綜述公路水泥混凝土路面的破損及檢測修復

摘 要：本文詳細闡述了水泥路面損壞的機理、原因，并介紹了水泥路面狀態現代檢測技術和修復方法，為相關工程提供了參考。

關鍵詞：水泥混凝土路面；破損；損壞機理；檢測；修復

1 前言

水泥混凝土路面具有承載能力大、穩定性好、使用壽命長、日常養護費用少等優點， 是高等級公路、重要交通公路路面的主要類型之一，在公路建設中也得到了越來越多的重視。同時，混凝土路面的常見病害：脫空、斷裂、破碎等也成為亟待解決的問題。在現今使用的混凝土路面中，特別是較低等級的混凝土路面，其路面的病害現象比較嚴重，主要集中在脫空這一現象，進而直接導致混凝土路面的斷裂發生。

2水泥路面斷裂破損損壞機理

水泥混凝土路面板是剛性結構，而路基基礎是彈塑性踢。在實際使用過程中，由于車輛荷載的重復作用，板下基礎將產生一定得塑性變形，使得混凝土板的局部不再與基礎保持連續接觸，即混凝土板下局部出現了脫空，這對混凝土板的受力是極為不利的，在荷載的作用下，脫空部位的邊緣將會產生應力集中現象，再加之重車交通荷載的重復作用， 懸空處的水泥板塊承受彎曲變形造成的拉應力， 而且水泥板塊承受的是脈動載荷、其抗拉強度僅是抗壓強度的1/5～1/10，最終將導致混凝土板的斷裂，影響路面的行車狀況。在水泥混凝土路面的使用過程中，由于早期出現的脫空病害不能從路表得到及時的發現，在路面車輛的作用下，脫空會逐步發展，最終導致板的斷裂，這樣再進行挖出重新澆注混凝土，勢必會浪費大量的人力物力，同時也影響了道路的正常使用。因此對于路面早期病害的檢測就顯得尤為重要。

以某路口段為例，路面結構為22厘米水泥混凝土面層+30厘米石灰土基層。隨著近些年交通量的迅速增長，重型車輛和嚴重超載車輛的增加，造成水泥混凝土路面脫空進而破損現象十分嚴重，因此對該路段急需進行不定期檢測以及維修。

3水泥路面狀態檢測的現狀

水泥板塊一旦斷裂，其維修 作業量大、費用高，而且要長時間影響交通。因此，對已投入使用的水泥路面應加強日常監控，盡早發現面層與基層之間的空隙，并及早采取補救措施，以保證公路暢通，并延長其使用壽命。

基于不同的基礎理論，水泥板塊是否懸空可以用不同的方法檢測。最簡單、最直接，也是目前我國常用的傳統方法是鉆孔取樣法，這是一種盲目的被動的方法。隨著科學技術的發展，聲波法、雷達法、振動分析法等無損檢測方法已開始應用于水泥路面狀態檢測中。

通過對該路段的病害調查發現，此路段的主要病害為橫向縱向裂縫交叉形成的網裂，并且該路段屬于嚴重網裂。路表已經產生了明顯的沉陷變形，這表明路面下部出現較大脫空現象，其基層已經發生較為嚴重的松散、破碎等現象，無法形成板體，整體結構強度已基本喪失，這與鉆孔取芯試驗結論相吻合，隨著病害程度的進一步發展， 基層在滲入水和車輪荷載的共同作用下發生松散、破碎，路面產生了較為明顯的沉陷變形，大量的路表橫向、縱向裂縫相互交織成網狀，形成嚴重網裂。

3.1超聲波探傷技術

超聲波探傷技術是一種成熟的測量技術，被測物體或結構被夾在兩個探頭間，用所測波速與標準波速比較判斷結構物內部情況，但道路路面是半無限體，探頭無法埋植，用表面法檢測時超聲波對路面的最佳發射角很難確定，影響了探頭接收的能量，超聲波探傷在路面檢測中的應用尚在探索與發展中。由于超聲波具有激發容易、檢測工藝簡單、操作方便、價格 便宜等優點，因此在道路狀態檢測中，特別是高等級水泥路面路基檢測中將會有著較廣泛的前景。

3.2雷達檢測技術

雷達檢測技術實質上是一種高頻電磁波發射與接收技術。雷達波由自身激振產生，直接向路面路基發射射頻電磁波，通過波的反射與接收獲得路面路基的采樣信號，再經過硬件、軟件及圖文顯示系統得到檢測結果。雷達所用的采樣頻率一般為數兆赫(MHz)，而發射與接收的射頻頻率有的要達到吉赫(GHz)以上。

用于水泥路面路基狀態檢測的探地雷達主要由天線、發射機、接收機、信號處理和終端設備等組成。探地雷達檢測是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，其工作過程是由置于地面的發射天線發送入地下一高頻電磁脈沖波，地層系統的結構層可以根據其電磁特性如介電常數來區分，當相鄰的結構層材料的電磁特性不同時，就會在其界面間影響射頻信號的傳播，發生透射和反射。一部分電磁波能量被界面反射回來，另一部分能量會繼續穿透界面而進入下一層介質材料。電磁波在地層系統內傳播過程中，每遇到不同的結構層就會在層間界面發生透射和反射。由于介質材料對電磁波信號有損耗作用。所以透射的雷達信號會越來越弱。各界面反射電磁波由天線中的接收器接收，并由主機記錄，利用采樣技術將其轉化為數字信號進行處理。從測試結果剖面圖得到從發射經地下界面反射回到接收天線的雙程走時t，當地下介質材料的波速已知時，可根據測到的精確t值求得目標體的位置和深度。這樣，可對各測點進行快速連續地探測，并根據反射波組的波形與強度特征，通過數據處理得到探地雷達剖面圖像。通過多條測線的探測，即可知道場地目標體平面分布情況。通過對電磁波反射信號(即回波 信號)的時頻特征、振幅特征、相位特征等進行分析，便能得知地層的特征信息——介電常數、層厚、空洞等。

另外，利用雷達波進行路面脫空的檢測，主要是利用介電常數的變化對波傳播的影響，該方法與工程力學參數之間的關系并不緊密，在實際工程檢測中，路面板出現脫空或路面下涂層介質的變化，都會引起介電常數的變化，產生反射波，對所接收到的反射波信號很難從中區別出界面反射波和脫空產生的反射波。

3.3振動映像檢測技術

與聲波法、雷達法比較，振動映像檢測技術有其自身特點，理論較為成熟，對測試設備和測試環境要求不高，利用計算機技術可實時檢測、快速處理數據，是一種快速、方便、無破損的現代檢測技術。

振動檢測技術是采用動力學方法，分析水泥板塊在不同的支撐條件下的固有振動特性及響應特性的變化，比較水泥板塊在懸空狀態下振動響應特性的差異，從而找出水泥板塊是否懸空的判定依據。

振動映像檢測技術是利用在路面板表面激振的方法獲得混凝土面板的振動信號，由于脫空與未脫空面板的振動頻率存在很大的差異，通過對所得信號的分析處理可實現對路面板脫空的檢測。

3.4水泥混凝土路面的修復

水泥路面常見的損壞形式有板塊裂縫與折斷，板塊邊緣角隅破損、板塊垂直錯臺與拱起、板塊表面磨損與麻面等。水泥路面維修常用的工藝有擴縫、清縫、灌縫、鑿孔、切槽、攪拌、攤鋪、振搗、拉毛、鉆孔、頂升、破碎和翻修等。

該路段道路修復工程中，對于路面結構采用：3厘米AC-13I細粒式瀝青混凝土+5厘米AC-13I中粒瀝青混凝土+15厘米水泥穩定碎石+15厘米二灰碎石。

對局部裂縫（斷板）的處理方法如下：凹糟開挖：根據斷縫位置，把水泥混凝土面板鑿開成長方形凹槽，貫通整個板厚，凹槽壁鑿成1∶0.15的斜坡為最好，以使修補混凝土與面板更充分地共同支撐行車荷載。凹槽的直角邊分別平行于縮縫和縱縫。對于較直的斷縫，斷縫的兩側開鑿寬度每側不小于20厘米，總寬度不小于40厘米；若斷縫稍有斜度或彎度時，開鑿時要距斷縫凸出部位或端頭不小于10厘米，凹槽開鑿總寬度不小于40厘米；若斷縫在縮縫附近，且開鑿邊緣距縮縫不大于40厘米時，原縮縫要作為凹槽的一個邊。

對于角隅處的斷縫，要按上述開鑿尺寸的要求，將斷縫（斷板）周圍的混凝土鑿開挖掉即可。對于斜度較大的斷縫，可將斷縫周圍的混凝土分成兩大塊鑿開挖掉。開鑿前根據斷縫的情況，按尺寸要求用墨線斗在水泥混凝土路面上打出墨印線，然后用切割機沿線切割，再在需挖掉的混凝土路面上用切割機切成網狀，網格面積越小越易鑿挖。然后用六棱鋼釬和大錘把混凝土鑿開挖掉，然后，要在凹槽周圍設置安全標志，以保證行車和行人的安全。

養生：凹槽填充完畢，要在周圍設置醒目標志或設置障礙保護，禁止車輛在上面通行。待混凝土達到終凝時間（一般為8小時），可在混凝土上面均勻鋪上厚度不小于15厘米的細土，然后灑水養生，使其經常保持潮濕狀態。養生至少不能少于兩星期，保養期滿后，方可撤除標志或障礙，開放交通。

4小結

總之，水泥路面是高等級公路主要路面結構型式之一。使用中的水泥路面由于多種原因會產生斷裂、裂縫、磨損等多種形式的損壞，嚴重影響道路運輸效果、經濟效益和社會效益。 因此，需要及時的保養維護或修復。