水泥混凝土路面破損原因分析及防治措施

摘 要：在水泥混凝土路面施工、養護過程中，錯臺、唧泥、斷板問題一直是常見的質量通病，文章通過對水泥混凝土路面病害成因的分析，并結合以往的施工經驗，提出了行之有效的控制措施。

關鍵詞：水泥混凝土路面；填縫破壞；脫空斷板

改革開放30年來，我國已經建成公路通車總里程358萬公里，等級公路占總里程的70%，“五縱七橫”國道主干線比原規劃提前13年實現基本貫通，特別是近些年在國家的惠農政策的影響下，農村公路建設發展迅速，目前已經超過313萬公里，水泥混凝土路面因具有強度高、穩定性好、耐久性好、施工簡便、造價和日常維護養護費用相對較低等優點在二級以下公路，特別是縣鄉公路和農村公路上得到了廣泛應用，但是從水泥混凝土路面實際運營的使用情況來看，也存在著明顯的缺點：如路面出現唧泥、板底脫空、錯臺、斷板等病害，如何有效的預防上述病害的發生，提供和延長水泥混凝土路面的使用壽命已經越來越引起社會上的關注。本文通過對水泥混凝土路面病害成因的分析，提出綜合防治措施。

1 路面出現破損的原因分析

1.1 接縫填縫材料破壞

以縮縫材料為例，縮縫寬度常為7-10mm，填縫深度常為25-30mm，灌縫時先擠壓嵌入多孔泡沫塑料柔性背襯材料，然后再灌縫。水泥混凝土路面投入使用后，由于砼板熱脹冷縮的循環作用和填縫材料自身的老化，造成填縫材料與側壁的粘結力下降，在雨水、灰塵、車輛水平力共同影響下致使填縫材料遭到破壞，嚴重的會造成整條或部分填縫材料脫落，路面積水或雨水在車輛荷載沖擊作用下產生高壓水，就會沿著填料縫隙滲入板下。

1.2 板間錯臺和板底脫空

水泥混凝土面板在外界溫度作用下，由于板內溫度的非線性分布，使板產生溫度翹曲應力，引起板向上或向下的翹曲，由此與半剛性基層間產生微小空隙，即原始脫空區。隨著車輛荷載的不斷作用，基層塑性變形累積，使脫空區不斷擴大。面板通過荷載產生的負壓將水分泵入基層頂面微小空隙內，在車輛荷載作用下，不斷沖刷基層頂面，被沖刷掉的基層細小顆粒隨滲入的水分被一起帶出路面，即產生了唧漿破壞。由此也可知，填縫位置處的基層最先受到破壞，當兩板間的高差達到10mm時，車輛行駛時就會較明顯的感受到錯臺現象。（如圖1）

1.3 板面斷裂

當車輛通過錯臺板面時，車輪的運行軌跡為拋物線（豎直方向自由落體與水平方向勻速前進的合力），此時車輛在落地處對板面的作用力除了車輛自身荷載的靜壓力外，還有很強的沖擊應力，在如此大的應力作用下，路面的疲勞壽命將顯著下降，如板底脫空達到一定程度，面板將很快發生斷裂。斷裂位置通常位于板間接縫的0.5-1.5M處。（如圖2）

2 路面破損的防治措施

2.1 在路床頂面增設粒料墊層

2.1.1 粒料墊層可以有效的緩沖路基的差異沉降

我國各級公路水泥混凝土路面的早期斷板大部分發生在通車后的3-5年間，究其原因可以理解為：即使施工中滿足了路基設計與施工規范的技術要求，仍然不能避免路基的差異沉降量與局部脫空量過大問題的發生。由于工期短，高填方過多，縱橫向填挖交接頻繁，在施工路面時路基的工后沉降遠沒有完成，而且，路基高度越高，路基的總沉降和差異沉降量就越大，路面的早期破損就越嚴重。目前有關專家通過對粒料墊層緩沖差異沉降進行了試驗研究后提出，我國新建各級公路水泥路面，在路床頂面必須設置粒料墊層或底基層，按照路基差異沉降的計算結果，粒料墊層的厚度應不小于10倍的差異沉降量。

2.1.2 粒料墊層具備良好的滲透排水功能

從幾種典型的土工材料的滲透系數數量級上分析：砂性土或砂的滲透系數比壓實后的粘土多兩個數量級，即滲透能力是壓實后粘土的100倍，砂礫、級配碎石的滲透系數比壓實后的粘土多三個數量級，即滲透能力是壓實后粘土的1000倍，由路床下部毛細管拉力拉上來的水分和從面板上部沒有密封好的接縫或斷板裂縫中滲透下來的水分，只要結構層材料達到砂的滲透系數就足以將水滲透排出，而不會影響到路面結構。

2.1.3 粒料墊層還有很多的功能，如隔離振動、隔熱防融沉、隔凍防凍脹、粒料柔性基層局部變形能力強，可以有效的防止面板翹曲斷角，另外，當路基穩定后，即使用3-5年后，粒料墊層緩沖差異沉降損失的壓實度會經過長期運營恢復到更高的水平，承載能力也會越來越大。

2.2 采用抗沖刷性能高的碾壓貧混凝土基層

貧混凝土是水泥用量為8%-10%左右的經濟混凝土，實際上屬于低強度等級混凝土，通常情況下，7天抗壓強度10Mpa，28天抗壓強度15Mpa、彎拉強度3Mpa。貧混凝土基層在德國應用較廣，與其他基層相比，該基層是抗沖刷性能最好，也是強度最高的路面永久性剛性基層結構，特別適用于特重、重交通路段使用。

貧混凝土基層施工時需要設置接縫，縱、橫縮縫應切縫并填縫，并且要與面板對齊，切縫分兩次進行，第一次切縫寬度3-4mm，深度為1/4層厚，第二次切縫寬度6-8mm，深度為16-20mm，只在脹縫處設置傳力桿，并與面板脹縫位置對齊。

2.3 填縫材料的選擇

填縫材料應具有與水泥混凝土板壁粘結牢固、回彈性好、不滲水、高溫時不被擠出、不流淌、抗嵌入能力強、耐老化，低溫時不脆裂等性能。填縫時應使用背襯墊條控制填縫形狀系數。背襯墊條應具有良好的彈性、柔韌性、耐酸堿腐蝕和高溫不軟化等性能。

3 結束語

目前，我國水泥混凝土路面早期破損的面板既非厚度問題，也非強度問題，真實的問題出現在各結構層的脫空，也就是上下各層間的變形極不協調。因此要做到長壽命的水泥路面不僅僅依靠面板本身的更強更厚，還需要用系統科學的觀點，從路床變形控制開始，乃至水泥路面全部結構層均需要整體優化設計，通過精整工藝提高各結構層接觸面的質量控制指標，從而提高水泥混凝土路面的使用壽命。

參考文獻

[1]傅智，金志強.水泥混凝土路面施工與養護技術[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]馬華堂，張新旺.公路病害分析與防治技術[M].鄭州：黃河水利出版社，2003

[3]傅智，李紅.論長壽命水泥混凝土路面的整體結構優化[J].公路，2008（10）.