公路工程施工中水泥混凝土路面裂縫成因與解決方法

崔清柱

（浙江通衢工程管理有限公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

水泥混凝土是公路工程路面施工中最常用的材料之一，雖然混凝土結構有良好的強度，但在環境與荷載等因素的持續作用下，可能產生裂縫病害，影響路面結構的正常使用。如果裂縫問題未能及時發現和解決，將造成更嚴重的結構破壞，這對公路車輛的正常和安全通行是極為不利的。此研究針對水泥混凝土路面裂縫問題，一方面明確了導致混凝土路面開裂的具體原因；另一方面則針對不同的裂縫問題，提出了合理可行的解決方法。

1 公路水泥混凝土路面裂縫產生的原因

1.1 路面厚度

在確定路面厚度時，需要將設計使用年限范圍內累計當量軸次作為參考依據。事實上，無論按照標準車軸載還是按照非標準車軸載，實際軸載都比設計值大很多。基于此，設計路面實際承受的當量軸次遠遠超過設計依據條件下的累計當量軸次。在這種情況下，導致部分新建路面產生早期裂縫病害的主要原因，就是在較短的時間內就達到了累計當量軸次[1]。

1.2 基層影響

基層結構的強度與穩定性直接影響面層結構，如果基層施工過程中對松鋪系數的控制不嚴格，則很可能需要進行二次補加層，當二次補加層和基層之間不能緊密連接時，由于補加層自身厚度通常很小，所以很容易發生松散，導致路面產生破壞。此外，當地基強度分布不均勻，在路基施工時使用的填料較為混雜或未能有效壓實，可能引起路面不均勻沉降，使施工完成后的基層結構不平整，這樣會直接影響到面層厚度的均勻性，此時受行車荷載與溫度翹曲應力連續作用后，在路面上產生應力集中的現象，在應力超出結構自身極限強度后，在結構薄弱部位就會出現裂縫[2]。

1.3 路面窨井與管線

路面窨井周圍是路面施工薄弱部位之一，施工時通常借助推土機在窨井周圍回填塘渣，使窨井邊緣處堆積大量塘渣，由于窨井周圍很難使用壓路機碾壓，所以會產生應力薄弱部位，這就是窨井周圍容易產生裂縫的根本原因。另外，如果路面下部的雨污水管發生滲漏，會使路基直接受到雨水沖刷作用，導致路面開裂[3]。

1.4 混凝土質量

不同強度標號與類型的水泥材料混合使用，由于不同水泥的硬化時間和收縮量都不相同，所以施工中可能產生裂縫；當混凝土生產所用集料的質量不合格時（如含堿量超標等），也有可能引起裂縫；當混凝土攪拌時間不足時，會使混凝土不均勻，進而導致面層強度存在明顯差異，實際的硬化時間與收縮量與設計值均不相同，從而產生裂縫；當混凝土攪拌時間太長時，可能使骨料發生破碎或離析，對硬化后混凝土強度造成不利影響，導致開裂；做好養護是促進強度形成與避免收縮裂縫產生的關鍵，所以必須重視并做好養護，在混凝土表面開始收漿后立即進行覆蓋，并均勻灑水，同時確保養護持續足夠的時間，養護持續時間以強度增長狀況為依據，通常要達到14～21d[4]。

1.5 橫向縮縫質量

通過設置橫向縮縫能夠有效降低收縮與翹曲應力，在實際的混凝土施工過程中，切縫作為重要工序，若不加嚴格控制，則很有可能導致開裂。對于切割時間，一般在混凝土實際強度達到設計值的25%～30%時進行，如果切縫進行得太早，則粗骨料可能跳脫；而如果切縫進行得太晚，則產生的拉應力可能超過混凝土自身容許值，導致混凝土板產生開裂。在氣溫較高的情況下，混凝土的強度增長速度會加快，所以要適當提前切割，在早晚溫差相對較大的季節，也應適當提前切割。在確定具體切縫時間的過程中，要嚴格遵循“能切就切”和“寧早勿晚”的基本原則。在選擇切割機時，優先考慮轉速高和不會產生較大振動的類型，以便于現場操作，防止造成太大的施工干擾。對于切割深度，在沒有特殊要求的情況下，按照混凝土面板厚度的20%～25%進行控制，如果切割深度太大，則會影響面板之間的荷載傳遞，而如果切割深度不足，則會導致強度削弱，使面層表面產生大量不規則裂縫。對于接縫料，這是確保混凝土面板得以正常使用的重要組成部分之一，一旦處理不到位，很容易產生路面質量問題[5]。

1.6 拉桿與傳力桿

拉桿與傳力桿都是混凝土路面結構的重要組成部分，脹縫傳力桿的質量控制要點包括：在傳力桿一端均勻涂抹瀝青，并連接管套，使伸縮距離達到要求；傳力桿設置完成后應和路面保持平行，使伸縮方向達到要求。如果前者處理不到位，則會使縫端的混凝土產生擠裂；而如果傳力桿設置好后未能和路面保持平行，則混凝土面板產生伸縮時，會使混凝土面板受到更大的壓應力作用，最終導致面板產生拉裂。

對于橫向施工縫部位的傳力桿，一般使用光圓鋼筋，將鋼筋的一半均勻涂抹瀝青后，可發生滑動。現場施工中，為了方便，很多施工單位都選用螺紋鋼，以省去涂抹瀝青的步驟。在施工縫兩側進行混凝土澆筑施工時，由于澆筑時間不同，所以混凝土凝結時產生的收縮也無法保持同步，導致傳力桿無法正常伸縮，產生薄弱部位。在混凝土面板受到荷載等外界因素的持續作用后，就會在薄弱部位出現裂縫[6]。混凝土面板上的縱縫通常包含兩種類型，即縱向縮縫與縱向施工縫，這兩種縱縫都需要設好拉桿。拉桿大多使用螺紋鋼，其長度要與設計要求完全相符，使其和混凝土之間有足夠黏結力，同時還要保證拉桿的間隔距離和直徑。如果拉桿的設置無法提供充足拉力，則會在混凝土面板產生收縮的過程中，導致縱縫被拉裂。

1.7 溫度變化

水泥混凝土是一種熱脹冷縮性質顯著的材料，如果內、外部溫度產生大幅度變化，則可能使混凝土面板發生變形。當這種變形受到約束作用時，則會在結構當中產生一定應力，在這一應力超出混凝土面板自身抗拉強度后，就會產生開裂，這種由溫度原因導致的裂縫，一般被稱為溫度裂縫。不同于其他類型的裂縫，混凝土面板上的溫度裂縫會由于溫度變化發生擴張或合攏。在實際情況中，導致溫度發生變化的因素包括：年溫差、日照水平、驟然降溫、水泥水化放熱、養護方式、冬季施工時未能制定有效措施等[7]。

1.8 過早開放路段的交通

如果路段開放交通的時間過早，由于混凝土還沒有形成足夠的強度，無法承受外部荷載作用，導致路面開裂。對此，在實際工程建設過程中，必須通過綜合考慮路段自然氣候與結構條件，確定適宜的路段交通開放時間，并在封閉時間內做好成品保護工作，以免施工完成的混凝土路面遭到破壞。

通過以上分析可知，導致公路水泥混凝土路面產生裂縫的原因，除了和設計施工環節關系密切以外，還和路面形成以后的通車運行及養護有關。基于此，要想從根本上消除裂縫，延長結構使用壽命，保證工程的投資效益，需要負責設計、施工與使用養護的各方都嚴格把關，嚴格按照相關規范和標準，充分考慮工程實際情況，履行好各自的義務與職責。

2 公路混凝土裂縫解決方法

2.1 裂縫修補

當水泥混凝土路面因開裂導致強度大幅度降低時，可使用包含環氧樹脂類材料在內的補強材料進行處理；如果路面只有貫穿裂縫存在，整個面板的強度依然可以達到要求，則可使用包含聚氨酯類灌漿材料的密封修補材料進行處理。目前常用的方法包括以下幾種：

2.1.1 直接灌漿

該方法主要用于對不具備擴展性質的收縮裂縫進行修補，施工時先將裂縫清理干凈，再于裂縫中和路表面均勻涂抹底膠，其厚度按照0.2～0.4mm的范圍控制，底膠的實際用量應達到0.15ɡ/m2，將灌漿材料準備好以后，將其灌入裂縫中，待灌漿材料固化后，方可開始通車。

2.1.2 壓注灌漿

該方法主要用于寬度不超過0.5mm且不具備擴展性質的收縮裂縫的修補，若現場備有注射器，則還能對縫寬為3mm的裂縫進行修補。施工時，先將裂縫清理干凈，并配制灌縫材料，再借助壓縮空氣噴嘴或注射器進行灌漿，通過適當的加熱使灌縫材料達到固化，最后方可通車。

2.1.3 擴縫灌注

該方法主要用于寬度不超過3mm的裂縫的修補，施工時先沿裂縫走向借助沖擊鉆出寬度在1.5～2.0cm范圍的縫槽，其深度不能超出面板厚度的2/3，然后將縫槽中的碎屑、浮灰清理干凈，接著使用粒徑在0.3～0.6cm范圍內的石屑將縫槽填滿，要注意填料含泥量不能超過1%，最后使用提前配制好的注漿材料進行灌縫，通過適當的加熱達到固化后，即可恢復路段通車[8]。

2.1.4 條帶罩面

該方法主要用于中等裂縫的修補，施工時，先沿裂縫走向在兩側分別15cm的位置切割出深度在7～10cm范圍內的橫縫，并將切縫范圍內的混凝土鑿除；然后在裂縫兩側10cm按照50cm的間隔距離設置鈀釘孔，同時在相鄰兩個鈀釘孔之間設置兩個和鈀釘直徑相同的鈀釘槽，鈀釘使用長度為20cm、彎鉤長度為7cm的φ16鋼筋，在安裝鈀釘前需要在孔槽中充填快硬砂漿。將縫槽內部切割完成并鑿毛后進行表面清理，之后在待修補的表面均勻涂刷一層配比與混凝土相同的水泥砂漿，為之后的快硬混凝土澆筑施工創造良好的條件，將混凝土澆筑完成后，通過均勻噴灑養生劑進行路面養生，最后利用切割機進行切縫，在縫槽中灌入填筑料。

2.1.5 全深度補塊

該方法主要用于寬度達到15mm以上或錯臺達到12mm以上的裂縫的修補，通過混凝土補塊能使板塊之間的荷載傳遞能力得以恢復，并限制垂直方向上的變形。該方法可進一步細分成以下幾種：集料嵌鎖法，主要用于無筋混凝土路面的接觸面交錯的接縫中；刨控法，還可稱為倒T型法，由于缺少水平邊連接的接縫系統，所以只能在縫的其中一側恢復荷載傳遞功能；設置傳力桿法，主要用于氣溫較低地區所受交通荷載相對較大的混凝土路面。進行全深度補塊時，先切除已經損壞的部分，鋸縫位置應和破損處保持30cm以上的距離，在保留的板底邊緣處，于內側4cm左右的位置鋸深度為5cm的縫，并清理切割產生的混凝土塊；對下部墊層或基層進行檢查，確認表面密實，經檢查確認合格后，進行灑水潤濕；使用配合比與設計、與規范要求相符的混凝土進行攤鋪，并在攤鋪的同時做好振搗與刮平，最后用養護劑進行養生。在攤鋪完成后的12h以內，需將縮縫鋸到面板厚度1/4處，并在縮縫當中填入接縫材料，混凝土攤鋪完成后的5d時間內結束接縫封縫。

2.2 局部修補

水泥混凝土路面常用的局部修補方法為：第一，當面板上存在輕微裂縫，并伴有輕微剝落現象時，先沿裂縫走向鑿出深度在5～7cm范圍內的矩形槽，將槽壁清洗干凈后用具有快凝性質的小石子混凝土填充密實。第二，當裂縫寬度較大同時伴有輕微剝落現象時，應向裂縫兩側分別擴張20cm鑿除深度為面板厚度1/2的縫槽，然后在縫槽底部裂縫兩側沿與中線保持平行的方向，按照30～40cm的間隔距離設置孔洞，孔洞的深度應貫穿到基層頂部，將凹槽與孔洞均清理干凈后，設置II級鋼筋，并用標號較高的砂漿進行填塞，最后用標號和路面相同的混凝土澆筑到與路面平齊，為了使局部修補的部位盡快成型、縮短路段封閉時間，可使用快硬混凝土。第三，在縫槽邊緣兩側設置直徑為4cm、深度為10cm的孔洞，相鄰兩個孔洞的水平方向間隔距離按照30～40cm的范圍控制[9]。打孔完成后，將其內壁潤濕，然后插入長度為20cm左右、直徑在18～20mm范圍內的鋼筋，插筋完成后在孔洞內填入快凝砂漿，并通過適當的插搗達到密實。待孔洞中的砂漿達到硬化狀態后方可開始混凝土澆筑，直到與原路面保持齊平。為了使局部修補的部位盡快成型、縮短路段封閉時間，可使用快硬混凝土。

2.3 換板

當水泥混凝土面板嚴重斷裂且裂縫部位伴隨嚴重剝落，導致整塊面板分為至少三塊，存在錯臺或斷裂并有活動跡象的斷板時，應采取換板的方法進行處理。施工前先做好路基及基層結構的處理，再用具有快凝性質的材料對混凝土板進行重新澆筑，在條件允許的情況下也可使用預制塊或條塊石。當檢查發現路基結構的穩定性相對較差或沉降未能完全結束時，建議使用預制塊進行換補，相鄰兩個修補塊之間的縫隙應使用水泥砂漿進行填塞，以此避免滲水破壞。

3 結語

綜上所述，水泥混凝土路面裂縫是公路工程施工中最常見的質量問題，以上對路面混凝土裂縫產生原因進行了分析與總結，并提出了相應的解決方法，旨在為實際的公路工程水泥混凝土路面施工提供技術參考，有效防止裂縫病害的產生。