水泥混凝土路面板底脫空原因與解決措施

【摘 要】隨著道路建設的加快，水泥混凝土路面具有的許多優點使其在公路建設得到廣泛應用。由于使用年限增加，其病害也隨之增多，其中，路面板底脫空造成的病害占了很大比例，這將會大大降低路面的使用性能。文章試圖分析水泥混凝土路面板底脫空的形成原因，并提出切實可行解決措施。

【關鍵詞】板底脫空；原因分析；養護；注漿；解決措施

隨著道路建設的快速發展，許多高等級公路項目普遍采用水泥混凝土路面結構形式。它屬于剛性路面，板體剛度較大，具有承載能力大，養護費用少，抗磨耗能力強，使用壽命長，施工機械簡單等優點。但由于各種內外因素，水泥混凝土路面容易發生板底脫空病害，如果不及時進行識別和處置，勢必造成路面面板的斷裂和路面使用性能的衰變，這將會大大降低路面的使用性能。因此加強水泥混凝土路面板底脫空的研究，具有十分重要的現實意義。

1 板底脫空原因分析

水泥混凝土屬于剛性路面，板體剛度較大，在使用過程中面板底部會出現不同程度脫空，大量實踐也已表明：板底脫空是水泥混凝土路面的一種客觀存在，其形成原因主要包括以下4個方面。

1.1 板底材料的塑性變形

由于使用年限的不斷增加，交通量的增大，水泥混凝土板底材料會出現一定的塑性變形，荷載駛離后，這部分塑性變形不能完全恢復，將長期存留于基層和土基中，形成局部支撐條件弱化或脫空。同時，由于材料和施工的非均勻性，塑形變形的評估更多具有不可預測性。

1.2 雨水的沖刷和泵吸

水分通過水泥混凝土路面的接縫或裂縫滲入路面內部，到達基層的弱化部位和脫空處，在行車荷載作用下，沖刷基層材料，惡化板底的支撐條件，增大脫空面積。同時，由于車輪的動載效應，水分將攜帶著基層顆粒材料從面板的接縫和裂縫處被擠出，形成唧泥，進一步加劇了板底脫空。

1.3 結構設計中的薄弱環節

因水泥混凝土材料的熱脹冷縮特性及施工需要，水泥混凝土路面接縫較多（縮縫、脹縫及縱縫等），這為雨水的侵入提供了便捷通道，是致使路面損壞的誘導因素。并且伴隨接縫處密封材料因多種原因而喪失正常功能，更是大大降低了其有效抵抗雨水侵入的能力，成為水泥混凝土路面抵抗外界條件的薄弱環節。

1.4 養護和維修不及時

伴隨路基及基層的塑性變形、水分的沖刷和淘空及結構設計中存在的先天不足，水泥混凝土路面在使用一段時間后會出現板底脫空的先兆，如相鄰板錯臺、細微裂縫及雨天過后的唧泥等癥狀，如及時養護維修，可有效控制其損壞程度。而當前缺乏系統有效的板底脫空甄別手段和處治技術，致使路面未能得到及時養護和維修，導致水泥混凝土路面的使用壽命顯著縮短。

2 板底脫空后彎拉應力及剩余使用壽命

水泥混凝土路面板底脫空后其受力狀況極為不利。如板邊板角處出現基礎脫空，車輛荷載作用下混凝土面板將產生過大的彎沉和應力，最終導致水泥混凝土路面出現其他形態的破壞。大量資料表明：我國水泥混凝土路面出現的大量破壞皆由板底脫空所致，也就是說，底板脫空是縮短水泥混凝土路面使用壽命的顯著影響因素。

有限元計算結果表明，當脫空尺寸邊長大于0．7m時，脫空截面上產生的最大彎拉應力已超過規范界定的縱邊中部的最不利臨界荷位，此時脫空板角成為控制路面疲勞使用壽命計算的依據。同時，實地調查發現，板角脫空一般易出現在行車道靠近路肩一側，呈近似三角分布。假設脫空區域縱向和橫向的長度分別為LZ和Lh（為簡化模型，計算中常假設LZ和Lh邊長相等），在標準軸載作用下，板體脫空臨界截面上產生的彎拉應力可由式（1）計算，疲勞壽命由式（2）進行計算。

式中：

σd為標準軸載在脫空截面處產生的最大彎拉應力，MPa；

Nf為荷載允許作用次數；

ｐ為輪胎壓力（0．7MPa）；

h為水泥混凝土路面板厚；

ａ為輪跡半徑（0．151m）；

LZ和Lh為脫空區在縱、橫向長度；

fm為水泥混凝土路面彎拉強度，取5．0MPa。

從中可以看出，隨著脫空尺寸面積增大，面板彎拉應力顯著增大，面板疲勞壽命銳減。當厚度28cm水泥混凝土面板脫空尺寸由0．6m×0．6m增至1．8m×1．8m時，面板彎拉應力由0．47MPa增大至1．60MPa，而路面使用壽命由1．09×1011次縮減至1．30×108次。

當水泥混凝土面板厚度不同時，脫空尺寸對其臨界截面彎拉應力和疲勞使用壽命影響同樣顯著。例如，脫空尺寸為1．0m×1．0m時，面板厚度28cm截面彎拉應力（1．34MPa）只有面板厚度20cm彎拉應力（2．63MPa）的一半左右，并且疲勞壽命也延長了2000倍。因而，適當增加水泥混凝土路面板厚度也是延長路面使用壽命的一種有效方法，但這是以增加路面工程造價為代價的，并不可取。

3 板底脫空解決措施

3.1 脫空判定標準

水泥混凝土路面板底脫空采用貝克曼梁彎沉檢測法判定，該方法也常作為驗收注漿板是否合格的依據。彎沉檢測采用貝克曼梁，通過逐塊測試板角（距橫縫40cm，縱縫10cm）彎沉值，確定板底是否脫空，當板角彎沉大于12（0．01mm）時視為脫空板，必須采取注漿穩固處理。

3.2 注漿材料技術要求

注漿采用水泥粉煤灰復合漿液。漿液應具有綜合穩定性好、強度高和流動性好等特點，Marsh流動度室內滿足20±3s，現場符合30±3s，凈漿擴展度不大于220mm且不小于180mm，漿液7d抗壓強應大于3．5MPa，相應配合比可根據室內試驗加以確定。

3.3 注漿施工工序

3.3.1 孔位布設：板底脫空主要發生在板角及鄰近接縫處，因而注漿孔應按照圖1布設。若水泥混凝土面板存在貫穿性裂縫及板角斷裂時，可相應增設注漿孔數量。

3.3.2 鉆孔：注漿孔直徑3～5cm，孔深為混凝土板厚。鉆孔完工后應采用空壓機清除孔中的殘屑和粉塵，并防止雜物或雨水進入孔內。

3.3.3 漿液制備：采用專用制漿機進行漿液制備，攪拌時間不宜小于150s，漿體拌制完成后還應通過2～3mm篩孔以清除顆粒狀雜物。

3.3.4 壓漿：注漿管口通過注漿栓塞打入孔中，注漿過程中避免出現漏漿、漏氣、爆孔和壓力不足等現象。壓漿孔應從低處向高處進行。注漿應緩慢均勻，注漿壓力一般控制在0．5～1．0MPa，達到設定壓力后應穩壓2～3Min，之后緩慢降壓，壓力歸零后拆除注漿栓塞并用木塞對注漿孔進行封堵。

3.4 施工質量驗收

板底脫空注漿工序完工后三日內，采用貝克曼梁彎沉檢測法對注漿板進行彎沉復測，驗收注漿板是否合格。若復測中發現仍有脫空現象，應及時補注水泥粉煤灰復合漿液，直至彎沉檢測驗收合格。

4 結論

總而言之，板底脫空是一種嚴重影響水泥混凝土路面的使用性能及威脅使用壽命的病害，我們應該高度重視，積極研究病害規律，精心施工，規范養護，對于板底脫空的水泥混凝土面板應及時采取措施進行整治處理，并且結合工程實際，相信水泥混凝土路面板底脫空問題一定會得到有效解決的。

參考文獻

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