西藏地區水泥混凝土路面裂縫機理分析與處置辦法

王少鋒

（安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230071）

1 水泥混凝土路面出現裂縫的理論原因分析

1.1 水泥混凝土路面“天生”就帶裂紋

水泥混凝土是一種混合材料，有鋼筋混凝土與素混凝土之分，道路路面工程中主要用素混凝土，在彎道、明涵、橋面等位置一般采用鋼筋混凝土。不同于混凝土構件澆筑，水泥混凝土路面施工中一般是長距離一次性澆筑。水泥混凝土拌和、運輸、澆筑會受外界環境因素影響，如溫度、濕度變化，會導致混凝土內部產生體積變形，與骨料的體積變形不一致時，混凝土內部會產生初始應力，內部骨料和砂漿之間的交界面上會出現大量肉眼不可見的裂縫或微裂縫。也就是說，只要是水泥混凝土路面，“天生”就帶裂紋。

1.2 溫度應力裂縫

西藏地區日照時間長、晝夜溫差大，日溫差可達20℃，使得水泥混凝土路面施工受外界溫度影響遠遠大于一般構件的澆筑。在混凝土路面凝結過程中，由于水化熱的作用，內部溫度變化梯度非常平緩，往往是因外界溫度變化大，接觸面積又非常大，導致表面溫度主要由外界溫度決定。因此，混凝土路面白天膨脹、夜晚收縮，初凝階段的強度低，隨著水化熱的釋放，混凝土受到的約束作用和所伴生的約束壓應力也迅速增大，很容易產生裂縫。

1.3 荷載作用的影響

水泥混凝土路面運營期，在車輛荷載作用下，內部的微裂縫引起應力的高度集中，隨著車輛荷載的增加或者增大，在時間作用下會引起應力的高度集中，從而導致微裂縫擴展。此時水泥混凝土路面的應變能與裂縫的平衡呈不穩定狀態，局部位置會產生破損。在車輛超載或者連續荷載長時間碾壓的情況下，局部就會產生通縫，出現病害。

1.4 路基沉降產生的縱向裂縫

西藏地區地廣人稀，交通網絡以三、四級公路為主，為了節約成本，在農村公路建設過程中，水泥混凝土路面取消了水穩層，路面基層一般采用15cm 碎石層。路基質量控制不嚴，會使路基承載力不足，加之山區地形條件復雜，在眾多因素的疊加之下，使得路面貫通裂縫問題尤為顯著，且這種裂縫寬度因荷載大小而異，一般與沉降值成比例。

2 水泥混凝土路面出現裂縫的現實原因分析

對西藏地區通車兩年內出現縱橫向裂縫的9 條水泥混凝土道路進行了實地踏勘，走訪了參與建設的相關人員，結合理論分析，發現這9 條路出現不同程度裂縫的原因如下：

2.1 原材料

第一，設計配合比所用的石子是碎石，但實際施工時采用礫石混凝土，這類混凝土的抗折強度很難達到4MPa，而路面最主要的指標就是抗折強度而不是抗壓強度。

水泥混凝土路面施工現場所用的石子基本是礫石，但西藏地區地廣人稀，各縣很少有專業的碎石場生產碎石，農村公路施工里程短，項目小，施工單位一般也不會投資建碎石廠。加之建設單位技術力量薄弱，管理寬松，基本用礫石拌和。路面混凝土設計配合比用碎石，在施工中改用礫石，施工完成后的表現就是路面縱縫和交叉縫比較多，這即是抗折強度不夠的表現。

第二，所用的砂是各縣生產的本地砂，很少有真正意義上的中砂。且不說是中砂還是細砂，含泥量就是一個很大的問題。具體表現在路面上是會出現一些龜紋，也就是骨料和砂漿的交界面上存在大量的裂縫或微裂縫。這主要是由于砂的含泥量大，導致混凝土本身出現肉眼可以看到的微細裂縫，受荷載作用后應力高度集中，試運營初期，微裂縫處于均勻分布狀態，每一個微裂縫周邊存在一個應力釋放區，也就是常說的損傷區，隨著車輛荷載的不斷增加、增重，應力釋放區面積增大，裂縫開始貫通，最后形成宏觀裂縫，水泥混凝土路面被破壞。

2.2 養生工藝與混凝土施工溫度不合理

2.2.1 養生工藝選擇不合理

養護的目的主要是解決溫度應力的問題，溫度應力的主要表現形式是熱脹冷縮。路面混凝土在終凝之前所受溫度影響主要來自以下方面：外界溫度和本身的水化熱產生的溫度差。外界溫度主要是白天溫度和夜間溫度，在西藏地區，這兩個溫度基本相差在20℃以上，使混凝土產生夜晚收縮和白天膨脹的現象，即便混凝土自身不存在水化熱現象，單20℃的溫差變化也足以使混凝土表面不規則開裂。若是養生期間所選的工藝不合理，沒能有效降低溫差，便會導致混凝土路面出現裂縫。

2.2.2 水泥混凝土路面施工溫度控制不合理

合理選擇水泥混凝土施工時間的目的是解決溫度應力問題。混凝土若未達到終凝狀態，是沒有辦法養護的，只能采取一些防護措施。夏季高溫時段施工，混凝土表面會熱脹；冬季低溫時段施工，混凝土表面會冷縮。在實際施工過程中，夏季時段對施工效果的影響最大，會增加溫度應力的危害[1]。因此，要想更好地保證水泥混凝土路面施工效果，就需要合理選擇施工時間，以有效避免溫度應力對混凝土路面帶來的危害，

2.3 超重超載運輸車輛原因

后期運營階段的治超管理工作不到位，會加劇超重超載現象，影響路面健康。治超管理工作不到位的原因如下：第一，通村公路幾乎是必經之路，且基本只有一條路線，無法繞道，這種現象在西藏地區尤為突出。第二，隨著西藏地區近幾年的大發展，幾乎每個村都有大噸位車輛，超重超載現象時有發生，而進行公路設計時，相關人員的意識還停留在以往的經驗上，認為村道不會走大車，使得公路設計與實際情況不符。第三，各縣交通運輸部門人員不夠用，國道、省道的治超工作尚難以高效應對，使得農村公路治超工作開展不到位[2]。

2.4 路基產生不均勻沉降原因

第一，路基填料控制不合理。規范要求應分層填筑，按填筑厚度選擇最大填料尺寸，要有一定級配，布料過程中防止離析。實際施工過程中，填筑厚度分層不符合規范要求，填料粒徑大，沒有級配，導致孔隙大，后期就會產生不均勻自然沉降。

第二，路基壓實質量控制不合理。填石路段與土石混填路段分層厚度、壓實設備都不同。實際施工中，未按照填料的類型配備相應型號的壓實機械，部分段落壓實寬度不足。西藏地區的山區公路，臨水臨崖段填筑高度比較大，壓實度不足是后期沉降的主要原因之一。

第三，路基填挖交界、橋涵臺背、老路拼寬等位置未采取必要的工程措施。路基填挖交界、橋涵臺背、老路拼寬等位置最容易出現縱向裂縫，縱向裂縫如果處理不及時，加之每年冰凍天氣持續持續時間長，整個路段病害發展很快，極易造成水泥混凝土路面斷板、板底掏空。實際施工過程中需提升碾壓質量，增加土工格柵、鋼筋網片等工程措施，防止路基沉降過大。

3 水泥混凝土路面裂縫預防及處置辦法

3.1 骨料現狀及采取應對措施

西藏地區地廣人稀，部分縣域沒有碎石加工廠。施工單位自己建碎石加工廠，考慮成本等因素，基本很難實現。如果用礫石，施工單位采購方便且運輸距離短，大家也都習慣用礫石了。

施工圖設計中路面抗折強度不小于3.5MPa，抗壓強度C30，否則設計圖紙是通不過審查的。從施工現場了解來看，管理部門主要控制抗壓強度這個指標，抗折強度達不到設計要求，是造成斷板的主要原因。

處置措施：一是管理部門要深刻認識原材料對施工質量的影響程度；二是隨著社會經濟飛速發展，建設一批原材料加工企業，服務基礎設施建設和城市發展；三是依據施工環境、原材料特性合理選擇外加劑類型，調整材料配合比，使礫石混凝土抗折強度滿足設計要求；四是采用礫石拌制鋼纖維混凝土，滿足設計要求。

3.2 原材料質量控制

3.2.1 水泥

西藏地區每個地區都有自己的水泥廠，數量不是很多，基本可以滿足施工需求。缺點是運距長，成本偏高。水泥一般選用強度高、收縮性小、抗凍性好的普通硅酸鹽水泥，初凝時間大于1.5 小時，終凝時間小于10 小時。施工現場水泥存放注意防水、防潮，存放期不得超過3 個月，標號不低于42.5 號。

3.2.2 集料

路用細集料要質地堅硬、細度模數在2.5 以上，符合級配規定的中、粗砂。從了解施工現場來看，砂子普遍偏細，雜質多，含泥量大。粗集料使用符合級配要求的三檔料，不可用不分級的統料，碎石最大公稱粒徑不宜大于31.5mm。處置措施：一是選取相對干凈的河砂；二是選取符合級配要求的碎石，碎石壓碎值符合規范要求，西藏個別地區的碎石質地堅硬，遇水浸泡之后迅速軟化，注意選取合格集料；三是拌和站料場要硬化，分檔存儲，保護好集料清潔度，防止不同級配間粗集料相互串料，確保施工配合比得以實現。

3.3 施工工藝控制

3.3.1 施工放樣

水泥混凝土路面澆筑前需進行施工放樣作業，直線每段10m 一樁，曲線段每4m 一樁（與模板長度同），樁點位置以模板頂為標高，用以控制水泥混凝土路面的頂面高程。

措施：一是路基路面轉序施工時做好檢測，路床頂面高程、平整度、壓實度、路基寬度、縱橫坡；二是在路床頂面恢復中線、放樣高程和測量邊線；三是要注意路面加寬和超高段的施工放樣。

3.3.2 路面基層處理

（1）路面面層施工之前，對所有推移、下沉、松散的水穩基層應清除，并使用素混凝土換填。處理不徹底，造成基層和面層中間夾雜一層軟弱層，也是運營后出現裂縫、斷板的原因之一。

（2）基層產生縱向裂縫時應分析原因，是強度過高造成的收縮裂縫還是路基沉降產生的裂縫，可以挖開從斷面處判斷裂縫產生原因。按照產生原因采取相應處置措施，注意拼接處挖臺階分層填筑。

（3）基層需要進行大面積填補時，一般有三種做法：一是直接用面層混凝土一次性澆筑，加厚了混凝土路面的厚度，這時要注意收縮裂縫的發生；二是用碎石填補，這種辦法經濟有效，施工中缺少對碎石的碾壓，松散的碎石層不但會破壞路面混凝土的和易性，從而降低其強度，同時也是一個軟弱層，增加荷載時會被擠壓下沉導致板面斷裂。

3.3.3 安裝模板

（1）模板要有一定的強度和剛度，最好用鋼模，對于損壞或變形的模板予以更換。

（2）模板的安裝應穩固、順直、無扭曲，相鄰模板連接應緊密平順，不得有漏漿，前后錯茬、高低錯臺等現象，保證混凝土澆筑過程中不產生變形、位移現象[3]。

（3）內側固定鋼釬和外側受力鋼釬不能高于模板，以防阻礙振動梁平順通過。

3.4 混凝土的拌和和運輸

第一，拌和過程中，需準確控制砂、石子、水泥的用量，且要隨時抽檢，確保按照施工配合比要求拌和。

第二，嚴格控制原材料的含水量。拌和前，實測砂、石的含水量，通過試驗確定調整后的施工配合比。

第三，應嚴格控制水泥混凝土拌和物的坍落度。坍落度指的是水泥混凝土的和易性，水灰比、砂率、水泥品種、骨料性能、外加劑等都容易影響和易性，因此需加強對這些因素的控制。

3.5 混凝土澆筑

3.5.1 水泥混凝土攤鋪

松鋪系數控制在K=1.1～1.25 之間，料偏干，取較高值；反之，取較低值。人工補料時，嚴禁拋擲和摟耙，以避免石子和混凝土漿分開，導致離析現象，影響攤鋪效果。

3.5.2 水泥混凝土振搗

每車道使用兩根振搗棒同時振搗，按順序振搗，再用平板振搗器縱橫交錯托振。并且應嚴格控制振搗時間，以停止下沉、不再冒氣泡并泛出水泥砂漿為準，不宜過振。振搗過程中，應輔以人工補料，隨時檢查模板、拉桿、傳力桿的位移和漏漿情況，若出現這類現象應及時糾正。

3.5.3 振動梁振實

每車道路面宜使用1 根振動梁，且振動梁應具有足夠的剛度和質量，施工時，振動梁應垂直路面中心線沿縱向拖行，往返2～3 遍，使表面翻漿均勻平整。

4 結語

通過對西藏地區這9 條通車兩年內水泥混凝土路面進行踏勘、走訪，分析裂縫產生成因，公路建設和病害治理工作需要以現代化管理理念以及科學的管理體系為支撐，以專業的道路工程技術人員為抓手，配合高效的管理流程來保證路面施工質量。施工企業需要不斷提升自身的管理水平，完善管理體系，培養一批專業技術人才，以提升企業綜合管理水平作為基礎工作開展。

從裂縫產生原因來看，加強對原材料和施工過程技術管理是關鍵。一個一個新建項目需要持續優化水泥混凝土的設計配合比，對提升水泥混凝土的抗裂性能都是很有效的，同時應該對已有的經驗不斷總結和交流，由此提升水泥混凝土道路的施工整體質量，減少裂縫的產生，延長道路使用壽命。