重慶及周邊地區水泥混凝土路面斷板原因分析

覃 松 張林林

水泥混凝土路面具有剛度大、承載能力強、耐久性好、穩定性強、使用壽命長等優點，從1995年成渝高速通車建成以來，水泥混凝土路面在重慶及其周邊地區的公路建設中得到廣泛應用。其中“九五”期間，重慶市高級和次高級路面達到6 787 km，其中水泥混凝土路面就達5 297 km，占到78%。但是，部分路面使用不到十年，出現了大量的開裂、錯臺、斷板等病害，其中，水泥混凝土路面的斷板是普遍且較為嚴重的一種破壞。

溫度應力與荷載應力超過混凝土的抗拉強度，水泥混凝土路面板就會產生斷裂并發展為斷板。這些斷裂，有的是在施工期間由于混凝土的初期收縮受到阻礙而產生的拉應力超過了混凝土的抗拉強度而引起的橫向裂縫。有的是由于板塊尺寸過大所產生的溫度翹曲應力超過了混凝土的抗彎拉強度而引起的橫向裂縫。

水泥混凝土路面開裂的主要原因是混凝土的自身收縮(包括干燥收縮和溫度收縮)及其與基層間的強大的摩阻力(包括靜摩力和層間粘結剪應力)，因此減少或改善混凝土的自身收縮及其與基層的摩阻力，就能有效地防止開裂。結合重慶及其周邊地區實際，從設計、施工、使用、養護四方面將水泥混凝土路面開裂斷板的具體原因作以下分析。

1 設計原因

1.1 公路使用功能、交通量估計不足

改革開放以來，特別是1997年重慶直轄，又恰逢西部大開發，重慶的社會經濟發展迅猛，對公路交通的需求與日俱增，一些公路等級設計偏低，設計時交通量調查不準，車流量預測偏低，設計采用的軸載與實際不符，導致設計所用的路面結構及其厚度偏薄。在使用過程中疲勞應力大于設計時采用的，使路面壽命縮短，過早地出現開裂、斷板。

1.2 路面結構不合理

路面結構不合理是水泥混凝土路面斷裂主要原因之一。不合理的路面結構包括:結構組合不合理，基層材料選擇不當，結構層厚度偏薄。基層材料不當:在水泥混凝土路面上基層采用了抗沖刷性能較差的石灰土、石灰粉煤灰土，水泥土、水泥粉煤灰土，這樣的路面結構從產生唧泥到脫空斷板破壞時間一般僅有2年～3年的時間。采用“泥結碎石+水泥混凝土路面”“泥結碎石+手擺塊石+水泥混凝土路面”“破壞路面+水泥混凝土路面”這些不良的組合形式最終使混凝土面板斷裂;采用非整體性材料做基層，從而導致面板的彎拉應力加大而破壞，大大減少了水泥混凝土路面的使用壽命。

設計不當:1)路面厚度偏薄。根據美國的研究資料，路面的使用壽命與路面厚度成5次方關系，如果設計時交通量調查不準，路基、基層、底基層的模量和材料參數選用不當等原因而使路面厚度偏薄，就會使路面壽命縮短，過早地出現開裂、斷板。2)板塊平面尺寸不當，如板塊長寬比例失調或出現尖銳棱角等極易造成斷板。3)混凝土原材料的配合比不當，混凝土產生堿—集料反應或抗凍融差等耐久性問題。4)水泥混凝土路面分板設計不當。

2 施工建設原因

2.1 路基施工

1)填挖相交界面處、半填半挖結合處、新老路基交接處、挖方區超挖回填處、土基密度不同部位;2)軟弱地基、濕陷性黃土以及采空區、陷穴等特殊路段;3)橋涵、檢查井等構造物附近壓實機械難以施工的部位;4)路基不同填料的界面或層面;5)壓實度不足。

2.2 墊層及基層施工

1)基層施工質量不好，強度不均勻或較低，使用中基層松散或在滲水作用下材料被吸往一邊，面層脫空，當受到彎拉應力大于混凝土板強度時面板即發生斷裂。

2)面層接縫填封料失效，基層材料水穩性差，使地表水經板縫滲入到基層，穿過基層進入到土基，造成土基濕軟，板的彎沉使空隙內的積水變成有壓水，侵蝕沖刷基層，并沿接縫縫隙噴出，即產生唧泥。如果唧泥現象不斷產生，面板邊緣部分將失去支承，在荷載作用下產生斷裂。

3)使用早強水泥，8%以上的水泥穩定基層使用早強水泥，易產生開裂，引起反射裂縫，導致面板破壞。水泥穩類基層的水泥用量小于4%，抗沖刷能力低，特別是在特重、重交通的水泥路面上抵抗不了沖刷性破壞。

2.3 水泥混凝土路面面層施工

1)攪拌不足或過分，振搗不密實，形成的混凝土強度不足或不均勻，易導致早期開裂斷板振搗時間不宜過長，否則會造成分層，粗骨料沉入底層;細骨料留在上層，強度不均勻，表面收縮裂縫增加。2)混凝土拌和時，如果水泥或集料溫度過高，再加上水泥的水化熱，會使混凝土拌合物的溫度很高，在冷卻、硬化過程中會使溫差收縮加大，導致開裂。3)混凝土澆筑間斷。因停電、機械故障、運輸不暢、氣候突變、停料等原因使混凝土澆筑作業中斷，再澆筑時未按施工縫處理，新舊混凝土由于結合不良和收縮不一致會形成一條不規則的接縫。4)養生不及時或養護方法不當。尤其是在氣溫高、濕度小，風速大的不利條件下，會使混凝土表面水分蒸發太快，從而形成干縮雞爪裂紋。5)切縫不及時。由于機具故障或操作人員切縫時間掌握不準確或切縫深度不足，造成混凝土內應力集中，混凝土板的薄弱處形成不規則的貫穿裂縫。6)施工車輛過早通行。某些施工作業面，由于受到地理條件的限制或因混凝土養護作業需要在混凝土強度不足條件下過早地通車，產生荷載應力，這是產生裂縫的又一個原因。7)采用真空吸水工藝時，如果因兩吸墊之間未重疊而導致漏吸，則漏吸處水灰比較兩側大，混凝土強度較低，收縮也大，會形成薄弱環節而開裂。8)傳力桿安裝不當，上下翹曲，則在混凝土伸縮和傳力過程中混凝土就會被破壞，形成裂縫損壞。9)在日溫差較大的季節和地區，混凝土表面修整過程中，要避免陽光直射，整修后要及時覆蓋養生，防止混凝土白天過多的升溫，造成夜間降溫時收縮過大。

3 使用不當

超重車的增加是水泥混凝土路面使用期開裂斷板的重要原因，此外還有大量未密封砂石車輛的運行。砂石材料散落在水泥混凝土路面上，進入脹縫或縮縫內，造成接縫處板邊擠碎、拱脹，還導致雨水通過接縫滲入地基，使地基軟化，引起唧泥、錯臺、水泥混凝土面板的開裂、斷板。

4 維護原因

1)日常養護工作不到位，沒有定期對混凝土路面的接縫、排水設施等進行檢查并及時處理，誘導斷板的發生。

2)當水泥混凝土面板出現裂縫、坑槽、錯臺等病害時，未能及時修補，導致斷板面積的不斷擴大，病害程度加重。

3)使用不合適的維護方法。如用瀝青混合料修補水泥混凝土路面，沒有對破損的水泥混凝土面板進行處理而直接加鋪新的水泥混凝土面板等。

5 結語

由于設計、施工、使用、維護四方面的原因，重慶及其周邊地區的水泥混凝土路面出現了大量的斷板現象。應深入研究，有針對性的采取防斷板措施。

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