综述公路水泥混凝土路面的破损及检测修复

综述公路水泥混凝土路面的破损及检测修复
摘要：本文详细阐述了水泥路面损坏的机理、原因，并介绍了水泥路面状态现代检测技术和修复方法，为相关工程提供了参考。

标签：水泥混凝土路面；破损；损坏机理；检测；修复
1 前言
水泥混凝土路面具有承载能力大、稳定性好、使用寿命长、日常养护费用少等优点，是高等级公路、重要交通公路路面的主要类型之一，在公路建设中也得到了越来越多的重视。

同时，混凝土路面的常见病害：脱空、断裂、破碎等也成为亟待解决的问题。

在现今使用的混凝土路面中，特别是较低等级的混凝土路面，其路面的病害现象比较严重，主要集中在脱空这一现象，进而直接导致混凝土路面的断裂发生。

2水泥路面断裂破损损坏机理
水泥混凝土路面板是刚性结构，而路基基础是弹塑性踢。

在实际使用过程中，由于车辆荷载的重复作用，板下基础将产生一定得塑性变形，使得混凝土板的局部不再与基础保持连续接触，即混凝土板下局部出现了脱空，这对混凝土板的受力是极为不利的，在荷载的作用下，脱空部位的边缘将会产生应力集中现象，再加之重车交通荷载的重复作用，悬空处的水泥板块承受弯曲变形造成的拉应力，而且水泥板块承受的是脉动载荷、其抗拉强度仅是抗压强度的1/5～1/10，最终将导致混凝土板的断裂，影响路面的行车状况。

在水泥混凝土路面的使用過程中，由于早期出现的脱空病害不能从路表得到及时的发现，在路面车辆的作用下，脱空会逐步发展，最终导致板的断裂，这样再进行挖出重新浇注混凝土，势必会浪费大量的人力物力，同时也影响了道路的正常使用。

因此对于路面早期病害的检测就显得尤为重要。

以某路口段为例，路面结构为22厘米水泥混凝土面层+30厘米石灰土基层。

随着近些年交通量的迅速增长，重型车辆和严重超载车辆的增加，造成水泥混凝土路面脱空进而破损现象十分严重，因此对该路段急需进行不定期检测以及维修。

3水泥路面状态检测的现状
水泥板块一旦断裂，其维修作业量大、费用高，而且要长时间影响交通。

因此，对已投入使用的水泥路面应加强日常监控，尽早发现面层与基层之间的空隙，并及早采取补救措施，以保证公路畅通，并延长其使用寿命。

基于不同的基础理论，水泥板块是否悬空可以用不同的方法检测。

最简单、最直接，也是目前我国常用的传统方法是钻孔取样法，这是一种盲目的被动的方法。

随着科学技术的发展，声波法、雷达法、振动分析法等无损检测方法已开始应用于水泥路面状态检测中。

通过对该路段的病害调查发现，此路段的主要病害为横向纵向裂缝交叉形成的网裂，并且该路段属于严重网裂。

路表已经产生了明显的沉陷变形，这表明路面下部出现较大脱空现象，其基层已经发生较为严重的松散、破碎等现象，无法形成板体，整体结构强度已基本丧失，这与钻孔取芯试验结论相吻合，随着病害程度的进一步发展，基层在渗入水和车轮荷载的共同作用下发生松散、破碎，路面产生了较为明显的沉陷变形，大量的路表横向、纵向裂缝相互交织成网状，形成严重网裂。

3.1超声波探伤技术
超声波探伤技术是一种成熟的测量技术，被测物体或结构被夹在两个探头间，用所测波速与标准波速比较判断结构物内部情况，但道路路面是半无限体，探头无法埋植，用表面法检测时超声波对路面的最佳发射角很难确定，影响了探头接收的能量，超声波探伤在路面检测中的应用尚在探索与发展中。

由于超声波具有激发容易、检测工艺简单、操作方便、价格便宜等优点，因此在道路状态检测中，特别是高等级水泥路面路基检测中将会有着较广泛的前景。

3.2雷达检测技术
雷达检测技术实质上是一种高频电磁波发射与接收技术。

雷达波由自身激振产生，直接向路面路基发射射频电磁波，通过波的反射与接收获得路面路基的采样信号，再经过硬件、软件及图文显示系统得到检测结果。

雷达所用的采样频率一般为数兆赫(MHz)，而发射与接收的射频频率有的要达到吉赫(GHz)以上。

用于水泥路面路基状态检测的探地雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理和终端设备等组成。

探地雷达检测是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，其工作过程是由置于地面的发射天线发送入地下一高频电磁脉冲波，地层系统的结构层可以根据其电磁特性如介电常数来区分，当相邻的结构层材料的电磁特性不同时，就会在其界面间影响射频信号的传播，发生透射和反射。

一部分电磁波能量被界面反射回来，另一部分能量会继续穿透界面而进入下一层介质材料。

电磁波在地层系统内传播过程中，每遇到不同的结构层就会在层间界面发生透射和反射。

由于介质材料对电磁波信号有损耗作用。

所以透射的雷达信号会越来越弱。

各界面反射电磁波由天线中的接收器接收，并由主机记录，利用采样技术将其转化为数字信号进行处理。

从测试结果剖面图得到从发射经地下界面反射回到接收天线的双程走时t，当地下介质材料的波速已知时，可根据测到的精确t值求得目标体的位置和深度。

这样，可对各测点进行快速连续地探测，并根据反射波组的波形与强度特征，通过数据处理得到探地雷达剖面图像。

通过多条测线的探测，即可知道场地目标体平面分布情况。

通过对电磁波反射信号(即回波信号)的时频特征、振幅特征、相位特征等进行分析，便能得知地层的特征信息——介电常数、层厚、空洞等。

另外，利用雷达波进行路面脱空的检测，主要是利用介电常数的变化对波传播的影响，该方法与工程力学参数之间的关系并不紧密，在实际工程检测中，路面板出现脱空或路面下涂层介质的变化，都会引起介电常数的变化，产生反射波，对所接收到的反射波信号很难从中区别出界面反射波和脱空产生的反射波。

3.3振动映像检测技术
与声波法、雷达法比较，振动映像检测技术有其自身特点，理论较为成熟，对测试设备和测试环境要求不高，利用计算机技术可实时检测、快速处理数据，是一种快速、方便、无破损的现代检测技术。

振动检测技术是采用动力学方法，分析水泥板块在不同的支撑条件下的固有振动特性及响应特性的变化，比较水泥板块在悬空状态下振动响应特性的差异，从而找出水泥板块是否悬空的判定依据。

振动映像检测技术是利用在路面板表面激振的方法获得混凝土面板的振动信号，由于脱空与未脱空面板的振动频率存在很大的差异，通过对所得信号的分析处理可实现对路面板脱空的检测。

3.4水泥混凝土路面的修复
水泥路面常见的损坏形式有板块裂缝与折断，板块边缘角隅破损、板块垂直
错台与拱起、板块表面磨损与麻面等。

水泥路面维修常用的工艺有扩缝、清缝、灌缝、凿孔、切槽、搅拌、摊铺、振捣、拉毛、钻孔、顶升、破碎和翻修等。

该路段道路修复工程中，对于路面结构采用：3厘米AC-13I细粒式沥青混凝土+5厘米AC-13I中粒沥青混凝土+15厘米水泥稳定碎石+15厘米二灰碎石。

对局部裂缝（断板）的处理方法如下：凹糟开挖：根据断缝位置，把水泥混凝土面板凿开成长方形凹槽，贯通整个板厚，凹槽壁凿成1∶0.15的斜坡为最好，以使修补混凝土与面板更充分地共同支撑行车荷载。

凹槽的直角边分别平行于缩缝和纵缝。

对于较直的断缝，断缝的两侧开凿宽度每侧不小于20厘米，总宽度不小于40厘米；若断缝稍有斜度或弯度时，开凿时要距断缝凸出部位或端头不小于10厘米，凹槽开凿总宽度不小于40厘米；若断缝在缩缝附近，且开凿边缘距缩缝不大于40厘米时，原缩缝要作为凹槽的一个边。

对于角隅处的断缝，要按上述开凿尺寸的要求，将断缝（断板）周围的混凝土凿开挖掉即可。

对于斜度较大的断缝，可将断缝周围的混凝土分成两大块凿开挖掉。

开凿前根据断缝的情况，按尺寸要求用墨线斗在水泥混凝土路面上打出墨印线，然后用切割机沿线切割，再在需挖掉的混凝土路面上用切割机切成网状，网格面积越小越易凿挖。

然后用六棱钢钎和大锤把混凝土凿开挖掉，然后，要在凹槽周围设置安全标志，以保证行车和行人的安全。

养生：凹槽填充完毕，要在周围设置醒目标志或设置障碍保护，禁止车辆在上面通行。

待混凝土达到终凝时间（一般为8小时），可在混凝土上面均匀铺上厚度不小于15厘米的细土，然后洒水养生，使其经常保持潮湿状态。

养生至少不能少于两星期，保养期满后，方可撤除标志或障碍，开放交通。

4小结
总之，水泥路面是高等级公路主要路面结构型式之一。

使用中的水泥路面由于多种原因会产生断裂、裂缝、磨损等多种形式的损坏，严重影响道路运输效果、经济效益和社会效益。

因此，需要及时的保养维护或修复。