重慶及周邊地區(qū)水泥混凝土路面斷板原因分析

覃 松 張林林

水泥混凝土路面具有剛度大、承載能力強(qiáng)、耐久性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，從1995年成渝高速通車建成以來，水泥混凝土路面在重慶及其周邊地區(qū)的公路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。其中“九五”期間，重慶市高級和次高級路面達(dá)到6 787 km，其中水泥混凝土路面就達(dá)5 297 km，占到78%。但是，部分路面使用不到十年，出現(xiàn)了大量的開裂、錯臺、斷板等病害，其中，水泥混凝土路面的斷板是普遍且較為嚴(yán)重的一種破壞。

溫度應(yīng)力與荷載應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，水泥混凝土路面板就會產(chǎn)生斷裂并發(fā)展為斷板。這些斷裂，有的是在施工期間由于混凝土的初期收縮受到阻礙而產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度而引起的橫向裂縫。有的是由于板塊尺寸過大所產(chǎn)生的溫度翹曲應(yīng)力超過了混凝土的抗彎拉強(qiáng)度而引起的橫向裂縫。

水泥混凝土路面開裂的主要原因是混凝土的自身收縮(包括干燥收縮和溫度收縮)及其與基層間的強(qiáng)大的摩阻力(包括靜摩力和層間粘結(jié)剪應(yīng)力)，因此減少或改善混凝土的自身收縮及其與基層的摩阻力，就能有效地防止開裂。結(jié)合重慶及其周邊地區(qū)實(shí)際，從設(shè)計(jì)、施工、使用、養(yǎng)護(hù)四方面將水泥混凝土路面開裂斷板的具體原因作以下分析。

1 設(shè)計(jì)原因

1.1 公路使用功能、交通量估計(jì)不足

改革開放以來，特別是1997年重慶直轄，又恰逢西部大開發(fā)，重慶的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，對公路交通的需求與日俱增，一些公路等級設(shè)計(jì)偏低，設(shè)計(jì)時(shí)交通量調(diào)查不準(zhǔn)，車流量預(yù)測偏低，設(shè)計(jì)采用的軸載與實(shí)際不符，導(dǎo)致設(shè)計(jì)所用的路面結(jié)構(gòu)及其厚度偏薄。在使用過程中疲勞應(yīng)力大于設(shè)計(jì)時(shí)采用的，使路面壽命縮短，過早地出現(xiàn)開裂、斷板。

1.2 路面結(jié)構(gòu)不合理

路面結(jié)構(gòu)不合理是水泥混凝土路面斷裂主要原因之一。不合理的路面結(jié)構(gòu)包括:結(jié)構(gòu)組合不合理，基層材料選擇不當(dāng)，結(jié)構(gòu)層厚度偏薄。基層材料不當(dāng):在水泥混凝土路面上基層采用了抗沖刷性能較差的石灰土、石灰粉煤灰土，水泥土、水泥粉煤灰土，這樣的路面結(jié)構(gòu)從產(chǎn)生唧泥到脫空斷板破壞時(shí)間一般僅有2年～3年的時(shí)間。采用“泥結(jié)碎石+水泥混凝土路面”“泥結(jié)碎石+手?jǐn)[塊石+水泥混凝土路面”“破壞路面+水泥混凝土路面”這些不良的組合形式最終使混凝土面板斷裂;采用非整體性材料做基層，從而導(dǎo)致面板的彎拉應(yīng)力加大而破壞，大大減少了水泥混凝土路面的使用壽命。

設(shè)計(jì)不當(dāng):1)路面厚度偏薄。根據(jù)美國的研究資料，路面的使用壽命與路面厚度成5次方關(guān)系，如果設(shè)計(jì)時(shí)交通量調(diào)查不準(zhǔn)，路基、基層、底基層的模量和材料參數(shù)選用不當(dāng)?shù)仍蚨孤访婧穸绕。蜁孤访鎵勖s短，過早地出現(xiàn)開裂、斷板。2)板塊平面尺寸不當(dāng)，如板塊長寬比例失調(diào)或出現(xiàn)尖銳棱角等極易造成斷板。3)混凝土原材料的配合比不當(dāng)，混凝土產(chǎn)生堿—集料反應(yīng)或抗凍融差等耐久性問題。4)水泥混凝土路面分板設(shè)計(jì)不當(dāng)。

2 施工建設(shè)原因

2.1 路基施工

1)填挖相交界面處、半填半挖結(jié)合處、新老路基交接處、挖方區(qū)超挖回填處、土基密度不同部位;2)軟弱地基、濕陷性黃土以及采空區(qū)、陷穴等特殊路段;3)橋涵、檢查井等構(gòu)造物附近壓實(shí)機(jī)械難以施工的部位;4)路基不同填料的界面或?qū)用?5)壓實(shí)度不足。

2.2 墊層及基層施工

1)基層施工質(zhì)量不好，強(qiáng)度不均勻或較低，使用中基層松散或在滲水作用下材料被吸往一邊，面層脫空，當(dāng)受到彎拉應(yīng)力大于混凝土板強(qiáng)度時(shí)面板即發(fā)生斷裂。

2)面層接縫填封料失效，基層材料水穩(wěn)性差，使地表水經(jīng)板縫滲入到基層，穿過基層進(jìn)入到土基，造成土基濕軟，板的彎沉使空隙內(nèi)的積水變成有壓水，侵蝕沖刷基層，并沿接縫縫隙噴出，即產(chǎn)生唧泥。如果唧泥現(xiàn)象不斷產(chǎn)生，面板邊緣部分將失去支承，在荷載作用下產(chǎn)生斷裂。

3)使用早強(qiáng)水泥，8%以上的水泥穩(wěn)定基層使用早強(qiáng)水泥，易產(chǎn)生開裂，引起反射裂縫，導(dǎo)致面板破壞。水泥穩(wěn)類基層的水泥用量小于4%，抗沖刷能力低，特別是在特重、重交通的水泥路面上抵抗不了沖刷性破壞。

2.3 水泥混凝土路面面層施工

1)攪拌不足或過分，振搗不密實(shí)，形成的混凝土強(qiáng)度不足或不均勻，易導(dǎo)致早期開裂斷板振搗時(shí)間不宜過長，否則會造成分層，粗骨料沉入底層;細(xì)骨料留在上層，強(qiáng)度不均勻，表面收縮裂縫增加。2)混凝土拌和時(shí)，如果水泥或集料溫度過高，再加上水泥的水化熱，會使混凝土拌合物的溫度很高，在冷卻、硬化過程中會使溫差收縮加大，導(dǎo)致開裂。3)混凝土澆筑間斷。因停電、機(jī)械故障、運(yùn)輸不暢、氣候突變、停料等原因使混凝土澆筑作業(yè)中斷，再澆筑時(shí)未按施工縫處理，新舊混凝土由于結(jié)合不良和收縮不一致會形成一條不規(guī)則的接縫。4)養(yǎng)生不及時(shí)或養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)。尤其是在氣溫高、濕度小，風(fēng)速大的不利條件下，會使混凝土表面水分蒸發(fā)太快，從而形成干縮雞爪裂紋。5)切縫不及時(shí)。由于機(jī)具故障或操作人員切縫時(shí)間掌握不準(zhǔn)確或切縫深度不足，造成混凝土內(nèi)應(yīng)力集中，混凝土板的薄弱處形成不規(guī)則的貫穿裂縫。6)施工車輛過早通行。某些施工作業(yè)面，由于受到地理?xiàng)l件的限制或因混凝土養(yǎng)護(hù)作業(yè)需要在混凝土強(qiáng)度不足條件下過早地通車，產(chǎn)生荷載應(yīng)力，這是產(chǎn)生裂縫的又一個(gè)原因。7)采用真空吸水工藝時(shí)，如果因兩吸墊之間未重疊而導(dǎo)致漏吸，則漏吸處水灰比較兩側(cè)大，混凝土強(qiáng)度較低，收縮也大，會形成薄弱環(huán)節(jié)而開裂。8)傳力桿安裝不當(dāng)，上下翹曲，則在混凝土伸縮和傳力過程中混凝土就會被破壞，形成裂縫損壞。9)在日溫差較大的季節(jié)和地區(qū)，混凝土表面修整過程中，要避免陽光直射，整修后要及時(shí)覆蓋養(yǎng)生，防止混凝土白天過多的升溫，造成夜間降溫時(shí)收縮過大。

3 使用不當(dāng)

超重車的增加是水泥混凝土路面使用期開裂斷板的重要原因，此外還有大量未密封砂石車輛的運(yùn)行。砂石材料散落在水泥混凝土路面上，進(jìn)入脹縫或縮縫內(nèi)，造成接縫處板邊擠碎、拱脹，還導(dǎo)致雨水通過接縫滲入地基，使地基軟化，引起唧泥、錯臺、水泥混凝土面板的開裂、斷板。

4 維護(hù)原因

1)日常養(yǎng)護(hù)工作不到位，沒有定期對混凝土路面的接縫、排水設(shè)施等進(jìn)行檢查并及時(shí)處理，誘導(dǎo)斷板的發(fā)生。

2)當(dāng)水泥混凝土面板出現(xiàn)裂縫、坑槽、錯臺等病害時(shí)，未能及時(shí)修補(bǔ)，導(dǎo)致斷板面積的不斷擴(kuò)大，病害程度加重。

3)使用不合適的維護(hù)方法。如用瀝青混合料修補(bǔ)水泥混凝土路面，沒有對破損的水泥混凝土面板進(jìn)行處理而直接加鋪新的水泥混凝土面板等。

5 結(jié)語

由于設(shè)計(jì)、施工、使用、維護(hù)四方面的原因，重慶及其周邊地區(qū)的水泥混凝土路面出現(xiàn)了大量的斷板現(xiàn)象。應(yīng)深入研究，有針對性的采取防斷板措施。

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