農村公路水泥混凝土路面破壞機理及防治措施

黃平

（安徽省滁州市瑯琊區住房城鄉建設交通局，安徽 滁州 239000）

1 引言

農村公路是公路交通網的重要組成， 是直接服務廣大農民和農村經濟的基礎設施，其最大特點是里程短、等級低、分布面廣。 近年來，農業經濟迅速發展，農村交通量逐年增加，傳統的土路和泥結碎石道路已經難以滿足居民通行需求。 水泥混凝土路面具有造價低、剛度大、耐久性好等特點，在低等級公路，尤其是農村公路中應用廣泛。 但是，隨著農村公路運營時間的增加， 在車輛荷載及外界環境作用下混凝土板塊現不同程度的破壞，使用功能降低，影響行車安全性和舒適度。 如果對農村公路水泥混凝土路面病害處治不當， 會嚴重干擾村民的生產和生活[1]。目前，工程人員在處治水泥路面病害時，往往是盲目套用相似項目的圖紙，處治方案缺乏針對性。 因此，進一步研究農村公路水泥混凝土路面破壞機理和處治措施具有十分重要的工程意義。

2 農村公路水泥混凝土路面破壞影響因素及病害類型

2.1 水泥混凝土路面破壞影響因素

水泥混凝土路面病害機理復雜， 不同區域的農村公路在運營期間產生的病害可能大不相同， 路面損害程度與車輛荷載、環境因素、原材料性能、施工技術等因素密切相關，具體闡述如下[2]：（1）車輛荷載。在路面行駛時，車輛自身重力、車輛克服行車阻力作用于路面的水平力、 車輛顛簸對路面產生的動壓力等車輛荷載都會通過車輪傳遞到路面結構層， 對路面起到一定的破壞作用。（2）外界環境。路面在運營期間直接暴露在大氣中，大氣溫度的動態變化、大氣降水和蒸發、地下水等外界因素都會對水泥混凝土性能產生不利影響，使其路用性能不斷衰減，從而導致農村公路的服務水平退化。 （3）施工水平差。 如果施工期間出現原材料不合格、施工設備及組合選擇不合理、技術人員綜合能力差等，均可能造成路面后期病害頻發。

2.2 水泥混凝土路面病害類型

筆者結合多年農村公路路面病害統計結果， 總結出水泥混凝土路面病害主要包括裂縫類病害、接縫類病害、表層類病害，不同病害的具體組成、分級及測量方法如表1 所示[3]。

表1 農村公路水泥路面病害類型

3 農村公路水泥混凝土路面不同病害產生機理分析

3.1 裂縫類病害破壞機理

3.1.1 橫向裂縫

水泥混凝土中會存在結合水、物理吸附水等水，會在混凝土水化作用下（水化生熱）大量散失。 水分散失后，路面中的水泥漿體收縮， 當收縮應力超過混凝土的抗拉強度就會產生干縮橫向裂縫。 這種裂縫多發生在夏季平均溫度較高的地區。

3.1.2 縱向裂縫

水泥混凝土路面的縱向裂縫產生主要與路基壓實質量和基層強度有關。

當路基填料較差，壓實度不滿足設計要求時，路基會在填土自重和車輛荷載作用下產生較大的不均勻工后沉降， 使得混凝土面板底部“脫空”。 此時，路基對路面的支承力分布不均勻，使路面產生沉降并縱向開裂；同理，基層材料強度在地表滲水、地下水、毛細水等作用下逐漸降低，也會削弱對混凝土面板的支承作用。

3.1.3 角隅斷裂

農村公路水泥混凝土路面出現角隅斷裂的原因主要包括：（1）振搗質量差。 水泥混凝土路面的面板板角是路面的最薄弱部位，如果板角處混凝土振搗密實性差，拆模或開通交通過早，會為角隅斷裂埋下隱患。（2）晝夜溫差大。混凝土具有熱脹冷縮效應， 晝夜溫差過大容易在面板的板角處產生翹曲應力。（3）角隅鋼筋缺乏。農村公路一般建設資金有限，施工單位技術水平也不高，在混凝土面板施工時大多未設置角隅鋼筋，使得面板板角側向約束能力差，容易出現角隅斷裂[4]。

3.2 接縫類病害破壞機理

3.2.1 路面接縫破碎、填縫料散失

水泥混凝土路面的接縫碎裂主要是因為施工期間傳力桿位置出現較大偏移或滑動端的滑動功能失效或脹縫被砂漿、堅硬雜物等堵塞， 限制了板的伸長， 使得接縫一側板體被擠碎、拉裂；填縫料散失是由于填縫料老化后，養護人員未能及時更換新填縫料，或填縫料自身物理力學性能較，與水泥混凝土間的黏結力較弱。

3.2.2 路面錯臺

水泥混凝土路面錯臺是指在路面接縫處的基層頂面受水流沖刷（地表滲水、地下水、毛細水等）后細集料部分流失，混凝土面板底部脫空， 使得相鄰面板在接縫兩側產生高程差路面呈臺階狀。 車輛經過錯臺位置時會發生跳車現象，影響駕駛員行車的舒適度和安全性。

3.3 表層類病害破壞機理

3.3.1 路面沉陷

水泥混凝土路面沉陷是指路面在外界荷載作用下， 局部路段路基沉降過大，導致路面發生嚴重的下陷變形，主要原因在于：路基壓實度不滿足設計要求、路基路面排水不暢、路面基層強度不均勻、地下水位高等引起的不均勻沉降[5]。

3.3.2 路面磨損、露骨

農村公路由于里程較短， 施工時通常不會專門去建設拌和站，而是購買成品混凝土。 而成品混凝土質量參差不齊，比如混凝土坍落度小（夏季施工時失水快）、水灰比過大、集料含泥量高等，以上原因會使得混凝土耐磨性差，路面在行車荷載作用下不斷磨損，直到露出骨料。

4 農村公路水泥混凝土路面病害防治措施

4.1 工程概況

筆者以安徽北部地區某農村公路為研究對象， 針對其產生的病害提出了詳細的處治和預防措施。 該農村公路為C30水泥混凝土路面，施工時由于重路面，輕路基，在運營3 年后即出現了裂縫、斷板、錯臺、唧泥等病害，給當地村民出行帶來了不便。 筆者對現場50 處路面病害進行了調研，其中裂縫病害占比最高，達43%（見圖1）。

圖1 安徽某農村公路水泥混凝土路面不同類型病害占比

4.2 路面病害處治原則

為了保證路面在未來運營期間具備良好的使用性能，經各參建單位溝通，路面損失在修補時應遵循以下基本原則：第一，考慮未來交通量增加。 隨著農村經濟的發展，為了避免將來交通量激增影響水泥混凝土路面的正常使用， 應對沿線交通量進行預測。 第二，節約投資。 路面處治方案在選擇時應結合具體病害特點，不得盲目照搬其他項目的處治措施。 第三，減小對居民的干擾。 水泥混凝土路面的修補產生的噪聲、材料亂堆亂放等問題會影響居民生活， 施工時應選擇合適的施工工藝。 第四，生態環保。 水泥混凝土路面病害處治施工時應減少水土流失，保護周邊生態環境。

4.3 路面病害防治措施

4.3.1 路面裂縫防治

公路沿線水泥混凝土路面上寬度＜3 mm 的輕微裂縫，縫隙清潔難度大，灌縫料和混凝土界面難以充分黏結，故不宜直接灌漿。此時，可將裂縫適當擴寬，再清理縫隙灌注漿液。施工時首先通過鋸縫機把縫口擴寬為1.5～2.0 cm 的槽， 槽深可開3～5 cm，但不宜超過混凝土面板厚度的2/3；開槽后利用壓縮空氣清除裂縫中的混凝土碎屑后，配制灌縫料灌入縫內，整平填縫料后收漿抹面，并覆蓋薄膜灑水養護，1 d 后可開放交通。

4.3.2 路面斷板防治

對于裂縫寬度＞3 mm 的水泥混凝土面板，其整體受力性能會有明顯降低，承載能力變差，可采用植筋補強+ 灌縫的處治措施。需注意，鋼筋打入角度和長度，切不可打穿混凝土面板。

如果混凝土面板表面剝落嚴重，裂縫寬度較寬，且將面板分割成3 塊以上，需鑿除原破損面板，換成同標號的混凝土面板。 為了保證新舊面板間能傳遞荷載，可在接觸面上增設光圓鋼筋拉桿。

4.3.3 路面錯臺防治

水泥路面錯臺處治方法可根據錯臺高度選擇。 如果錯臺高差小于5 mm，對行車安全和舒適度影響不大，為了控制投資，可不做處理；錯臺高差介于5～10 mm 時，可采用磨平機磨平，即從錯臺最高點開向四周磨平，用3 m 直尺找平，直至相鄰兩塊混凝土面板齊平；錯臺高差超過10 mm 時，可采用水泥混凝土填補處治。 先將下沉面板鑿除2 cm 左右，清除混凝土碎屑，并澆筑細石混凝土填平。

5 結語

本文歸納總結了農村公路水泥路面破壞影響因素、 病害類型、破壞機理等，并依托某農村公路，對裂縫、斷板、錯臺等病害提出了處治措施，主要得到以下結論：（1）農村公路水泥混凝土路面破壞與車輛荷載、 外界環境、 施工水平等因素有關，破壞類型有裂縫類、接縫類、表層類；（2）農村公路水泥混凝土路面病害處治應考慮未來交通量增加，遵循節約投資、減小對居民的干擾、生態環保等原則；（3）水泥混凝土路面上的輕微裂縫可擴縫灌漿法， 填縫料建議選擇無機材料并利用外摻劑改性；而對于裂縫引起的斷板可采用植筋補強+ 灌縫或整塊板更換的方式；（4）水泥混凝土路面錯臺可根據錯臺高度選擇不做處理、機械磨平、混凝土填平等措施。