水泥混凝土路面结构水损害与内部排水系统分析

水泥混凝土路面结构水损害与内部排水系统分析摘要：水泥混凝土路面的水损害情况出现较为频繁。通过对水泥混凝土路面结构水损害产生机理与表现形式的概述，针对水泥混凝土路面结构的排水系统设计问题，从排水量的确定、排水结构以及设计与施工控制要点等方面，提出了有效保障水泥混凝土路面使用性能的各项措施。

关键词：水泥混凝土路面结构水损害内部排水系统

水泥混凝土路面施工简便、强度高、经久耐用，普遍应用于当前的高、低等级公路与农村公路建设。这主要是由于水泥混凝土路面施工材料来源充足、机械设备要求与造价相对较低，普通资质施工企业均可承担。但从水泥混凝土路面使用状况来看，包括设计理论与施工经验缺失、缺乏养护意识等因素的影响，水泥混凝土路面存在较为严重的结构性损坏或功能性缺陷，水损害等路面早期病害问题相当严重。本文即重点针对水泥混凝土路面水侵害问题的成因与工程应对措施作一些初步思考。

1水泥混凝土路面结构水损害产生机理与表现形式

1.1水损害的产生机理

为解决好温度翘曲应力的影响，水泥混凝土路面设置有各类型接缝，加上公路运营期间出现的裂缝病害，路表水和道路滞水可通过上述缝隙下渗至路面结构内部。如公路路基为低透水性土时，渗透系数≤10-5cm/s，渗入路面结构内的自由水就很难沿路基下部向底部或两侧排走，而是长时间地围封在结构内部，造成路基、结构

层材料被浸湿，强度降低，道路结构承载力下降。

另一方面，层状结构的水泥混凝土路面结构很容易在层间结合处产生空隙，空隙内的水在行车荷载与层间高空隙水压力的作用下，可形成0.15m/s～0.9m/s的高速水流，使基层材料遭受长期的冲刷，并会造成冲刷材料的泥浆溅射而出即唧泥效应，由此会产生板体局部脱空、错台以及板体网裂等一系列病害。

1.2水泥混凝土路面结构水损害的表现形式

总的说来，水泥混凝土路面水损害主要表现为以下几点特征：基层在长期的自由水冲刷作用下，强度降低并出现唧泥现象，造成路面沉降、断裂等路面结构病害。其中，基层的冲刷可区分为3个阶段性过程：

（1）水泥混凝土路面建后的2～3年内，因为填充料完好，即便交通荷载作用相对较强，水分也很难渗入到道路结构层内部，基层材料未出现冲刷现象。但在荷载、温度应力的作用中，基层塑性变形、板底脱空等路面结构病害已初步显现，不过程度较轻，未影响到公路的正常运营。

（2）随着路面结构的老化，混凝土路面板接缝处的填缝料逐渐呈现出剥落、裂纹等病害特征，水分渗入基层后难以蒸发或排走，局部基层的弹性模量在潮湿状态下有所降低。同时受到行车荷载的长期作用，路面裂缝进一步扩张，部分基层水分饱和区域会出现相对轻微的冲刷现象。

（3）随着上述病害的进一步蔓延与恶化，水泥混凝土路面接缝

处的填充料大量损坏，雨雪天气中会形成大量的自由水进入路面结构层，在板底脱空区积聚为流动水。路面即会在车轮荷载作用下出现错台、断裂和唧泥现象。

2水泥混凝土路面的内部排水系统设计

水泥混凝土路面结构水损害处治的思路主要包括以下几类：排堵结合，增强结构层抗冲刷能力；注重混凝土路面层、基层养生，减少裂缝病害的发生；等等。其中，水泥混凝土路面结构内部排水系统的设计也相当重要，它能够很好地将沿路面缝隙下渗到路基结构内部的自由水排出，降低水损害现象对路面使用性能与运营寿命构成的负面影响。

2.1排水量的确定

内部排水设施的结构尺寸应根据排水量的高低加以确定。自由水的渗流时间即在路面结构内的滞留时间，自由水对路面基层的强度和使用性能的影响程度会随其滞留时间的延长而提高。因此，设计尺寸与透水性材料的渗透系数，都应当符合泄水能力高于路表水渗入量的基本要求，自由水渗流时间须低于规定的最大容许值即2h。具体来说，表面水渗入量的计算可依据《公路排水设计规范》（jtj018-97）,加以确定：

，m3/d·m

2.2确定排水结构

水泥混凝土路面结构的内部排水系统设计应从道路运营需要与经济的角度进行考虑，设计因素应当考虑到道路等级、交通繁重程

度以及区域气候条件等问题。对于交通运用任务繁重的高速公路、一级公路来说，应用内部排水系统的费用，完全可通过公路使用寿命的增加与养护费用的降低得到弥补。目前水泥混凝土路面结构内部排水结构可分为三种：中央分隔带排水；路面边缘排水；设置排水基层。排水结构的选择，应当依据公路等级、地区降雨量等细节数据的测算予以确定。条件许可的情况下，多雨地区公路同时采用上述三种结构最佳。

2.3路面排水系统的施工设计标准

第一，中央分隔带排水系统。中央分隔带的设置应考虑到排水的需求，不能任其成为“蓄水槽”，使自由水透过基层渗入路基，在结构设计方面可设置如隔渗层、渗沟之类的封闭式防渗设施，使汇集到中央分隔带的水分经横向排出路基范围。具体设计方面，分隔带内倾的横向坡度控制在1：6范围内即可，使渗入雨水可流向中央低凹处；纵向排水坡度视过水断面有无铺面具体确定，无铺面时坡度不得缓于0.25%；地质勘测数据显示水流速度超出最大允许流速时，必须在过水断面宽度范围内采取u型、三角形断面水沟等措施进行防冲刷处理。其中，防冲刷层的施工可选用浆砌片石、石灰、水泥稳定土等材料，层厚控制在10cm至15cm范围内。此外，渗沟周围应包裹土工布等反滤织物，回填料与路面结构的交界面处还应在土工布隔渗层涂抹双层沥青，防止由于渗入水所携杂质堵塞渗沟。

第二，路面边缘排水系统。这种排水结构的施工控流程主要包

括：盲沟槽底应进行调平夯实处理，并铺设层厚2cm m7.5的砂浆调平层；按照设计标准放置土工布、集水管与出水管；最后再夯填半干硬的多孔水泥混凝土。其工作原理在于促使渗入水分经多孔混凝土时可汇入纵向的开槽波纹管内，再经横向排水管排出，保持结构层的相对干燥，使路面结构层即便经受较强的轴载作用，也不至于出现高压水冲刷的情况。其中，纵向集水管应采用开槽面积低于42cm2/m的pvc波纹管；横向出水管开挖槽需要将路基土夯填至路肩基层底，基槽与纵向盲沟的连接端、闭合盲沟与横向盲沟的交接处都应当用c15混凝土夯实。

第三，采用透水性材料设置全宽式透水基层。由路面隙缝渗入结构层的自由水，在竖向渗入透水基层后，横向渗流排除出路肩。从路用效果调查来看，透水基层的试验路效果相对较为明显，这主要是由于水渗入后及时排出不会对半刚性基层构成冲刷作用。排水基层应采用不含或含少量粒径＜4.75mm的开级配碎石集料，集料应选用压碎值低于30%的坚硬碎石，粒径不宜超过20cm，且不得超出层厚的2/3。此外，地下水位较高的路段，为防范地下水或滞留水渗入路面结构，可直接于路基顶部铺设排水垫层并配置纵向集水沟。

3结语

内部排水结构与设施是公路设计、施工的重要构成，对于公路设计服务能力的实现存在重要的保障作用，是防范公路水损害病害的有力手段。在此问题处理上，除前期的设计、施工外，建成通车