公路水泥混凝土路面破坏机理及防治措施_徐云龙.pdf

1引言我国水泥混凝土路面从近代开始发展，共有近80年的发展历史。水泥混凝土路面因其路面呈白色亦称白色路面，其具有良好的力学特性、较高的抗水破坏能力、良好的稳定能力、较好的抗滑特性、便于夜间行车和较低的养护成本，成为二级以下等级公路（特别是农村公路）的常用形式。我国采用水泥混凝土路面的公路超过半数1。然而该路面形式在运营期间受种种因素影响而产生病害，阻碍着公路的正常运营，亦损害公路形象。因此，深入分析混凝土路面病害原因，能促进路面病害的防治研究，具有现实意义。2水泥混凝土路面病害类型2.1裂缝及断板类型裂缝及断板类型具体见表12。2.2竖向位移类型1）路面沉降是指公路某一断面处产生的竖向位移较大，这多是路基产生不均匀沉降而导致的。2）路面拱起是指路面的局部范围内发生的向上隆起现象。2.3接缝病害类型1）唧泥和错台。唧泥是指水泥混凝土路面接缝处在车辆行驶压力作用下溅射出泥浆的现象，直接导致混凝土面板错台的发生。错台是指路面接缝处两侧的混凝土面板发生相对位移，是唧泥导致的。此外，该病害导致竖向位移的发生，亦降低行车的舒适度。2）接缝破碎是指面板接缝处沿接缝方向受剪切作用而发生破碎的现象。该病害发生范围在接缝两侧数10 cm以内。2.4表层病害类型起皮，是指水泥混凝土路面上下结构脱离；露骨，是指混凝土面板受多种因素侵蚀裸露出内部骨料的现象。3路面破坏机理3.1横向裂缝破坏根据横向裂缝产生的原因，裂缝破坏大致分为以下3类。公路水泥混凝土路面破坏机理及防治措施Damage Mechanism and Prevention Measures for Highway Cement Concrete Pavement徐云龙（新疆生产建设兵团第七师交通运输事业发展中心，新疆 胡杨河 833200）XU Yun-long(Transportation Development Center of the Seventh Division of Xinjiang Production and Construction Corps,Huyanghe 833200,China)【摘要】水泥混凝土路面在实际使用中受诸多因素的作用，产生多种病害，影响公路服务质量，威胁行车安全。论文总结水泥混凝土路面常见的病害类别和产生机理，并以重庆地区某水泥混凝土路面工程为例，提出针对各病害的治理与预防方案，从而延长水泥混凝土路面的服务年限。【Abstract】The cement concrete pavement is subject to many factors in actual use,producing a variety of diseases,affecting the quality ofroad service and threatening traffic safety.This paper summarizes the common types of cement concrete pavement diseases and theirmechanisms,and takes a cement concrete pavement project in Chongqing as an example to propose a treatment and prevention plan for eachdisease,so as to extend the service life of cement concrete pavement.【关键词】水泥混凝土路面；路面病害；防治措施【Keywords】cement concrete pavement;pavement distress;prevention and control measures【中图分类号】U416.216【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）06-0097-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.029【作者简介】徐云龙（1991），男，新疆石河子人，工程师，从事交通运输及公路建设管理研究。表 1裂缝类型裂缝类型定义横向裂缝纵向裂缝交叉裂缝角隅断裂路面龟裂沿垂直于路线方向贯穿混凝土面板的裂缝沿着平行路线方向产生的裂缝多条互相交错的裂缝连接混凝土面板纵横裂缝的裂缝密且细的浅层路面裂纹MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计97Construction&DesignForProject工程建设与设计1）干缩裂缝是指水泥浆体在水分流失后收缩变形，进而诱发干缩现象。干缩裂缝引发的断板危害，在混凝土水化硬化的早期更易产生破坏。2）冷缩裂缝。当下大多数的材料存在热胀冷缩的特性，水泥混凝土亦是其中一种。据有关研究显示，水泥混凝土路面温度改变1，材料单位长度内变形0.01 mm。3）切缝不及时。切缝作为预防混凝土路面发生干缩裂缝和冷缩裂缝的有效手段。我国路面设计规范对纵向裂缝间距和横向裂缝间距有明确指导，但在实际施工过程中，对切缝时间的控制不严格，导致水泥混凝土路面出现横向裂缝。3.2纵向裂缝破坏产生纵向裂缝的主要原因是：（1）混凝土面板发生不均匀下陷，路基填土不符合要求和路基压实度不足，部分土体在时间和车辆作用下趋近密实状态，导致路基不均匀沉降，从而造成面板下脱空；（2）水泥碎石基层厚度较薄、强度较低、平整度差；（3）面板厚度强度不满足设计需求，在车辆荷载的循环作用下，产生纵向裂缝。3.3交叉裂缝破坏造成交叉裂缝产生的因素分为以下几个方面。1）水泥混凝土路面形成一段时间后，这种结构层本身的水稳定性较差，遇水易变软，易因水蚀而发生不均匀沉降。随着时间的推移，会形成交叉裂纹。2）水泥骨料发生碱反应。二者反应形成碱硅酸盐等凝胶，遇水膨胀，在混凝土中产生较大的膨胀应力，导致混凝土表面出现不规则裂缝和交叉裂缝。3）水泥混凝土强度不足和车辆荷载的影响是几乎所有混凝土路面中常见的裂缝问题，此处将不详细描述。3.4角隅断裂破坏角隅断裂的成因主要有：1）路面板转角是整个路面板中最薄弱的部分。混凝土振捣压实过程中，由于振捣器不能接触面板，板角处混凝土密实度较差；或者过早拆模、开通交通，埋下了转角断裂的隐患。2）温度变化导致板角处产生翘曲应力。3）由于农村公路的投资额和建设单位的质量，在施工期间，大多数自由边（接缝）没有提供角部钢筋。3.5竖向病害类型破坏1）沉陷是路基填筑或不均匀沉降引起的。沉降会恶化路面的平整度，并导致面板开裂。此外，在施工过程中，路面基层的不均匀强度也会导致路面板的不均匀沉降。2）胀起。在春季和炎热的夏季，节理处的板块突然向上隆起。混凝土面板在热膨胀过程中遇到硬物的阻碍，产生较大的热压应力，导致面板被破坏。3.6接缝病害类型破坏1）唧泥。混凝土面板下方基层的塑性变形不断累积，导致面板与基层分离，接缝填料失效。路面上的水沿接缝渗入基层或土质路基表面，在基层中与细骨料混合，在土质路基中与细土混合，在路面荷载作用下溅射出泥浆。2）错台。在板底脱空严重部位，接缝或裂缝两侧存在高差，接缝仅具有部分荷载传递能力。在泥浆泵送过程中，基层不断受到水的侵蚀，地表水通过节理渗入土基，使其软化，空洞现象越来越严重。错台程度见表2。表 2错台程度表错台程度台阶高度/mm轻度中度严重101015153）接缝破碎。当温度升高时，混凝土面板的膨胀将挤出接缝填料，然后被车轮带走。水、沉积物、石屑和其他硬杂物进入混凝土板之间的间隙。当温度再次升高，混凝土板膨胀时，进入接缝的杂物阻碍了板的膨胀，导致更高的挤压应力。具体表现为接缝两侧数十厘米宽出现不规则裂缝。车辆荷载和接缝填料老化后，面板完全脱落3。4）缝中填料损坏。由于没有拉杆，纵向接头被打开。在伸缩或填缝料质量损坏的情况下，填缝料往往被车轮挤压带走，雨水会顺着板流下，导致强度下降和面板沉降。3.7表层类病害破坏1）路面龟裂破坏。当混凝土表面上的水分蒸发速度快于混凝土泌水速度时，水分蒸发会渗透到表面，水面会形成凹面。当混凝土未完全硬化时，它无法抵抗毛细管张力，混凝土表面出现裂缝。2）起皮和露骨破坏。产生起皮的主要因素分为：（1）过大水灰比的混凝土；（2）混凝土表面发生洒水提浆现象；（3）混凝土振捣完成后，应封闭表面，立即提升泥浆。3）路面坑洞破坏。坑槽主要是在水泥混凝土路面施工过程中产生的。这是由于粗骨料中含有大量的泥块，在混凝土搅拌过程中，泥块混合到混凝土中，导致水泥混凝土路面硬化表98面局部强度不足4。在行驶荷载的影响下，这些薄弱部位会迅速脱落，形成凹坑。4实例分析4.1工程概况该水泥混凝土路段位于重庆地区，全长4.5 km，路面宽度为69 m，全线无填方工程。该路段周边已建有多处采石场，导致交通量增加，重型和超载车辆急剧增加，导致该路段混凝土路面结构损坏严重，平整度差，驾驶舒适性差，路面性能降低。4.2现状调查4.2.1交通量调查调查结果显示，该路段货车超载严重，具体体现在：1）货车轮压普遍较高，有的甚至达到1.21.5 MPa。2）单轴双轮和双轴双轮载重汽车的后桥重量均大大超过了国家最大轴载限值（10 t、18 t），部分载重汽车的轴载甚至超过了最大轴载限值的45倍。当车辆轴重增加时，其在路面上的作用次数将成倍增加。4.2.2病害状况调查根据JTG F80/12017公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程5，高速公路和一级公路的混凝土板破损数量不得超过评定路段混凝土板总数量的2，其他公路的混凝土板破损数量不得超过4。混凝土板表面的剥落、痕迹、裂缝、露石、缺边缺角等缺陷，高速公路和一级公路不得超过检测面积的2，其他公路不得超过检测面积的3。调查结果详见表3。表 3路面损害调查表病害类型轻重程度轻中重不分等级裂缝角隅断裂唧泥错台接缝破碎纵向裂缝张开接缝填料损失露骨坑洞修补4 条10 条24 块6 块2 条3 处无填料全路段2 块4 块4.3防治措施4.3.1起皮和露骨的治理与预防1）治理：针对严重露骨的路段，可采用刚性材料或柔性材料进行修补工作。2）预防。预防工作应从以下几个方面进行：（1）施工时应严格控制填料的质量与配比；（2）设置合理水灰比；（3）预防洒水提浆出现；（4）防止施工中过振现象的发生；（5）整治超载超限；（6）应严格遵守施工流程。4.3.2裂缝断板的治理与预防1）治理主要有以下几种方法：灌注黏结剂法、扩缝注浆法、条带罩面法、整板更换。2）预防工作的首要就是严格控制施工质量和施工流程。4.3.3竖向病害的治理与预防1）治理：路面沉降病害的治理方法为路面板块顶升法，治理路面拱起病害应结合其病害程度进行处理。2）预防工作分为严格控制工程质量、禁止超载超限和缝料质量良好3方面。4.3.4接缝病害的治理与预防1）治理：通过向面板下空隙处浇灌砂浆恢复路面的稳定。2）预防措施多在施工和养护工作中，包括选取填料、控制接缝宽度和控制平整度。5结语在经济高速发展和公路里程数迅猛发展的背景下，水泥混凝土路面作为常用的路面形式在已修成的公路中占大多数。然而，水泥混凝土路面在实际使用中受诸多因素的作用，产生多种病害，影响公路服务质量和威胁行车安全。本文对水泥混凝土路面常见的病害类别和产生机理进行总结，并结合工程案例，提出相应的治理与预防方案。【参考文献】1娄啼晓.农村公路水泥混凝土路面破坏机理及防治措施J.环球市场,2019(23):380.2冯定乾.农村公路水泥混凝土路面破坏机理及防治措施D.重庆:重庆交通大学,2016.3杨磊.小交通量农村公路路面结构厚度优化设计及应用D.河南:郑州大学,2021.4李克亮.农村公路水泥混凝土路面施工质量控制探讨J.智能城市,2021,7(9):104-105.5刘涛,落云彬,郝瑞苹,等.公路工程质量检验评定标准与施工规范对照手册M.北京:人民交通出版社,2004.【收稿日期】2022-06-28MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计99