基于早期斷裂病害的農村水泥混凝土路面施工控制技術

劉朝輝

（衡南縣交通運輸綜合行政執法大隊,湖南 衡陽 421100）

農村公路作為聯系城市與鄉村、完善加密區域公路交通網的重要基礎設施，其施工質量和通行能力關系到農村地區的社會經濟發展。在鄉村振興戰略的大背景下，為了實現城鄉一體化發展，提高新型城鎮化發展成色，及時鞏固脫貧攻堅重要成果，繼續推進農村地區公路建設和改造升級已成為必然趨勢。農村公路作為農村重要的交通基礎設施，承擔著農村客運、農村物流及村民日常通行等重要職能。相較于城市道路，農村道路具有交通量小、軸載低、路面凈寬小等突出特點[1]，路面結構形式基本以薄層水泥混凝土路面為主。經總結研究大量工程實踐經驗發現，農村水泥混凝土路面的早期斷裂病害非常普遍，大量農村公路尚未完全通車便出現大面積的開裂病害，嚴重影響了農村公路的服役年限和通行質量，同時造成了較大的資源浪費[2]。為了進一步明確農村水泥混凝土路面早期斷裂病害機理，并能夠給出針對性、有效性的施工處治措施，本文就該問題展開了具體研究，以期實現農村公路水泥混凝土路面工程建設的長期健康發展。

1 水泥混凝土路面特性及早期開裂對路面的影響

1.1 水泥混凝土路面特性

農村公路中水泥混凝土鋪裝占據了絕大多數比重，已成為農村公路中最主要的路面鋪裝形式之一。實踐證明，水泥混凝土鋪裝良好的工程特性、便捷的施工工藝及低廉的施工成本完全迎合了農村公路的建設營運需求。水泥混凝土路面鋪裝與瀝青混凝土、碎石路面等其他鋪裝形式一樣，均具有顯著的優勢和劣勢。本文針對水泥混凝土路面結構形式，全面深入地分析了該路面結構的優劣勢，如表1所示。

表1 農村公路水泥混凝土鋪裝優劣勢一覽表

1.2 水泥混凝土路面早期開裂對路面板的影響

從開裂誘發機理層面分析，早期開裂大致可分為非荷載開裂和荷載開裂兩種。由于農村公路的交通量較低，且車輛軸載較小，故引發荷載開裂的情況較為少見。

非荷載早期開裂病害具有一定的隱蔽性[3]。早期的非荷載開裂裂縫數量和寬度較小，尚不會影響水泥混凝土板的完整性，在后續車輛荷載的持續作用下，早期裂縫持續劣化，最終發展成為嚴重的路面開裂，甚至出現“斷板”事故，將對路面板的正常通行帶來不同程度的干擾和影響。

當路面出現“斷板”事故后，如不及時處置，路面將繼續惡化，最終發展成為破碎板，從而喪失路面維修處置窗口期。

由于水泥混凝土路面具有典型的剛性路面特性，其特性不同于瀝青混凝土等柔性路面，一旦病害嚴重到一定程度，將徹底喪失維修處置機會，后期將面臨大規模的鑿板作業，帶來高額的路面維修養護投資負擔。綜上，水泥混凝土面板早期開裂病害對路面板的影響具有明顯的漸進性特點，其演化歷程如圖1所示。

圖1 水泥混凝土路面板早期開裂病害演化歷程示意

2 農村水泥混凝土路面早期斷裂病害成因分析

工程實踐研究表明，農村公路水泥混凝土路面早期斷裂病害主要受施工階段影響[4]，故本文重點分析施工階段水泥混凝土路面早期斷裂病害成因。

2.1 水泥混凝土路面早期收縮變形影響

早期收縮變形是誘發水泥混凝土面板早期開裂的重要因素之一，主要的干縮成因有干縮、溫縮兩種。

（1）水泥混凝土干縮影響：水泥混凝土攤鋪后，在凝結硬化過程中，由于蒸發速率過快容易導致膠凝材料內的游離水快速散失，進而破壞水泥中的水分平衡，最終造成水泥混凝土體積收縮；受體積收縮影響，因混凝土內部約束明顯，容易在混凝土表面產生較高的拉應力[5]，一旦拉應力超過抗拉強度指標，將產生干縮開裂。干縮裂縫沒有明顯的規律性，其裂縫相關參數如表2所示。

表2 干縮裂縫相關參數

（2）水泥混凝土溫縮影響：受溫度起伏變化影響，水泥混凝土出現因溫度波動導致的膨脹或收縮開裂，且收縮開裂明顯超過膨脹開裂；混凝土澆筑過程中受水泥水化熱影響，導致混凝土內部溫度急劇升高[6]，當水化反應接近尾聲后，隨著熱量的持續釋放，面板內溫度逐步下降，進而形成溫度梯度，誘發溫縮開裂。

2.2 水泥混凝土路面施工工藝影響

施工工藝造成的早期開裂影響主要表現在混凝土拌和及澆筑階段。

（1）混凝土拌和溫度及時間：在夏季炎熱環境下，因沒有提前對集料、拌和用水降溫，導致混凝土初始溫度過高，加之水泥水化熱影響，造成總的溫度梯度較高，誘發更加嚴重的溫縮開裂；由于拌和時間不夠，導致混凝土拌和不充分，造成混凝土實際強度達不到設計要求，削弱了混凝土結構的抗裂性能，進而過早誘發路面板開裂。

（2）混凝土澆筑：非連續性澆筑是造成混凝土路面板開裂的一大因素，受施工現場機械故障、施工組織不到位等因素影響，造成澆筑臨時中斷，新舊混凝土出現交界面，影響其整體的變形協調性[7-8]，進而誘發路面板開裂；受澆筑振搗不良影響，路面板內出現明顯的分層現象，局部甚至出現空洞、密實度不良等問題，為后期開裂埋下較大隱患。

2.3 水泥混凝土路面施工環境影響

施工環境影響集中表現為因混凝土路面板翹曲變形而產生的早期開裂。既有研究表明，面板翹曲伴隨路面板的澆筑、凝結硬化及路面養護全過程，主要形成機理是受溫度梯度下的溫縮及干縮效應的耦合影響。

水泥混凝土路面板一旦發生翹曲變形，沿翹曲邊緣將誘發非荷載開裂，嚴重情況下將劣化為面板斷裂病害。混凝土路面板翹曲變形示意如圖2所示。

圖2 混凝土路面板翹曲變形示意圖

3 基于水泥混凝土面板早期斷裂病害的農村公路施工控制措施

通過上文研究結果可知，施工階段是誘發水泥混凝土路面板早期開裂病害的主要階段[9]，為了加強對水泥混凝土路面板的早期開裂病害控制力度，本文立足于施工階段，擬重點從施工控制、養護控制及施工管理三方面給出切實可行的控制措施。

3.1 水泥混凝土路面施工階段控制措施

施工階段施工控制擬從混凝土拌和、混凝振搗及路面切縫時機等方面著手控制，具體措施如表3所示。

表3 水泥混凝土路面施工階段控制措施

3.2 水泥混凝土路面養護階段控制措施

混凝土路面板澆筑完畢后，應做好路面養生。養生采取常用的灑水覆膜保濕養生方式，保持路面板長期濕潤、清潔。

養生期間應完全封閉交通，禁止一切車輛通行[10]。養生操作人員通行應提前布設木板，以防止應力集中而造成的路面平整度不良。

做好路肩整修，確保排水通暢，避免積水下滲破壞路基層，進而誘發路面板因不均勻沉陷而產生的早期開裂病害。

3.3 水泥混凝土路面施工管理控制措施

應強調從企業自檢方面入手，密切配合施工監理單位和第三方檢測實驗室做好相關工作，從優化施工管理方面控制水泥混凝土路面板早期開裂病害的產生和劣化。

項目部牽頭組建施工現場質控團隊，質控團隊履行施工現場的質量控制和管理工作。具體的質控團隊組成情況如圖3所示。

圖3 質控團隊組成情況

4 結論

綜上，農村公路水泥混凝土路面早期斷裂病害長期困擾著施工人員。為了最大限度控制水泥混凝土路面早期斷裂病害，實現農村公路的長期、健康運營，本文基于混凝土路面板早期開裂影響因素，從施工過程切入，分別從施工工藝、養護工藝及施工管理三方面給出了具體的控制措施，希望為農村公路的可持續發展提供技術參考。