農村公路水泥混凝土路面病害原因及預防措施

葉巧玲 杜 銘

近幾年,農村公路建設如火如荼,水泥混凝土路面成為了農村公路使用的主要路面類型,且幾乎都是素混凝土路面。但道路服務質量并不樂觀:相當一部分路面在投入使用3年后,便出現了裂縫及斷裂,嚴重影響了行車。與水泥混凝土路面應該有的服務水平和使用年限大相徑庭。為此,道路使用者也對道路的建設及養護部門有了意見和看法。我們進行了調查,就造成農村公路水泥混凝土路面使用品質和使用年限大打折扣的原因和應該采取的比較合理經濟的措施進行了分析和總結。

1 路肩未進行硬化處理

在我們調查的農村公路中,路肩均是土路肩,標高明顯低于路基邊緣,有的路段高差甚至達到4 cm～5 cm。且沿線路段路肩橫坡不一致,甚至橫坡為0。路肩遭受沖刷的現象時有發生。大氣降水會沿混凝土路面同路肩相接處下滲,積滯在面板邊緣下。由于路肩處的基層和墊層通常采用無機結合料穩定的粒料,含細料多,反復受到水流沖刷,從而使混凝土板底脫空,引起混凝土面板板邊碎裂以及板體斷裂。

再者,土路肩的強度不足,在車輛的臨時停放及偶爾行駛作用下,也會產生較大彎沉,久而久之,路肩便形成車轍、坑洼、隆起、沉陷、缺口等,失去了其對路面邊緣的保護作用。大氣降水積滯在路肩位置,并逐漸下滲到基層及其以下結構層,使得基層或土基因含水量增大而強度下降,在荷載作用下,產生不均勻沉降,使得板底脫空,引起面板斷裂。

2 基層剛度不夠

水泥混凝土路面屬于剛性路面,面板是承受荷載的主要結構層。其變形的能力較小,屬于小撓度板。混凝土面板剛度較大,因此基層亦應該有較大的剛度。以避免地基發生較大變形而導致面板受不均勻支撐而出現斷裂。

農村公路中,水泥混凝土路面板的橫向接縫幾乎都沒有設置傳力桿。這就要求基層更應該有一定的剛度,以降低板邊緣和角隅處的撓度量。同時,基層有一定的剛度,為混凝土面層板提供更為均勻和堅實的支撐,從而減少面層板邊和角隅處的撓度。同時也有利于提高假縫處的傳荷能力。但有相當一部分農村公路的水泥混凝土路面基層剛度不夠,路面結構組合未采用半剛性結構層做基層,這也是造成水泥混凝土面板斷裂的一個很重要的原因。

3 基層的抗沖刷能力不夠

進入水泥混凝土路面結構內部的水分不能及時排出,反復沖刷便容易形成唧泥、錯臺、斷裂等病害。

水泥混凝土路面的水破壞是逐漸形成的。面層鋪成后,溫度和濕度兩者的循環將引起面層板翹曲,使得接縫張開,縫隙逐漸擴大,路表水不斷進入,水分留存于縫隙下的基層表面或進入基層中,當車輪駛近接縫時,承載的面層板將向下彎曲,使水受壓流向四周;當輪載通過接縫時,駛離的面層板反彈,車輪正壓的面板向下彎曲,這時流入此板下的水又受壓回流至原板下。隨著車輛的不斷行駛,這種壓力水流的反復流動使得基層受到沖刷作用,對于含細集料較多且粘結較弱的基層材料,沖刷作用尤為嚴重。同時,沖刷下來的細集料會沉積在面層下部,細集料越積越多,當車輛通過時,受壓的水流將細集料沖射出來,形成唧泥現象。隨著唧泥現象的不斷出現,使得基層逐漸減薄,基層表面局部降低,形成面層板的脫空和接縫間的錯臺。唧泥現象也會產生在路面與路肩邊緣的接縫部位。隨著唧泥現象的逐漸嚴重,接縫破壞、板斷裂也隨之發生。

4 沒有邊溝等排水設施

農村公路的排水設施不完備。很多路段幾乎沒有規范的邊溝,大氣降水在一些矮路堤路段的排除便很慢;有些路段雖然有邊溝,但是長期處于無養護狀態,溝內積存了許多雜物,使得水力斷面減小,嚴重影響了排水效果。這就使得地面水下滲至路基的可能性大大增大,使得土基濕軟,造成面板斷裂。

5 路基浸水、冰凍的影響

農村公路中,個別地勢平坦的路段,路基多屬于矮路堤,雨季積水很容易浸泡基層材料及路基,降低了路基承載力。

水文地質條件不良的土質路塹,地下水上升進入基層,若基層耐沖刷性較差,將會形成唧泥、斷板。

在季節性冰凍地區,矮路堤及土質路塹,地下水通過毛細現象積聚到-3℃區,體積發生膨脹,引起冰凍。春融期間,溫度回升,路基土在水的作用下便形成泥漿,車輛荷載作用下,逐漸形成唧泥現象。

6 預防措施

6.1 硬化路肩

使用工業廢渣做路肩。在粉煤灰、煤渣、高爐礦渣、崩解過的達到穩定的鋼渣以及其他冶金礦渣、煤矸石等工業廢渣中,加入石灰,石灰在水的作用下形成飽和的Ca(OH)2溶液,廢渣的活性氧化硅和氧化鋁在Ca(OH)2溶液中產生火山灰反應,生成水化硅酸鈣和鋁酸鈣凝膠,使顆粒膠凝在一起。隨著水化產物不斷產生而結晶硬化,在溫度較高時,混合料強度不斷增長。而且,石灰工業廢渣具有水硬性、緩凝型、強度高、穩定性好、板體性好,且強度隨齡期不斷增加,抗水、抗凍、抗裂且收縮性小等特點,能適應各種氣候和水文地質條件,作為路肩材料既廉價,又能防止大氣降水對水泥混凝土路面板下基層的沖刷,對路面板起到良好的保護作用。

6.2 提高基層的抗沖刷能力

基層抗沖刷能力取決于基層材料中結合料的性質和含量以及細料的含量。

使用半剛性材料做基層,是近年來大多數水泥混凝土路面的首選。但不同的半剛性結構層材料,其抗沖刷性能差別很大。水泥土、二灰土、石灰土這些穩定土抗沖刷性較差,作為水泥混凝土路面的基層使用,很容易造成板斷裂。

可以使用粒料類排水基層。如碎石、沙礫等未經結合料處治的粒料,顆粒最大粒徑不超過基層厚度的1/3,通過0.074 mm篩孔的細粒含量不超過15%,且塑性指數不大于6,液限不大于25。

6.3 設置防凍及排水墊層

選用非凍脹性材料,且要同時切斷滲入路基土的水源,如沙礫等粒料類材料。石灰、水泥等無機結合料穩定土結構層也有一定的抗凍作用,但效果不如粒料材料層。砂墊層應采用質地堅硬的中粗砂及沙礫。在凍脹較小的地區,可以用煤渣作為隔溫層。

排水墊層可采用粒料類,如砂、礫石、爐渣及片石或圓石等,其中沙礫墊層效果較好。應采用潔凈的中粗砂及礫石,含泥量不大于5%,并將其中的植物、雜質清除干凈,也可采用天然級配的沙礫料,其最大粒徑不大于50 mm。采用沙礫時,應注意粗細粒料分離現象。兩側以片石護砌,以免沙礫料流失。

防凍及排水墊層,其寬度應與路基同寬,最小厚度為150 mm。

[1]沙慶林.高等級公路半剛性基層路面[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]王秉綱.水泥混凝土路面設計與施工[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]張秀清.水泥混凝土路面裂縫成因及預防措施[J].山西建筑,2009,35(21):303-304.