上。道路出現(xiàn)縱向裂縫的地方為靠近桉樹林一側的西側半幅道路，在2014 年3 月，該幅道路出現(xiàn)了滑裂面。（圖4）

圖4 2014 年3 月經過臨時處理路面再次出現(xiàn)裂縫加劇的情況

綜合以上三個因素，道路縱向裂縫產生的原因為：由于曲靖市遭遇連續(xù)多年的干旱以及道路西側桉樹林吸水導致路基下的膨脹土失水收縮，形成道路縱向開裂，從而反射到路面，造成了道路路面縱向裂縫的形成。

3 工程處理措施

3.1 對桉樹林的處理

根據曲靖市總體規(guī)劃，道路兩側主要為居住用地，隨著周邊地塊的開發(fā)，桉樹保留的價值不大，建議將桉樹砍伐，最好連根刨除，避免再造成桉樹林周邊地下水的流失。

3.2 對路基的處理

根據本道路地勘資料顯示，第②層：黏土（膨脹土）（N）灰白、灰紅、灰黃色，可-硬塑，濕，切面光滑，干強度高，自由膨脹率平均58%，一般為50-80，為弱—中膨脹潛勢。沿線一般有分布，局部缺失，壓縮系數(shù)a1-2=0.33MPa-1，壓縮模量Es1-2=6.74MPa，為中壓縮性土，力學性質一般較好，經處理后可作路基持力層。頂板埋深0.60-5.20m，層厚0.60-6.60m，平均厚3.02m。

第③層：黏土（N）深灰色，可塑，濕，切面光滑，干強度高，韌性好。道路沿線一般有分布，局部缺失，壓縮系數(shù)a1-2=0.43MPa-1，壓縮模量Es1-2=6.07MPa，為中壓縮性土，力學性質一般，可作路基持力層。頂板埋深2.20-10.20m，揭露厚度最大13.4m，未揭穿。

膨脹土的處理方法較多，可采用的措施有樁基對膨脹土進行加固和改良；也可采用開挖換填、堆在預壓對路基加固。根據地勘資料顯示，膨脹土層較厚，無法全部挖除，根據曲靖開發(fā)區(qū)的當?shù)亟ㄖ牧霞敖洕容^，結合以往的工程經驗，對道路范圍內膨脹土采取換填墊層法對路基進行加固。

①對現(xiàn)狀路基處理方法：本道路為改擴建工程，在現(xiàn)狀道路基礎上兩側加以擴寬改建，改建后的道路紅線寬40m?，F(xiàn)狀道路的西側半幅道路由于縱向裂縫的產生，已經出現(xiàn)滑坡的現(xiàn)象。對于西側半幅道路路面結構已經不可能再利用，但經過十多年的運營，路基工后沉降已趨于穩(wěn)定，該處道路路基處理辦法：刨除破損的路面結構，路床底超挖50cm，采用片石換填，片石換填后加鋪一層鋼塑土工格柵，在鋪筑一層路床填料（當?shù)靥盍蠟橹写稚埃┖蠹愉佉粚愉撍芡凉じ駯?，壓實度要求達到94%以上。

②對擴建部分路基處理方法：新建路基部分膨脹土清除100cm，片石換填后加鋪一層鋼塑土工格柵，在鋪筑一層路床填料（當?shù)靥盍蠟橹写稚埃┖蠹愉佉粚愉撍芡凉じ駯牛瑝簩嵍纫筮_到94%以上。（圖5）

圖5 改建后新老路基搭接

3.3 對路面結構的處理

由于水泥混凝土路面有行車舒適性差、噪聲大，損壞修復難度大等缺點，近年來城市道路多采用行車舒適性好、噪聲小、后期養(yǎng)護簡單的瀝青混凝土路面。因此道路改擴建工程路面結構采用了瀝青混凝土路面，路面結構設計按照重交通等級進行設計。路面結構設計如下：

4cm 細粒式瀝青混凝土（AC-13C）加0.3%專用抗車轍劑、玻纖格柵））；5cm 中粒式瀝青混凝土（AC－20C）；6cm粗粒式瀝青混凝土（AC－25C）；36cm 水泥穩(wěn)定碎石層（水泥摻量5.5%，K≥98%）；15cm 級配碎石（K≥96%）；80cm中粗砂（含泥量≤5%，K≥94%）（路床）（加鋪兩層土工格柵）。

4 結語

該道路改擴建工程已于2016 年5 月建成，至今通車已經5 年多，通過上述處理措施的實施，實現(xiàn)了預期的效果，改建后的道路使用至今，未發(fā)現(xiàn)有開裂或其它形式的有害裂縫出現(xiàn)。