水泥混凝土路面破损原因分析及防治措施

水泥混凝土路面破损原因分析及防治措施

在水泥混凝土路面施工、养护过程中，错台、唧泥、断板问题一直是常见的质量通病，文章通过对水泥混凝土路面病害成因的分析，并结合以往的施工经验，提出了行之有效的控制措施。

标签：水泥混凝土路面；填缝破坏；脱空断板

改革开放30年来，我国已经建成公路通车总里程358万公里，等级公路占总里程的70%，“五纵七横”国道主干线比原规划提前13年实现基本贯通，特别是近些年在国家的惠农政策的影响下，农村公路建设发展迅速，目前已经超过313万公里，水泥混凝土路面因具有强度高、稳定性好、耐久性好、施工简便、造价和日常维护养护费用相对较低等优点在二级以下公路，特别是县乡公路和农村公路上得到了广泛应用，但是从水泥混凝土路面实际运营的使用情况来看，也存在着明显的缺点：如路面出现唧泥、板底脱空、错台、断板等病害，如何有效的预防上述病害的发生，提供和延长水泥混凝土路面的使用寿命已经越来越引起社会上的关注。本文通过对水泥混凝土路面病害成因的分析，提出综合防治措施。

1 路面出现破损的原因分析

1.1 接缝填缝材料破坏

以缩缝材料为例，缩缝宽度常为7-10mm，填缝深度常为25-30mm，灌缝时先挤压嵌入多孔泡沫塑料柔性背衬材料，然后再灌缝。水泥混凝土路面投入使用后，由于砼板热胀冷缩的循环作用和填缝材料自身的老化，造成填缝材料与侧壁的粘结力下降，在雨水、灰尘、车辆水平力共同影响下致使填缝材料遭到破坏，严重的会造成整条或部分填缝材料脱落，路面积水或雨水在车辆荷载冲击作用下产生高压水，就会沿着填料缝隙渗入板下。

1.2 板间错台和板底脱空

水泥混凝土面板在外界温度作用下，由于板内温度的非线性分布，使板产生温度翘曲应力，引起板向上或向下的翘曲，由此与半刚性基层间产生微小空隙，即原始脱空区。随着车辆荷载的不断作用，基层塑性变形累积，使脱空区不断扩大。面板通过荷载产生的负压将水分泵入基层顶面微小空隙内，在车辆荷载作用下，不断冲刷基层顶面，被冲刷掉的基层细小颗粒随渗入的水分被一起带出路面，即产生了唧浆破坏。由此也可知，填缝位置处的基层最先受到破坏，当两板间的高差达到10mm时，车辆行驶时就会较明显的感受到错台现象。（如图1）

1.3 板面断裂

当车辆通过错台板面时，车轮的运行轨迹为抛物线（竖直方向自由落体与水平方向匀速前进的合力），此时车辆在落地处对板面的作用力除了车辆自身荷载

的静压力外，还有很强的冲击应力，在如此大的应力作用下，路面的疲劳寿命将显著下降，如板底脱空达到一定程度，面板将很快发生断裂。断裂位置通常位于板间接缝的0.5-1.5M处。（如图2）

2 路面破损的防治措施

2.1 在路床顶面增设粒料垫层

2.1.1 粒料垫层可以有效的缓冲路基的差异沉降

我国各级公路水泥混凝土路面的早期断板大部分发生在通车后的3-5年间，究其原因可以理解为：即使施工中满足了路基设计与施工规范的技术要求，仍然不能避免路基的差异沉降量与局部脱空量过大问题的发生。由于工期短，高填方过多，纵横向填挖交接频繁，在施工路面时路基的工后沉降远没有完成，而且，路基高度越高，路基的总沉降和差异沉降量就越大，路面的早期破损就越严重。目前有关专家通过对粒料垫层缓冲差异沉降进行了试验研究后提出，我国新建各级公路水泥路面，在路床顶面必须设置粒料垫层或底基层，按照路基差异沉降的计算结果，粒料垫层的厚度应不小于10倍的差异沉降量。

2.1.2 粒料垫层具备良好的渗透排水功能

从几种典型的土工材料的渗透系数数量级上分析：砂性土或砂的渗透系数比压实后的粘土多两个数量级，即渗透能力是压实后粘土的100倍，砂砾、级配碎石的渗透系数比压实后的粘土多三个数量级，即渗透能力是压实后粘土的1000倍，由路床下部毛细管拉力拉上来的水分和从面板上部没有密封好的接缝或断板裂缝中渗透下来的水分，只要结构层材料达到砂的渗透系数就足以将水渗透排出，而不会影响到路面结构。

2.1.3 粒料垫层还有很多的功能，如隔离振动、隔热防融沉、隔冻防冻胀、粒料柔性基层局部变形能力强，可以有效的防止面板翘曲断角，另外，当路基稳定后，即使用3-5年后，粒料垫层缓冲差异沉降损失的压实度会经过长期运营恢复到更高的水平，承载能力也会越来越大。

2.2 采用抗冲刷性能高的碾压贫混凝土基层

贫混凝土是水泥用量为8%-10%左右的经济混凝土，实际上属于低强度等级混凝土，通常情况下，7天抗压强度10Mpa，28天抗压强度15Mpa、弯拉强度3Mpa。贫混凝土基层在德国应用较广，与其他基层相比，该基层是抗冲刷性能最好，也是强度最高的路面永久性刚性基层结构，特别适用于特重、重交通路段使用。

贫混凝土基层施工时需要设置接缝，纵、横缩缝应切缝并填缝，并且要与面板对齐，切缝分两次进行，第一次切缝宽度3-4mm，深度为1/4层厚，第二次切缝宽度6-8mm，深度为16-20mm，只在胀缝处设置传力杆，并与面板胀缝位置

对齐。

2.3 填缝材料的选择

填缝材料应具有与水泥混凝土板壁粘结牢固、回弹性好、不渗水、高温时不被挤出、不流淌、抗嵌入能力强、耐老化，低温时不脆裂等性能。填缝时应使用背衬垫条控制填缝形状系数。背衬垫条应具有良好的弹性、柔韧性、耐酸碱腐蚀和高温不软化等性能。

3 结束语

目前，我国水泥混凝土路面早期破损的面板既非厚度问题，也非强度问题，真实的问题出现在各结构层的脱空，也就是上下各层间的变形极不协调。因此要做到长寿命的水泥路面不仅仅依靠面板本身的更强更厚，还需要用系统科学的观点，从路床变形控制开始，乃至水泥路面全部结构层均需要整体优化设计，通过精整工艺提高各结构层接触面的质量控制指标，从而提高水泥混凝土路面的使用寿命。

参考文献

[1]傅智，金志强.水泥混凝土路面施工与养护技术[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]马华堂，张新旺.公路病害分析与防治技术[M].郑州：黄河水利出版社，2003

[3]傅智，李红.论长寿命水泥混凝土路面的整体结构优化[J].公路，2008（10）.