西藏地區(qū)水泥混凝土路面裂縫機(jī)理分析與處置辦法

王少鋒

（安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230071）

1 水泥混凝土路面出現(xiàn)裂縫的理論原因分析

1.1 水泥混凝土路面“天生”就帶裂紋

水泥混凝土是一種混合材料，有鋼筋混凝土與素混凝土之分，道路路面工程中主要用素混凝土，在彎道、明涵、橋面等位置一般采用鋼筋混凝土。不同于混凝土構(gòu)件澆筑，水泥混凝土路面施工中一般是長距離一次性澆筑。水泥混凝土拌和、運輸、澆筑會受外界環(huán)境因素影響，如溫度、濕度變化，會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生體積變形，與骨料的體積變形不一致時，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生初始應(yīng)力，內(nèi)部骨料和砂漿之間的交界面上會出現(xiàn)大量肉眼不可見的裂縫或微裂縫。也就是說，只要是水泥混凝土路面，“天生”就帶裂紋。

1.2 溫度應(yīng)力裂縫

西藏地區(qū)日照時間長、晝夜溫差大，日溫差可達(dá)20℃，使得水泥混凝土路面施工受外界溫度影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般構(gòu)件的澆筑。在混凝土路面凝結(jié)過程中，由于水化熱的作用，內(nèi)部溫度變化梯度非常平緩，往往是因外界溫度變化大，接觸面積又非常大，導(dǎo)致表面溫度主要由外界溫度決定。因此，混凝土路面白天膨脹、夜晚收縮，初凝階段的強(qiáng)度低，隨著水化熱的釋放，混凝土受到的約束作用和所伴生的約束壓應(yīng)力也迅速增大，很容易產(chǎn)生裂縫。

1.3 荷載作用的影響

水泥混凝土路面運營期，在車輛荷載作用下，內(nèi)部的微裂縫引起應(yīng)力的高度集中，隨著車輛荷載的增加或者增大，在時間作用下會引起應(yīng)力的高度集中，從而導(dǎo)致微裂縫擴(kuò)展。此時水泥混凝土路面的應(yīng)變能與裂縫的平衡呈不穩(wěn)定狀態(tài)，局部位置會產(chǎn)生破損。在車輛超載或者連續(xù)荷載長時間碾壓的情況下，局部就會產(chǎn)生通縫，出現(xiàn)病害。

1.4 路基沉降產(chǎn)生的縱向裂縫

西藏地區(qū)地廣人稀，交通網(wǎng)絡(luò)以三、四級公路為主，為了節(jié)約成本，在農(nóng)村公路建設(shè)過程中，水泥混凝土路面取消了水穩(wěn)層，路面基層一般采用15cm 碎石層。路基質(zhì)量控制不嚴(yán)，會使路基承載力不足，加之山區(qū)地形條件復(fù)雜，在眾多因素的疊加之下，使得路面貫通裂縫問題尤為顯著，且這種裂縫寬度因荷載大小而異，一般與沉降值成比例。

2 水泥混凝土路面出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)實原因分析

對西藏地區(qū)通車兩年內(nèi)出現(xiàn)縱橫向裂縫的9 條水泥混凝土道路進(jìn)行了實地踏勘，走訪了參與建設(shè)的相關(guān)人員，結(jié)合理論分析，發(fā)現(xiàn)這9 條路出現(xiàn)不同程度裂縫的原因如下：

2.1 原材料

第一，設(shè)計配合比所用的石子是碎石，但實際施工時采用礫石混凝土，這類混凝土的抗折強(qiáng)度很難達(dá)到4MPa，而路面最主要的指標(biāo)就是抗折強(qiáng)度而不是抗壓強(qiáng)度。

水泥混凝土路面施工現(xiàn)場所用的石子基本是礫石，但西藏地區(qū)地廣人稀，各縣很少有專業(yè)的碎石場生產(chǎn)碎石，農(nóng)村公路施工里程短，項目小，施工單位一般也不會投資建碎石廠。加之建設(shè)單位技術(shù)力量薄弱，管理寬松，基本用礫石拌和。路面混凝土設(shè)計配合比用碎石，在施工中改用礫石，施工完成后的表現(xiàn)就是路面縱縫和交叉縫比較多，這即是抗折強(qiáng)度不夠的表現(xiàn)。

第二，所用的砂是各縣生產(chǎn)的本地砂，很少有真正意義上的中砂。且不說是中砂還是細(xì)砂，含泥量就是一個很大的問題。具體表現(xiàn)在路面上是會出現(xiàn)一些龜紋，也就是骨料和砂漿的交界面上存在大量的裂縫或微裂縫。這主要是由于砂的含泥量大，導(dǎo)致混凝土本身出現(xiàn)肉眼可以看到的微細(xì)裂縫，受荷載作用后應(yīng)力高度集中，試運營初期，微裂縫處于均勻分布狀態(tài)，每一個微裂縫周邊存在一個應(yīng)力釋放區(qū)，也就是常說的損傷區(qū)，隨著車輛荷載的不斷增加、增重，應(yīng)力釋放區(qū)面積增大，裂縫開始貫通，最后形成宏觀裂縫，水泥混凝土路面被破壞。

2.2 養(yǎng)生工藝與混凝土施工溫度不合理

2.2.1 養(yǎng)生工藝選擇不合理

養(yǎng)護(hù)的目的主要是解決溫度應(yīng)力的問題，溫度應(yīng)力的主要表現(xiàn)形式是熱脹冷縮。路面混凝土在終凝之前所受溫度影響主要來自以下方面：外界溫度和本身的水化熱產(chǎn)生的溫度差。外界溫度主要是白天溫度和夜間溫度，在西藏地區(qū)，這兩個溫度基本相差在20℃以上，使混凝土產(chǎn)生夜晚收縮和白天膨脹的現(xiàn)象，即便混凝土自身不存在水化熱現(xiàn)象，單20℃的溫差變化也足以使混凝土表面不規(guī)則開裂。若是養(yǎng)生期間所選的工藝不合理，沒能有效降低溫差，便會導(dǎo)致混凝土路面出現(xiàn)裂縫。

2.2.2 水泥混凝土路面施工溫度控制不合理

合理選擇水泥混凝土施工時間的目的是解決溫度應(yīng)力問題。混凝土若未達(dá)到終凝狀態(tài)，是沒有辦法養(yǎng)護(hù)的，只能采取一些防護(hù)措施。夏季高溫時段施工，混凝土表面會熱脹；冬季低溫時段施工，混凝土表面會冷縮。在實際施工過程中，夏季時段對施工效果的影響最大，會增加溫度應(yīng)力的危害[1]。因此，要想更好地保證水泥混凝土路面施工效果，就需要合理選擇施工時間，以有效避免溫度應(yīng)力對混凝土路面帶來的危害，

2.3 超重超載運輸車輛原因

后期運營階段的治超管理工作不到位，會加劇超重超載現(xiàn)象，影響路面健康。治超管理工作不到位的原因如下：第一，通村公路幾乎是必經(jīng)之路，且基本只有一條路線，無法繞道，這種現(xiàn)象在西藏地區(qū)尤為突出。第二，隨著西藏地區(qū)近幾年的大發(fā)展，幾乎每個村都有大噸位車輛，超重超載現(xiàn)象時有發(fā)生，而進(jìn)行公路設(shè)計時，相關(guān)人員的意識還停留在以往的經(jīng)驗上，認(rèn)為村道不會走大車，使得公路設(shè)計與實際情況不符。第三，各縣交通運輸部門人員不夠用，國道、省道的治超工作尚難以高效應(yīng)對，使得農(nóng)村公路治超工作開展不到位[2]。

2.4 路基產(chǎn)生不均勻沉降原因

第一，路基填料控制不合理。規(guī)范要求應(yīng)分層填筑，按填筑厚度選擇最大填料尺寸，要有一定級配，布料過程中防止離析。實際施工過程中，填筑厚度分層不符合規(guī)范要求，填料粒徑大，沒有級配，導(dǎo)致孔隙大，后期就會產(chǎn)生不均勻自然沉降。

第二，路基壓實質(zhì)量控制不合理。填石路段與土石混填路段分層厚度、壓實設(shè)備都不同。實際施工中，未按照填料的類型配備相應(yīng)型號的壓實機(jī)械，部分段落壓實寬度不足。西藏地區(qū)的山區(qū)公路，臨水臨崖段填筑高度比較大，壓實度不足是后期沉降的主要原因之一。

第三，路基填挖交界、橋涵臺背、老路拼寬等位置未采取必要的工程措施。路基填挖交界、橋涵臺背、老路拼寬等位置最容易出現(xiàn)縱向裂縫，縱向裂縫如果處理不及時，加之每年冰凍天氣持續(xù)持續(xù)時間長，整個路段病害發(fā)展很快，極易造成水泥混凝土路面斷板、板底掏空。實際施工過程中需提升碾壓質(zhì)量，增加土工格柵、鋼筋網(wǎng)片等工程措施，防止路基沉降過大。

3 水泥混凝土路面裂縫預(yù)防及處置辦法

3.1 骨料現(xiàn)狀及采取應(yīng)對措施

西藏地區(qū)地廣人稀，部分縣域沒有碎石加工廠。施工單位自己建碎石加工廠，考慮成本等因素，基本很難實現(xiàn)。如果用礫石，施工單位采購方便且運輸距離短，大家也都習(xí)慣用礫石了。

施工圖設(shè)計中路面抗折強(qiáng)度不小于3.5MPa，抗壓強(qiáng)度C30，否則設(shè)計圖紙是通不過審查的。從施工現(xiàn)場了解來看，管理部門主要控制抗壓強(qiáng)度這個指標(biāo)，抗折強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計要求，是造成斷板的主要原因。

處置措施：一是管理部門要深刻認(rèn)識原材料對施工質(zhì)量的影響程度；二是隨著社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，建設(shè)一批原材料加工企業(yè)，服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市發(fā)展；三是依據(jù)施工環(huán)境、原材料特性合理選擇外加劑類型，調(diào)整材料配合比，使礫石混凝土抗折強(qiáng)度滿足設(shè)計要求；四是采用礫石拌制鋼纖維混凝土，滿足設(shè)計要求。

3.2 原材料質(zhì)量控制

3.2.1 水泥

西藏地區(qū)每個地區(qū)都有自己的水泥廠，數(shù)量不是很多，基本可以滿足施工需求。缺點是運距長，成本偏高。水泥一般選用強(qiáng)度高、收縮性小、抗凍性好的普通硅酸鹽水泥，初凝時間大于1.5 小時，終凝時間小于10 小時。施工現(xiàn)場水泥存放注意防水、防潮，存放期不得超過3 個月，標(biāo)號不低于42.5 號。

3.2.2 集料

路用細(xì)集料要質(zhì)地堅硬、細(xì)度模數(shù)在2.5 以上，符合級配規(guī)定的中、粗砂。從了解施工現(xiàn)場來看，砂子普遍偏細(xì)，雜質(zhì)多，含泥量大。粗集料使用符合級配要求的三檔料，不可用不分級的統(tǒng)料，碎石最大公稱粒徑不宜大于31.5mm。處置措施：一是選取相對干凈的河砂；二是選取符合級配要求的碎石，碎石壓碎值符合規(guī)范要求，西藏個別地區(qū)的碎石質(zhì)地堅硬，遇水浸泡之后迅速軟化，注意選取合格集料；三是拌和站料場要硬化，分檔存儲，保護(hù)好集料清潔度，防止不同級配間粗集料相互串料，確保施工配合比得以實現(xiàn)。

3.3 施工工藝控制

3.3.1 施工放樣

水泥混凝土路面澆筑前需進(jìn)行施工放樣作業(yè)，直線每段10m 一樁，曲線段每4m 一樁（與模板長度同），樁點位置以模板頂為標(biāo)高，用以控制水泥混凝土路面的頂面高程。

措施：一是路基路面轉(zhuǎn)序施工時做好檢測，路床頂面高程、平整度、壓實度、路基寬度、縱橫坡；二是在路床頂面恢復(fù)中線、放樣高程和測量邊線；三是要注意路面加寬和超高段的施工放樣。

3.3.2 路面基層處理

（1）路面面層施工之前，對所有推移、下沉、松散的水穩(wěn)基層應(yīng)清除，并使用素混凝土換填。處理不徹底，造成基層和面層中間夾雜一層軟弱層，也是運營后出現(xiàn)裂縫、斷板的原因之一。

（2）基層產(chǎn)生縱向裂縫時應(yīng)分析原因，是強(qiáng)度過高造成的收縮裂縫還是路基沉降產(chǎn)生的裂縫，可以挖開從斷面處判斷裂縫產(chǎn)生原因。按照產(chǎn)生原因采取相應(yīng)處置措施，注意拼接處挖臺階分層填筑。

（3）基層需要進(jìn)行大面積填補時，一般有三種做法：一是直接用面層混凝土一次性澆筑，加厚了混凝土路面的厚度，這時要注意收縮裂縫的發(fā)生；二是用碎石填補，這種辦法經(jīng)濟(jì)有效，施工中缺少對碎石的碾壓，松散的碎石層不但會破壞路面混凝土的和易性，從而降低其強(qiáng)度，同時也是一個軟弱層，增加荷載時會被擠壓下沉導(dǎo)致板面斷裂。

3.3.3 安裝模板

（1）模板要有一定的強(qiáng)度和剛度，最好用鋼模，對于損壞或變形的模板予以更換。

（2）模板的安裝應(yīng)穩(wěn)固、順直、無扭曲，相鄰模板連接應(yīng)緊密平順，不得有漏漿，前后錯茬、高低錯臺等現(xiàn)象，保證混凝土澆筑過程中不產(chǎn)生變形、位移現(xiàn)象[3]。

（3）內(nèi)側(cè)固定鋼釬和外側(cè)受力鋼釬不能高于模板，以防阻礙振動梁平順通過。

3.4 混凝土的拌和和運輸

第一，拌和過程中，需準(zhǔn)確控制砂、石子、水泥的用量，且要隨時抽檢，確保按照施工配合比要求拌和。

第二，嚴(yán)格控制原材料的含水量。拌和前，實測砂、石的含水量，通過試驗確定調(diào)整后的施工配合比。

第三，應(yīng)嚴(yán)格控制水泥混凝土拌和物的坍落度。坍落度指的是水泥混凝土的和易性，水灰比、砂率、水泥品種、骨料性能、外加劑等都容易影響和易性，因此需加強(qiáng)對這些因素的控制。

3.5 混凝土澆筑

3.5.1 水泥混凝土攤鋪

松鋪系數(shù)控制在K=1.1～1.25 之間，料偏干，取較高值；反之，取較低值。人工補料時，嚴(yán)禁拋擲和摟耙，以避免石子和混凝土漿分開，導(dǎo)致離析現(xiàn)象，影響攤鋪效果。

3.5.2 水泥混凝土振搗

每車道使用兩根振搗棒同時振搗，按順序振搗，再用平板振搗器縱橫交錯托振。并且應(yīng)嚴(yán)格控制振搗時間，以停止下沉、不再冒氣泡并泛出水泥砂漿為準(zhǔn)，不宜過振。振搗過程中，應(yīng)輔以人工補料，隨時檢查模板、拉桿、傳力桿的位移和漏漿情況，若出現(xiàn)這類現(xiàn)象應(yīng)及時糾正。

3.5.3 振動梁振實

每車道路面宜使用1 根振動梁，且振動梁應(yīng)具有足夠的剛度和質(zhì)量，施工時，振動梁應(yīng)垂直路面中心線沿縱向拖行，往返2～3 遍，使表面翻漿均勻平整。

4 結(jié)語

通過對西藏地區(qū)這9 條通車兩年內(nèi)水泥混凝土路面進(jìn)行踏勘、走訪，分析裂縫產(chǎn)生成因，公路建設(shè)和病害治理工作需要以現(xiàn)代化管理理念以及科學(xué)的管理體系為支撐，以專業(yè)的道路工程技術(shù)人員為抓手，配合高效的管理流程來保證路面施工質(zhì)量。施工企業(yè)需要不斷提升自身的管理水平，完善管理體系，培養(yǎng)一批專業(yè)技術(shù)人才，以提升企業(yè)綜合管理水平作為基礎(chǔ)工作開展。

從裂縫產(chǎn)生原因來看，加強(qiáng)對原材料和施工過程技術(shù)管理是關(guān)鍵。一個一個新建項目需要持續(xù)優(yōu)化水泥混凝土的設(shè)計配合比，對提升水泥混凝土的抗裂性能都是很有效的，同時應(yīng)該對已有的經(jīng)驗不斷總結(jié)和交流，由此提升水泥混凝土道路的施工整體質(zhì)量，減少裂縫的產(chǎn)生，延長道路使用壽命。