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水泥混凝土路面常见病害成因分析与防治
《路桥工程施工技术》期末论文

水泥混凝土路面常见病害成因分析及防治

院 系： 建筑工程学院
班 级： 09土木工程
姓 名：
学 号： 09031106
指导教师：
完成日期： 2012.5.28

目录
摘要： 1
1 引言 1
2 常见病害类型 2
2.1 断裂 2
2.2 碎裂 2
2.3 拱起 2
2.4 唧泥 2
2.5 错台 3
3 常见病害成因分析 3
3.1 水的防治不够 3
3.2 路基不均匀沉降 3
3.3 路面基层、面层强度不足 4
3.4 超重荷载的作用 4
3.5 设计和施工缺陷 4
4 水泥混凝土路面病害的预防措施 5
4.1 设计方面 5
4.2 施工方面 5
4.2.1 对排水现状进行根治 5
4.2.2 材料质量的控制 6
4.2.3 混凝土施工 6
4.2.4 接缝施工 7
4.3 养护方面 8
5 水泥混凝土路面维修 8
5.1 裂缝修补 8
5.2 接缝修补 8
5.3 脱空板块处治技术 9
5.4加铺沥青层 9
5.5 脱空板块处治技术 9
5.6加铺沥青层 10
6 结语 10
参考文献 11

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水泥混凝土路面常见病害成因分析及防治

摘要：路面直接承受交通荷载的作用，受气候、水、温度等因素的直接影响，因而在使用过程中是最容易受到破坏的结构层。水泥混凝土路面病害主要表现为裂缝、沉陷、严重破碎板、板角断裂、唧泥、错台、接缝材料破损等。分析水泥混凝土路面的病害及其成因，研究预防和治理水泥混凝土路面常见病害的措施，对于提高施工质量和降低施工成本具有重要的意义。
关键词：水泥混凝土路面、病害、成因、预防、维修

1 引言
水泥混凝土作为建筑材料使用于铺筑路面最早出现在英国，随着水泥混凝土路面修筑技术的日臻完善，水泥混凝土路面发展的速度较快，在技术、经济上也将显示出明显的优势。我国水泥混凝土路面的发展起步虽然较晚，但是近年来由于社会经济的不断发展，我国水泥混凝土路面增长速度加快。而且已经成为目前世界上拥有水泥混凝土路面里程最多的国家之一。
水泥混凝土路面快速发展及其自身所具有的优点是密不可分的，比如在城市道路及高等级公路建设中水泥混凝土路面具有表面平整、行车舒适、强度较高、稳定性好、耐久性好、抗滑性好、施工周期短等优点。但是它也有缺点，主要表现在对水泥需求量大，路面有接缝毁损后修复困难，行车时噪声大且抗折强度低，对地基稳定性要求高。
然而水泥混凝土路面的迅速增长，水泥路面的许多病害也逐渐体现出来。引起各种病害的原因是不相同的，有外界因素，设计缺陷、 施工问题及养护等原因，针对水泥路面不同的病害，采取相应的防治措施。

2 常见病害类型
2.1 断裂
路面板内的应力超过混凝土强度会出现横向、纵向、斜向或板角的拉断或折断裂缝。严重时，裂缝交叉而使路面板破裂成碎块。其原因是多方面的，如板太薄或轮载过重和作用次数过多，板的平面尺寸太大，地基下沉过量或不均匀下沉使板底脱空失去支撑，施工养护期间收缩应力过大或混凝土强度不足等。断裂的出现，破坏了板的结构整体性，使板丧失应有的承载能力。
2.2 碎裂
在接缝附近数十厘米范围内的板因受挤压而碎裂。胀缝内的滑动传力杆排列不正或不能正常滑动，缝隙内有混凝土搭连或落入坚硬的杂屑等，使路面板内的伸胀受到阻碍，在接缝处边缘部分产生较高的挤压应力而剪裂成碎块。
2.3 拱起
混凝土路面板在膨胀受阻时，接缝两侧的板突然向上拱起。这主要是板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌满缝隙，致使板受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。
2.4 唧泥
车辆行经接缝或裂缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象称为唧泥。在轮载的频繁作用下，基层产生塑性变形累积而同混凝土板脱离接触，水分沿缝隙下渗而积聚在脱空的间隙内，又在轮载作用下积水变成有压水，并同基层内浸湿的细料混搅成泥浆，再沿缝隙喷溅出来。唧泥会使路面板边缘和角隅部分逐步失去支撑，进而导致断裂。
2.5 错台
错台是指接缝或裂缝两侧路面板端部出现的竖向相对位移。横峰处传荷能力不足，车轮经过时相邻板端部会出现挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被冲蚀的碎屑向后方板下运动，把该板抬起。胀缝下部填缝板及上部缝槽未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，使缝旁两端在伸胀挤压过程中，会上下错位而形成错台。错台的出现，降低了行车的平稳性和舒适性。

3 常见病害成因分析
从目前产生的病害来分析，主要原因有以下几种：
3.1 水的防治不够
水的防治不及时，是产生病害的主要原因。水泥路面的横向缝都是采用沥青灌塞，纵缝为施工缝不灌沥青。路肩盲沟排水的设置基本没有设置。经过多年的行车作用，路面板块间相互挤压，原路面横缝的填缝料已剥落破损。路面的地表水通过裂缝接缝渗入基层，由于渗水无法从路肩渗出，造成基层软化。在车辆荷载的重复作用下，产生唧泥现象将基层细料冲走导致板端脱空、路面板块松动、错台、板角冒浆，最后开裂断板破碎。
3.2 路基不均匀沉降
路基不均匀沉降造成板断裂和破碎。病害大部分分布在路基填挖交界段，高填方路段及路面及桥涵等构造物交接路段，造成路面病害的主要原因是路基的不均匀沉降引起的，因为路基的不均匀沉降造成路面的沉陷，在车辆高速冲击作用下造成错台渗水、唧泥导致断裂和破碎板。
3.3 路面基层、面层强度不足
路面基层和面层强度不够也是造成破碎板的原因。现在公路路面面层厚度为24㎝、基层厚度为25～30㎝，采用石灰及粉煤灰稳定碎石结构。作为砼路面基层，首先要求强度高、整体性和水稳性好。从现场观察到的二灰基层来看，其强度本身不是很好，加上基层施工拌和不够均匀，压实不够等施工原因造成基层不板结，局部地方还有松散现象，基层强度难以满足设计要求。在行车荷载作用下，砼板底的拉应力增大，甚至在超载超限车的作用下，砼板可能产生过大的荷载应力而造成强度破坏。另外，由于种种原因原砼路面施工局部地段厚度达不到设计厚度，砼配合比也达不到设计要求，从而降低砼路面的强度，在荷载强作用下，砼路面无法承受荷载带来的竖向剪切力从而导致路面断板、碎破板。
3.4 超重荷载的作用
超重荷载的作用也是造成砼路面断板、碎板的主要原因。随着经济的发展，车流量不断增加，加上绝大部分的车辆已经进行改装，加高车厢，加厚大梁等等，严重超载的荷载远远超过了设计承受车轮的作用压力，造成砼板块疲惫，形成断裂和破碎，大大缩短正常使用年限。
3.5 设计和施工缺陷
设计和施工方面缺陷隔敢导致砼路面各种病害的产生。观察车流量大的路段，路面病害变化最快，原因是设计对交通量猜测计算不够准确，基层、面层设计厚度设计偏薄，设计时当量轴载由于都按当地车型额定载重进行换算。近几年来交通量迅增，超载超限车辆不断增多，这种设计换算当量轴载已不适应，按当时砼路面设计规范，这样会大大影响砼路面的寿命。

4 水泥混凝土路面病害的预防措施
水泥路面病害的预防，必须增强对水泥混凝土路面技术性能的认识，加强设计、施工、养护三个方面工作，从源头进行预防。
4.1 设计方面
我国在水泥混凝土路面的设计计算理论中，尽管考虑了温度疲劳应力等因素。但设计的板厚依然较薄，难以承受巨大的冲击破坏动能。在实际应用中，重视应力计算，而对水泥混凝土路面的典型结构的研究和实际观测的较少。因此在水泥混凝土路面设计中，应该由静力学向动力学发展。在充分考虑冲击动荷载对路面的作用 后，适当提高技术标准和设计厚度，以适应我国公路不断增长的交通量的需要；在软基路段，桥头下挖路段和填挖路段交换频繁的路基上必须深挖进行补强设计并增 加相应的预算；其次，水泥混凝土路面基层要达到支撑稳固的要求，必须解决基层耐冲刷和弯沉均匀性问题，即要选用适合本地区气候特点和交通量要求的基层材料 类型，合理地设计性能优良且适宜摊铺的集料级配；在对高填方软基和台背填土进行认真处置的基础上，如果可预见沉降变形过大，可采用薄层沥青混凝土或砌块的 过度路面形式；待沉降稳定后，再施工永久混凝土路面板；在路基基层下，地下水位高和多雨地区，应考虑设计一定厚度的渗透排水砂砾垫层。严寒地区应综合考虑 设计排水和防冻垫层。同时，保证接缝质量是防止水泥混凝土路面破坏的关键，根据当地自然条件胀缝尽量做长，因此在接缝设计中应选用合理的接缝型式和优良的 填缝材料。

4.2 施工方面
施工技术及措施，是预防水泥混凝土路面病害的最关键的方面。下列措施是从施工方面进行的有力预防：
4.2.1 对排水现状进行根治
疏通排水沟，清理阻挡水通往排水沟的杂物，另一方面要防止人为地阻断排水，保证在路面上少积水、不积水。构建科学的排水设施,防止路表水渗入，还必须重视路面排水系统的养护，加大资金投入配套完善修建边沟等排水系统，经常疏通路面排水设施，防止水通过接缝或裂缝对路面造成破坏。
4.2.2 材料质量的控制
首先是对材料进行检验，杜绝不合格材料进入拌合现场；严格控制配合比，每天进行2次碎石含水量分析，以便确定拌合水的最佳用量；彻底清除垫层表面的浮砂、浮土和杂物，如局部地段垫层损坏，则清理干净后用二灰混合料填补并碾压，经洒水后再正式摊铺二灰层；对拌好的混合料进行压实试验，以便确定压缩系数或松散系数，以此确定每个断面的松铺厚度，由于配合比和材料的差异，每天应首先做松散系数的试验，然后再进行大面积摊铺；摊铺时对宽度、高度、平整度和横坡度进行质量监控。
4.2.3 混凝土施工
严格控制水泥、骨料、砂的各项技术指标，配合比要符合规范要求。根据拌合物的黏聚性、均质性及强度稳定性经试拌确定最佳拌合时间。搅拌过程中，应对拌合物的水灰比及稳定性、坍落度及均匀性、坍落度损失率、振动黏度系数、含气量、泌水率、视密度、离析等项目进行检验及控制，均应符合质量标准的要求。应根据施工进度、运量、运距及路况，选配车型和车辆总数。不同摊铺工艺的混凝土拌合物从搅拌机出料到运输、铺筑完成的允许最长时间应符合规定。
　 模板宜采用钢模板，弯道等非标准部位以及小型工程也可采用木模板。模板应无损伤，有足够的强度，内侧和顶、底面均应光洁、平整、顺直，局部变形不得大于3mm，振捣时模板横向最大挠曲应小于4mm，高度应及混凝土路面板厚度一致，误差不超过±2mm，纵缝模板平缝的拉杆穿孔眼位应准确，企口缝则其企口舌部或凹槽的长度误差为钢模板±1mm，木模板±2mm.
钢筋安装前应检查其原材料品种、规格及加工质量，确认符合设计要求及规范规定；钢筋网、角隅钥筋等安装应牢固、位置准确。钢筋安装后应进行检查合格后方可使用．传力杆安装应牢固、位置准确。
对于半干硬性现场拌制的混凝土一次摊铺容许达到的混凝土路面板最大板厚度为22～24cm；塑性的商品混凝土一次摊铺的最大厚度为26cm.超过一次摊铺的最大厚度时，应分两次摊铺和振捣，两层铺筑的间隔时间不得超过3Omin，下层厚度约大于上层，且下层厚度为3/5.每次混凝土的摊铺、振捣、整平、抹面应连续施工，如需中断，应设施工缝，其位置应在设计规定的接缝位置。振捣时，可用平板式振捣器或插入式振捣器。施工时，可采用真空吸水法施工。其特点是混凝土拌合物的水灰比比常用的增大5%～10%，可易于摊铺、振捣，减轻劳动强度，加快施工进度，缩短混凝土抹面工序，改善混凝土的抗干缩性、抗渗性和抗冻性。
水泥混凝土路面面层混凝土浇筑后，当混凝土终凝前必须用人工或机械将其表面抹平。当采用人工抹光时，其劳动强度大，还会把水分、水泥和细砂带到混凝土表面，以致表面比下部混凝土或砂浆有较高的干缩性和较低的强度。当采用机械抹光时，其机械上安装圆盘，即可进行粗光；安装细抹叶片，即可进行精光。另外为了保证行车安全，混凝土表面应具有粗糙抗滑的表面。
4.2.4 接缝施工
纵缝应根据设计文件的规定施工，一般纵缝为纵向施工缝。拉杆在立模后浇筑混凝土之前安设，纵向施工缝的拉杆则穿过模板的拉杆孔安设，纵缝槽宜在混凝土硬化后用锯缝机锯切；也可以在浇筑过程中埋人接缝板，待混凝土初凝后拔出即形成缝槽。锯缝时，混凝土应达到5～10Mpa强度后方可进行，也可由现场试锯确定。横缩缝宜在混凝土硬结后锯成，在条件不具备的情况下，也可在新浇混凝土中压缝而成。锯缝必须及时，在夏季施工时，宜每隔3～4块板先锯一条，然后补齐；也允许每隔3～4块板先压一条缩缝，以防止混凝土板未锯先裂。横胀缝应及路中心线成90°，缝壁必须竖直，缝隙宽度一致，缝中不得连浆，缝隙下部设胀缝板，上部灌封缝料。胀缝板应事先预制，常用的有油浸纤维板（或软木板）、海绵橡胶泡沫板等。预制胀缝板嵌大前，应使缝壁洁净干燥，胀缝板及经壁紧密结合。
4.3 养护方面
水泥混凝土路面的局部损坏，如不及时、有效地加以修复，往往会引起损坏迅速发展，其中最经常也是最不能忽视的工作就是随时清扫 和接缝的养护，对混凝土路面必须经常清扫，不让路面上有碎石及其他硬物，免受车轮反复碾压而破坏路表面造成麻面的产生，为防止接缝的失效必须及时更换已老 化或损坏的填缝料，使接缝填料保持良好的状况，以防止泥土、砂子、石子、水等进入接缝内，从而导致路面的破坏，对路面裂缝及早期病害，应及时进行修复处 理，防止形成进一步的破坏。
公路的养护、管理部门，除了日常的养护工作外，应定时组织进行路况调查，及时制定养护工作计划，确定养护内容，规范养护工作，提高养护队伍素质和机械化的水平，确保公路养护的质量，此外，还应加强路政的管理，严格控制超载车辆的行驶。

5 水泥混凝土路面维修
5.1 裂缝修补
水泥混凝土路面裂缝型式多样,处治时要根据具体情况采用相应的技术措施。缝宽不足0.5mm的非扩展性表面裂缝,采用压注灌浆法;局部性裂缝,且缝口较宽时,采取扩缝灌浆法;对贯穿全厚的裂缝,采用条带罩面法。对裂缝宽度大于3mm的裂缝,用环氧树脂及固化剂搅拌均匀后直接灌注。
5.2 接缝修补
接缝施工时,为保证清缝质量,对杂物充填较多的纵缝,必须用切缝机切割,其它缝也应用铁铲对杂物和老化的填料进行清理,然后用高压气体吹净。对加热型填缝材料,按规定进行熔化,使其具有较好的流动性,加热温度不宜过高、过低,时间不宜过长,以避免材料老化或流动性较差。用黄油枪或扁嘴铁壶沿缝方向均匀浇灌加热后的填缝料至缝填满为止(不宜过高或过低),灌缝深度至少应大于1.5cm。灌缝应在路面干燥及路面板下没有积水时进行,保证填料及缝壁粘接牢固且不被高压水剥离、挤出。根据填缝料性质,做好施工交通控制工作,待填缝料冷却后开放交通(一般需30min),以免其被行车粘掉。坚持周期性养护,根据填料有效使用寿命,对全部构造缝进行全面清缝和普灌,其后每年入冬和雨季之前进行补灌,保证构造缝全部密封。
5.3 局部修补
对出现错台的板块,先采用压浆调整,恢复平顺,调整后仍有高差,且错台量小于10mm,可用建筑磨平机打磨掉高出的部分或人工凿除高出部分,凿除(打磨)宽度一般为10～30cm。错台量大于10mm的,在低的一侧用沥青砂或细粒式沥青碎石衬平,衬补长度按高差的1～2%,也可用聚合物水泥砂浆薄层修补。修补前应用钢丝刷将原路面清理干净。大面积麻面、露骨、平整度差等结构性病害,常采用沥青混凝土罩面处理,处理厚度应大于2.5cm,罩面前要对破碎板及整个路面进行修补和压浆处理。一般的麻面可不作处理,只对露骨严重部分作整段处理,可用聚合物砂浆作薄层处理。
5.4 破碎板块修补
采取换板方式处理水泥混凝土路面严重破碎板,即挖除整块破碎板,然后浇筑水泥混凝土,板厚及原面板厚度一致,但一般不宜小于24cm,否则可采用钢筋混凝土进行修复。板角断裂等破损采用局部修补方式,即对板角断裂的部分渐除成正方形或矩形,在原板壁上加装传力杆后,在凿除位置浇筑混凝土。其具体工艺流程为:板块破碎、凿除→基底清理→补设拉杆、传力杆→混凝土拌和及运输→钢筋网制作→混凝土浇筑→接缝设置→养生。
5.5 脱空板块处治技术
路面使用期间出现的裂缝、破碎板儿乎都及板底脱空有关。即使一些当时看来既没有破碎又没有裂缝的板块,其板底仍可能存在脱空,这种病害较隐蔽,但其危害性却非常之大。在路面修复中,若脱空板不处理,即使加铺层达到20cm以上,也无法防止反射裂缝的出现。板底脱空可使用钻孔压浆法处理,此法是借鉴后张法预应力构件的孔道压浆原理,在混凝土面板底部有脱空处钻孔,通过孔洞利用高强压力将流质材料压入脱空空隙,流质材料凝固后产生一定的强度,对面板产生均匀承托的作用,进而达到稳固板块的目的。
5.6加铺沥青层
加铺沥青层是旧水泥混凝土路面有效的补强措施之一,不仅提高了路面的承载能力,消除了原有接缝处易产生卿泥、断裂、脱空等多种病害的不利影响,同时也提高了路面平整度和抗滑能力,改善了路面使用性能,提高了路面服务水平,目前在城市道路水泥混凝土路面维修工程中逐渐推广应用。

6 结语
道路任何病害的产生都直接或间接反映了工程的施工质量。最佳的防治时机在施工阶段，最好的治理方法就是防范于未然。在建设工程中科学管理，质量层层把关，能最大限度地减小路面病害的发生率。对已经出现和形成的病害，应查明原因，对症下药。同时还应从道路养护、制止超载等人的因素进行管理，综合治理，保障道路的正常运营。

参考文献
[1]肖柏轩,蒋立强.浅谈水泥混凝土路面病害的防治及维护及养护[J].山西建筑,2007,(9).
[2]应汉文，杨剑伟，陈卫清，混凝土路面主要病害及其防治措施探讨[J].工程科学.
[3]柴伦林，水泥混凝土路面病害及其防治技术[J].建筑及发展.
[4]公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTGF30-2003）[S].
[5]公路水泥混凝土路面养护技术规范（JTJ073.1-2001）[S].
[6]吴旷怀，王端宜主编，道路工程[M].中建筑工业出版社，2011.
[7]吴继铎，谭建领主编，路桥工程施工技术[M].黄河水利出版社，2011.