水泥混凝土路面的水沖刷破壞分析

摘要：結合回訪統計法和文獻對比法，就當前南方地區水泥混凝土路面斷板病害現象出現的主要原因進行分析，得出主要是由于水沖刷掏空引起的。本文分析了發生水沖刷斷板破壞的結構、材料、設計和施工等方面的原因，提出了防止水泥混凝土路面水破壞的對策及措施，并對已經產生水沖刷破壞現象的水泥混凝土路面提出了補做滲透排水系統的建議。

關鍵詞：水泥混凝土路面;水沖刷破壞;原因;措施

引言

通過對已建成通車的公路水泥混凝土路面的調查及質量跟蹤，發現一些有規律的病害現象，其中較突出是由于水沖刷掏空引起的斷板破壞。如果路面結構、排水設施等處理不當，后期養護不及時，在產生唧泥的條件下，公路水泥混凝土路面將在通車2～5a發生嚴重的水沖刷、掏空性斷板破壞。這個問題在多雨地區顯得極為普遍，迫切需要加以防治和解決。

1水泥混凝土路面水沖刷破壞機理

1.1水沖刷破壞的原因

唧泥是在車輛荷載作用下，水和細粒土的混合物通過面板接縫、裂縫和路面邊緣產生的強制性位移。一般易在面板直接鋪筑在細粒高塑性土和易沖刷的基層上產生。分析表明，產生原因主要有以下幾個方面：①基層不耐沖刷，水泥混凝土面板在荷載作用下產生泵吸作用時有灰漿可吸出;②在面板與基層之間有自由水存在，這是最主要的原因;③頻繁的重車輛軸載作用。

1.2水沖刷破壞的機理

水泥混凝土在凝結硬化過程中將產生一定的收縮變形，硬化后水泥混凝土面層內的不同深度處，溫度會隨大氣溫度的變化而發生周期性變化，這種變化使混凝土面層出現伸縮變形和翹曲變形。當伸縮和翹曲變形受阻，面層內便產生較大的伸縮應力和翹曲應力。為了避免溫度應力作用引起路面板的不規則斷裂和拱脹等破壞，按一定間距設置的縱、橫接縫就成為水泥混凝土路面結構的重要組成部分。接縫的設置有效地緩解了溫度應力的破壞作用，卻給水泥混凝土路面帶來了許多問題，其中危害最大的是接縫有可能成為雨水滲入路面結構內部的主要通道。

目前我國生產的填縫料使用期都很短，一般在使用2～3a后都不同程度地出現滲水現象，特別是在南方多雨地區。雨水通過接縫、裂縫和板邊縫隙滲入到板底，在車輛動荷載的重復作用下，形成有壓水，在板底接縫處和板邊高速流動，流速可達0.15m/s（小汽車駛過時）或0.90m/s（貨車駛過時），對基層頂面進行沖刷，細顆粒從接縫處和板邊被帶到路面上，產生唧泥現象。時間一長，板底脫空，改變了混凝土板原有的受力狀況，從而產生錯臺、下沉、斷板，進而發展到破碎。

2設計與施工預防對策

從以上照片現象分析可知，為提高水泥混凝土路面的使用性能及服務年限，應從路面結構設計與施工上采取有效措施，防止高等級公路水泥混凝土路面上的水沖刷、掏空性斷板破壞。

2.1合理的路面橫斷面結構及排水設計

當設計路面結構時，應充分考慮路面及路面內部的排水問題。為排除通過路面接縫、斷板和裂縫滲入并滯留在路面結構內部的自由水，應按《公路排水設計規范》（JTJ018-97）的要求沿路面邊緣設置邊緣排水系統，或者在路面結構層內設置排水基層，將通過接縫和斷板滲漏進基層的水份及時排出。

各項排水設施不應被滲流從路面結構、路基或路肩帶來的細料堵塞，以保證系統的排水效率不隨時間推移而很快喪失。排水系統在雨量較大的江南各地，應遵循排水設計規范的要求設置，已有排水設施設計的不能因為工期緊或其他原因隨意取消。

水泥路面表面水從斷板和喪失密封的接縫滲入路面結構的水，可由下列公式計算確定：

Qi=Ic（nz+nbB/L）

式中：Qi為縱向每延米路面結構表面水的滲入量，[m3/（d·m）];Ic為每延米水泥混凝土路面接縫或裂縫的表面水設計滲入量，[m3/（d·m）]，可按0.36m3/（d·m）取用;B為單向坡度路面的寬度（m）;L為水泥混凝土路面的橫坡度間距（即板長）（m）;nz為路面寬度內的縱縫和裂縫的條數（包括路面與路肩之間的接縫）;nb為L長度范圍內橫向接縫和裂縫的條數。

2.2提高基層的耐沖刷性

（1）盡快建立對基層耐沖刷性的檢測方法及控制標準。目前，對基層主要考慮強度指標，而對其耐沖刷性無具體的要求，這是不完全的。強度與耐沖刷性是相互獨立的，良好的水泥混凝土路面基層，不僅要有足夠的強度，而且要有足夠的抗沖刷能力、耐水性和抗滲性。因此，應盡快建立基層耐沖刷性的評價辦法及檢測方法，應對各類基層檢測其耐沖刷性，并提出抗沖刷性的定量技術指標要求。

（2）在多雨地區高速公路和一級公路上，宜建貧混凝土基層，提高基層的抗沖刷能力。貧混凝土基層，水泥用量約為8%～11%。若采用525號水泥，其水泥用量約為175kg/m3。

（3）提高水泥穩定粒料的拌和質量。目前采用的穩定土廠拌設備，其計量精度偏低，攪拌時間偏短，質量波動較大，導致水泥或膠凝材料不均勻，局部基層不耐沖刷或產生了斷裂現象。為提高基層質量的均勻性和抗沖刷性，應提高攪拌設備的計量精度和使用性能。并應對基層材料中膠凝材料進行快速定量檢測和控制。

（4）高等級公路水泥混凝土路面上基層必須在施工過程中進行較長時間的灑水覆蓋養生，提高和保證基層上表面的強度、耐沖刷性和對面層施工車輛的抗磨性。

2.3上基層表面使用瀝青防水封閉層

為防止滲漏水對基層的沖刷破壞，可在鋪水泥混凝土路面板之前，在現有的水泥穩定粒料類上基層表面上做5～10mm厚的瀝青防水封閉層，瀝青封閉層上面撒砂或石屑并碾壓，以利于防水、封水與防止唧泥、掏空。此外，瀝青防水封閉層可大大降低面板內的拉應力水平，有利于防止斷板;在施工期間，可保護基層不被車輛壓壞，也可保護基層越冬。增加該結構層的作法已經廣泛使用在近年來南北方各省新建高速公路水泥混凝土路面結構中，該措施將被正在修訂的水泥混凝土路面設計和施工規范采納。

2.4嚴格控制基層施工橫坡度

建議新修訂的水泥路面設計規范增大偏載系數。

它不僅僅是一個簡單的幾何增大，而是高重載卡車長期在2%橫坡的路面上顛簸行駛，車廂上的高重物質的重心產生了較大偏移，實測高重載卡車外側車輪的荷載可達平均荷載的1.36倍。

3結束語

通過合理設置邊緣排水系統和排水基層排水系統，將路面結構內部積滯水迅速、有效地排除到路面和路基結構外，有利于改善路面的使用性能，并大大提高路面結構使用壽命。

參考文獻：

[1]郝燕明.半剛性基層水泥混凝土路面沖刷破壞機理分析[J].建材與裝飾，2017（35）：232-233.

[2]黃立葵，何慧斌，張迎春，萬劍平.水泥混凝土路面的水沖刷破壞[J].中南公路工程，2003（03）：18-22.

（作者單位：聊城市東昌府區交通運輸局）

作者簡介：姓名：單雙紅（1984-）;性別：女，民族：漢，籍貫：山東高唐人，學歷：本科 ;現有職稱：助理工程師;研究方向：公路工程。