水泥混凝土路面破壞及維護(hù)對策分析

郭萬紅

水泥混凝土路面由于具有良好的使用性能,建設(shè)費(fèi)用低,壽命長,抗災(zāi)能力強(qiáng),養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低,社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)在公路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著水泥混凝土應(yīng)用的越來越廣泛,在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用過程中產(chǎn)生了許多病害,如裂縫、錯臺、碎裂、板底脫空等,在這些病害中最常見、最普遍、對水泥混凝土路面性能影響最大的是裂縫,裂縫的處理在道路養(yǎng)護(hù)中成為很重要的一個分支[1]。目前,許多水泥混凝土路面已產(chǎn)生了各種病害,影響了路面的使用性能,甚至造成了嚴(yán)重的交通事故,因此,水泥混凝土路面后期的養(yǎng)護(hù)、維修工作就顯得尤其重要。

1 混凝土路面破壞類型及特征

水泥混凝土路面在交通作用下容易誘發(fā)各種病害。據(jù)調(diào)查,在車輛較多的公路上,混凝土路面存在不同程度的唧泥、錯臺、斷板和露骨等破壞現(xiàn)象,有些路段損壞還相當(dāng)嚴(yán)重[2]。現(xiàn)將混凝土路面典型的損壞類型和特征論述如下:1)沖刷破壞。沖刷破壞是荷載反復(fù)作用、接縫處水的入滲、基層被沖刷等多種因素綜合作用的結(jié)果,在交通路面中普遍存在且非常嚴(yán)重,主要表現(xiàn)為唧泥及由此引發(fā)的錯臺、脫空和斷板。比如,由唧泥留下的一道道泥漿的痕跡和大量碎屑堆積物,其厚度可達(dá)1 mm～5 mm。沖刷物一般是細(xì)屑物質(zhì),嚴(yán)重時也含有砂和碎石,碎石最大粒徑可達(dá)15 mm。2)疲勞破壞。另外,水泥混凝土路面通車一年后,除了水沖刷掏空引起板角斷裂、橫向和斜向斷裂破壞之外,還出現(xiàn)橫向疲勞斷裂破壞,板橫向疲勞斷裂的出現(xiàn)為沖刷破壞創(chuàng)造了條件,進(jìn)一步擴(kuò)大了沖刷破壞的范圍。板的疲勞斷裂與水沖刷共同作用結(jié)果使得混凝土路面出現(xiàn)大面積嚴(yán)重的網(wǎng)裂。3)磨損破壞。在水泥混凝土路面還存在較為嚴(yán)重磨損破壞現(xiàn)象,這類破壞通常不為大家所重視。磨耗破壞主要表現(xiàn)為路表水泥砂漿體在車輪剪切作用和沖擊作用下脫落,碎石或砂礫骨料出露簡稱露骨、混凝土剝落,有的甚至出現(xiàn)坑槽。反之,裸露的粗集料在車輪尤其是重車輪剪切作用和沖擊作用下,極易被沖擊松動、脫落,形成空穴,導(dǎo)致與車輪接觸面減小,作用在路表面剪切應(yīng)力和沖擊應(yīng)力增大,空穴周圍的砂漿極易被磨耗掉,空穴也因此逐步擴(kuò)大。如此反復(fù)進(jìn)行,嚴(yán)重影響水泥混凝土路面使用性能,直至最后路面結(jié)構(gòu)的破壞。水泥混凝土路面一旦出現(xiàn)露骨,路面平整度和抗滑能力將急劇下降,嚴(yán)重影響行車舒適、安全及路面使用壽命,而且也是誘發(fā)路面其他損壞的原因。水泥混凝土路面是層狀的結(jié)構(gòu)。水泥混凝土板是承受荷載的結(jié)構(gòu)層次,其強(qiáng)度、剛度都比較大。為了避免出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫,路面板一般是被切縫分塊的。基層是傳遞荷載的結(jié)構(gòu),其強(qiáng)度和剛度都比路面板小。墊層的主要作用是防水和抗凍,其強(qiáng)度和剛度更小。水泥混凝土是路面板的材料,其抗拉強(qiáng)度大,抗壓強(qiáng)度小。穩(wěn)定類材料是最常用的基層材料,具有強(qiáng)度高、剛度大、整體性好等特點(diǎn)。對路面結(jié)構(gòu)影響較大的荷載有汽車荷載和溫度荷載。汽車荷載的分布是隨機(jī)的,但遵循一定統(tǒng)計規(guī)律。汽車對路面的作用不但有豎直的向下的壓力和水平的摩擦力,還有向上的吸附力。這些力的大小不但與汽車的重量、速度、加速度和輪胎的構(gòu)造有關(guān),而且與路面的平整度,甚至與路面結(jié)構(gòu)的振動頻率有關(guān)。溫度荷載是由于路面板中不同部位的溫度差引起的。溫度差來源于氣溫的變化,所以溫度應(yīng)力具有周期性和局限性的特點(diǎn)。一般情況下,荷載在水泥混凝土路面板中產(chǎn)生的應(yīng)力比較小,不能造成路面的一次性開裂破壞,所以水泥混凝土路面的破壞一般是疲勞開裂破壞。

2 水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)對策

高速公路和一級公路的路面破損狀況等級為優(yōu)和良,或者二級及二級以下公路的路面破損狀況等級為中及中以上時,可采用日常養(yǎng)護(hù)和局部或個別板塊修補(bǔ)措施。

高速公路和一級公路的路面破損狀況等級為中及中以下,或者二級及二級以下公路的路面破損狀況等級為次及次以下時,應(yīng)采取全路段修復(fù)或改善措施,包括瀝青混合料修補(bǔ)、板塊破碎和碾壓穩(wěn)定、鋪筑瀝青混凝土或水泥混凝土加鋪層以及修建縱向邊緣排水溝設(shè)置等。

高速公路和一級公路的路面行駛質(zhì)量等級為中及中以下,或者二級及二級以下公路的路面行駛質(zhì)量等級為次及次以下時,應(yīng)采取刻槽、罩面或加鋪層等措施改善路面的平整度。

高速公路和一級公路的路面抗滑能力等級為中及中以下,或者二級及二級以下公路的路面抗滑能力等級為次及次以下時,應(yīng)采取刻槽、罩面等措施提高表面的抗滑能力。

路面結(jié)構(gòu)承載力不滿足現(xiàn)有交通的要求時,應(yīng)采取鋪筑瀝青混凝土或水泥混凝土加鋪層措施提高其承載能力。

3 對舊水泥混凝土路面板處理的選用方法

在對舊水泥混凝土路面板進(jìn)行加鋪改造之前,應(yīng)對舊水泥混凝土路面板進(jìn)行穩(wěn)固處理。目前對舊水泥混凝土路面的處理方法主要有兩種:第一種為對舊水泥混凝土板進(jìn)行壓漿或換板處理后加鋪面層,這種方法適用于原舊路狀況較好、地基強(qiáng)度較高、斷板率較低的小面積損壞路面,這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可充分利用現(xiàn)有大板塊舊水泥混凝土路面的承載能力,缺點(diǎn)是接縫處瀝青加鋪層易產(chǎn)生反射裂縫,且當(dāng)舊水泥混凝土路面損壞較為嚴(yán)重、斷板率較高時,采用壓漿及換板的修復(fù)方法則費(fèi)用昂貴,施工速度慢,對交通及環(huán)境影響大;第二種為對舊水泥混凝土板進(jìn)行破碎穩(wěn)固處理后加鋪面層,這種方法適用于斷板率較高的大面積損壞路面,優(yōu)點(diǎn)在于隨著破碎板塊尺寸的減小,由溫度應(yīng)力及彎沉差過大而引起的瀝青加鋪層反射裂縫現(xiàn)象也隨之減小,該方法還具有施工簡便、工程費(fèi)用低、對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是混凝土板底的壓應(yīng)力會隨板塊尺寸的減小而增大,且若破碎板未能充分穩(wěn)固有松動現(xiàn)象時,其上的瀝青加鋪層也可能產(chǎn)生反射裂縫。

以上兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn),至于應(yīng)該選用哪種方法對舊水泥混凝土路面進(jìn)行處理,應(yīng)根據(jù)舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的狀況進(jìn)行技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的比較后確定。由于舊水泥混凝土路面的加鋪改造方法很多,確定何種處理方法實(shí)際上就是對舊水泥混凝土路面板的兩種改造方法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析與評價,從中尋求一個平衡點(diǎn),在該平衡點(diǎn)處,破碎穩(wěn)固處理方法與換板灌漿處理方法總造價相等,則這兩種方案都可行。1)舊水泥混凝土板破碎穩(wěn)固后加鋪基層和面層。采用破碎穩(wěn)固法對舊水泥混凝土路面進(jìn)行加鋪改造,其成本包括水泥混凝土板的破碎費(fèi)用、加鋪基層、面層的費(fèi)用及其他費(fèi)用。對加鋪相同的基層和面層來講,破碎費(fèi)用在總成本中為主要考慮因素。隨著換板率的增加,破碎費(fèi)用呈下降趨勢,因而總成本也在降低。2)對破損的水泥混凝土板進(jìn)行灌漿換板后再加鋪基層和面層。采用這種方法對水泥混凝土路面進(jìn)行加鋪改造,其成本包括破損板的換板費(fèi)用、脫空板的灌漿處理費(fèi)用、加鋪基層的費(fèi)用、加鋪面層的費(fèi)用及其他費(fèi)用。同樣,當(dāng)加鋪的基層和面層相同時,換板費(fèi)用和灌漿費(fèi)用決定工程總造價。

4 結(jié)語

對水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)進(jìn)行研究和探索,其主要思路是從導(dǎo)致混凝土路面病害的主要誘導(dǎo)因素上采取針對性措施,遏制混凝土路面病害迅速發(fā)展的勢頭,然后逐步采取處治措施,使混凝土路面路況盡快得到改善。通過分析水泥混凝土路面損壞的原因,可以發(fā)現(xiàn)混凝土路面養(yǎng)護(hù)的指導(dǎo)思想應(yīng)該是:疏水為先,疏防結(jié)合,充填穩(wěn)定,全面處治。

[1] 荊 宏.淺談水泥混凝土路面斷板的原因及防治措施[J].中小企業(yè)管理與科技,2009(30):153-154.

[2] 劉義國,郝桂芝.混凝土路面產(chǎn)生裂縫的養(yǎng)護(hù)措施[J].中小企業(yè)管理與科技,2009(33):164.

[3] 何志勇.水泥混凝土路面損壞原因分析及加鋪厚度計算[J].山西建筑,2008,34(12):289-290.