水泥混凝土路面破壞及維護對策分析

郭萬紅

水泥混凝土路面由于具有良好的使用性能,建設費用低,壽命長,抗災能力強,養護費用低,社會效益和經濟效益顯著等優點在公路建設中得到了廣泛的應用。隨著水泥混凝土應用的越來越廣泛,在現實的應用過程中產生了許多病害,如裂縫、錯臺、碎裂、板底脫空等,在這些病害中最常見、最普遍、對水泥混凝土路面性能影響最大的是裂縫,裂縫的處理在道路養護中成為很重要的一個分支[1]。目前,許多水泥混凝土路面已產生了各種病害,影響了路面的使用性能,甚至造成了嚴重的交通事故,因此,水泥混凝土路面后期的養護、維修工作就顯得尤其重要。

1 混凝土路面破壞類型及特征

水泥混凝土路面在交通作用下容易誘發各種病害。據調查,在車輛較多的公路上,混凝土路面存在不同程度的唧泥、錯臺、斷板和露骨等破壞現象,有些路段損壞還相當嚴重[2]。現將混凝土路面典型的損壞類型和特征論述如下:1)沖刷破壞。沖刷破壞是荷載反復作用、接縫處水的入滲、基層被沖刷等多種因素綜合作用的結果,在交通路面中普遍存在且非常嚴重,主要表現為唧泥及由此引發的錯臺、脫空和斷板。比如,由唧泥留下的一道道泥漿的痕跡和大量碎屑堆積物,其厚度可達1 mm～5 mm。沖刷物一般是細屑物質,嚴重時也含有砂和碎石,碎石最大粒徑可達15 mm。2)疲勞破壞。另外,水泥混凝土路面通車一年后,除了水沖刷掏空引起板角斷裂、橫向和斜向斷裂破壞之外,還出現橫向疲勞斷裂破壞,板橫向疲勞斷裂的出現為沖刷破壞創造了條件,進一步擴大了沖刷破壞的范圍。板的疲勞斷裂與水沖刷共同作用結果使得混凝土路面出現大面積嚴重的網裂。3)磨損破壞。在水泥混凝土路面還存在較為嚴重磨損破壞現象,這類破壞通常不為大家所重視。磨耗破壞主要表現為路表水泥砂漿體在車輪剪切作用和沖擊作用下脫落,碎石或砂礫骨料出露簡稱露骨、混凝土剝落,有的甚至出現坑槽。反之,裸露的粗集料在車輪尤其是重車輪剪切作用和沖擊作用下,極易被沖擊松動、脫落,形成空穴,導致與車輪接觸面減小,作用在路表面剪切應力和沖擊應力增大,空穴周圍的砂漿極易被磨耗掉,空穴也因此逐步擴大。如此反復進行,嚴重影響水泥混凝土路面使用性能,直至最后路面結構的破壞。水泥混凝土路面一旦出現露骨,路面平整度和抗滑能力將急劇下降,嚴重影響行車舒適、安全及路面使用壽命,而且也是誘發路面其他損壞的原因。水泥混凝土路面是層狀的結構。水泥混凝土板是承受荷載的結構層次,其強度、剛度都比較大。為了避免出現不規則的裂縫,路面板一般是被切縫分塊的。基層是傳遞荷載的結構,其強度和剛度都比路面板小。墊層的主要作用是防水和抗凍,其強度和剛度更小。水泥混凝土是路面板的材料,其抗拉強度大,抗壓強度小。穩定類材料是最常用的基層材料,具有強度高、剛度大、整體性好等特點。對路面結構影響較大的荷載有汽車荷載和溫度荷載。汽車荷載的分布是隨機的,但遵循一定統計規律。汽車對路面的作用不但有豎直的向下的壓力和水平的摩擦力,還有向上的吸附力。這些力的大小不但與汽車的重量、速度、加速度和輪胎的構造有關,而且與路面的平整度,甚至與路面結構的振動頻率有關。溫度荷載是由于路面板中不同部位的溫度差引起的。溫度差來源于氣溫的變化,所以溫度應力具有周期性和局限性的特點。一般情況下,荷載在水泥混凝土路面板中產生的應力比較小,不能造成路面的一次性開裂破壞,所以水泥混凝土路面的破壞一般是疲勞開裂破壞。

2 水泥混凝土路面養護對策

高速公路和一級公路的路面破損狀況等級為優和良,或者二級及二級以下公路的路面破損狀況等級為中及中以上時,可采用日常養護和局部或個別板塊修補措施。

高速公路和一級公路的路面破損狀況等級為中及中以下,或者二級及二級以下公路的路面破損狀況等級為次及次以下時,應采取全路段修復或改善措施,包括瀝青混合料修補、板塊破碎和碾壓穩定、鋪筑瀝青混凝土或水泥混凝土加鋪層以及修建縱向邊緣排水溝設置等。

高速公路和一級公路的路面行駛質量等級為中及中以下,或者二級及二級以下公路的路面行駛質量等級為次及次以下時,應采取刻槽、罩面或加鋪層等措施改善路面的平整度。

高速公路和一級公路的路面抗滑能力等級為中及中以下,或者二級及二級以下公路的路面抗滑能力等級為次及次以下時,應采取刻槽、罩面等措施提高表面的抗滑能力。

路面結構承載力不滿足現有交通的要求時,應采取鋪筑瀝青混凝土或水泥混凝土加鋪層措施提高其承載能力。

3 對舊水泥混凝土路面板處理的選用方法

在對舊水泥混凝土路面板進行加鋪改造之前,應對舊水泥混凝土路面板進行穩固處理。目前對舊水泥混凝土路面的處理方法主要有兩種:第一種為對舊水泥混凝土板進行壓漿或換板處理后加鋪面層,這種方法適用于原舊路狀況較好、地基強度較高、斷板率較低的小面積損壞路面,這種方法的優點是可充分利用現有大板塊舊水泥混凝土路面的承載能力,缺點是接縫處瀝青加鋪層易產生反射裂縫,且當舊水泥混凝土路面損壞較為嚴重、斷板率較高時,采用壓漿及換板的修復方法則費用昂貴,施工速度慢,對交通及環境影響大;第二種為對舊水泥混凝土板進行破碎穩固處理后加鋪面層,這種方法適用于斷板率較高的大面積損壞路面,優點在于隨著破碎板塊尺寸的減小,由溫度應力及彎沉差過大而引起的瀝青加鋪層反射裂縫現象也隨之減小,該方法還具有施工簡便、工程費用低、對環境污染小等優點,缺點是混凝土板底的壓應力會隨板塊尺寸的減小而增大,且若破碎板未能充分穩固有松動現象時,其上的瀝青加鋪層也可能產生反射裂縫。

以上兩種方法各有優缺點,至于應該選用哪種方法對舊水泥混凝土路面進行處理,應根據舊水泥混凝土路面結構的狀況進行技術性和經濟性的比較后確定。由于舊水泥混凝土路面的加鋪改造方法很多,確定何種處理方法實際上就是對舊水泥混凝土路面板的兩種改造方法進行經濟性分析與評價,從中尋求一個平衡點,在該平衡點處,破碎穩固處理方法與換板灌漿處理方法總造價相等,則這兩種方案都可行。1)舊水泥混凝土板破碎穩固后加鋪基層和面層。采用破碎穩固法對舊水泥混凝土路面進行加鋪改造,其成本包括水泥混凝土板的破碎費用、加鋪基層、面層的費用及其他費用。對加鋪相同的基層和面層來講,破碎費用在總成本中為主要考慮因素。隨著換板率的增加,破碎費用呈下降趨勢,因而總成本也在降低。2)對破損的水泥混凝土板進行灌漿換板后再加鋪基層和面層。采用這種方法對水泥混凝土路面進行加鋪改造,其成本包括破損板的換板費用、脫空板的灌漿處理費用、加鋪基層的費用、加鋪面層的費用及其他費用。同樣,當加鋪的基層和面層相同時,換板費用和灌漿費用決定工程總造價。

4 結語

對水泥混凝土路面養護維修技術進行研究和探索,其主要思路是從導致混凝土路面病害的主要誘導因素上采取針對性措施,遏制混凝土路面病害迅速發展的勢頭,然后逐步采取處治措施,使混凝土路面路況盡快得到改善。通過分析水泥混凝土路面損壞的原因,可以發現混凝土路面養護的指導思想應該是:疏水為先,疏防結合,充填穩定,全面處治。

[1] 荊 宏.淺談水泥混凝土路面斷板的原因及防治措施[J].中小企業管理與科技,2009(30):153-154.

[2] 劉義國,郝桂芝.混凝土路面產生裂縫的養護措施[J].中小企業管理與科技,2009(33):164.

[3] 何志勇.水泥混凝土路面損壞原因分析及加鋪厚度計算[J].山西建筑,2008,34(12):289-290.