農(nóng)村公路水泥混凝土路面破壞機(jī)理及防治措施

李世山

(湖南省益陽(yáng)市資陽(yáng)區(qū)公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心應(yīng)急搶險(xiǎn)中心，湖南 益陽(yáng) 413000)

0 引 言

農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展是我國(guó)惠民政策的關(guān)注焦點(diǎn)，農(nóng)村村村通公路建設(shè)的速度不斷加快。農(nóng)村公路采取的水泥混凝土路面具備承載能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的特點(diǎn)，低等級(jí)公路施工質(zhì)量需要得到穩(wěn)步提升?？紤]到山區(qū)農(nóng)村水泥公路存在彎急、路窄、坡陡等路段，水泥混凝土路面在長(zhǎng)周期使用中經(jīng)常出現(xiàn)斷板、開(kāi)裂、錯(cuò)臺(tái)、沉降等病害，這不僅造成了路面維修養(yǎng)護(hù)的困難，而且對(duì)行車(chē)安全穩(wěn)定造成了嚴(yán)重威脅。公路建設(shè)單位需要充分結(jié)合農(nóng)村公路實(shí)際環(huán)境，加強(qiáng)技術(shù)指標(biāo)的利用，養(yǎng)護(hù)單位則需要對(duì)水泥混凝土路面病害出現(xiàn)的誘因進(jìn)行分析，針對(duì)性的開(kāi)展養(yǎng)護(hù)處治，以改善公路運(yùn)營(yíng)效率。

1 工程概況

湖南省某農(nóng)村公路起終點(diǎn)分別銜接于鄰近鄉(xiāng)鎮(zhèn)次干路交接處，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)村交通運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要通道，該公路設(shè)計(jì)起終點(diǎn)里程K0+000～K5+250，設(shè)計(jì)全長(zhǎng)5.25 km，三級(jí)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)車(chē)速40 km/h，雙向二車(chē)道，公路路面設(shè)計(jì)寬度9 m，沿線穿越地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，地形較陡，沿線分布有較多軟土，且多為填方路基，填土高度平均達(dá)到了3～5 m。路面結(jié)構(gòu)為水泥混凝土路面，路面中央不設(shè)計(jì)分隔帶，單塊水泥混凝土面板長(zhǎng)度5 m，寬度4.5 m，板塊之間沒(méi)有填縫劑，僅填充有砂石料。鉆芯試驗(yàn)得知混凝土面板平均厚度為20 cm，芯樣抗壓強(qiáng)度較小，平均值為50 kPa[1]。該公路路段周?chē)嬖?個(gè)石料廠，局部路段的車(chē)輛通行量較大，超重載車(chē)輛通行量較多，這導(dǎo)致路段出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破損情況，行車(chē)平整度及安全性下降。經(jīng)養(yǎng)護(hù)單位現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該公路建設(shè)完成至運(yùn)營(yíng)4個(gè)月，路面出現(xiàn)斷裂、凹凸不平等病害，選取試驗(yàn)段K0+000～K2+250進(jìn)行路段行駛質(zhì)量喪失、面層結(jié)構(gòu)破壞、路面病害情況、外觀質(zhì)量評(píng)定分析，并且針對(duì)路面破損的原因確定路段整治范圍，提出路面整治方案。路面結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 路面結(jié)構(gòu)示意圖

2 水泥混凝土路面破壞類型

2.1 裂縫

圖1 裂縫破壞類型

試驗(yàn)路段主要存在以下幾種裂縫：橫向裂縫，垂直于行車(chē)方向，且在混凝土結(jié)構(gòu)面層上多表現(xiàn)為有規(guī)則貫穿形式，見(jiàn)圖1(a)；縱向裂縫，主要平行于行車(chē)方向，縱向裂縫大多貫穿于整個(gè)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)層；路面龜裂，水泥混凝土路面多表現(xiàn)為細(xì)碎、密集的裂紋，劇烈深度較淺，一般產(chǎn)生在水泥混凝土路面施工階段(混凝土澆筑-初凝)，龜裂和混凝土體積收縮密切相關(guān)，見(jiàn)圖1(b)。

2.2 接縫

接縫破壞則表現(xiàn)為唧泥和錯(cuò)臺(tái)、接縫破碎兩種類型。唧泥則主要是水泥混凝土路面接縫處在外界荷載、環(huán)境侵蝕等作用下產(chǎn)生泥漿噴濺的情況，唧泥現(xiàn)象往往伴隨著面板錯(cuò)臺(tái)病害，錯(cuò)臺(tái)則是水泥混凝土路面接縫兩側(cè)板塊產(chǎn)生相對(duì)偏移及不均勻沉降的情況。唧泥和錯(cuò)臺(tái)病害見(jiàn)圖2(a)[2]。路面結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)病害則會(huì)直接影響行車(chē)穩(wěn)定性、安全性；接縫破碎則表現(xiàn)為接縫兩側(cè)混凝土面板出現(xiàn)剪切破壞情況，該病害類型產(chǎn)生范圍有限，但是極影響路面美觀和平整性，一般產(chǎn)生在接縫兩側(cè)20 cm范圍之間，接縫兩側(cè)混凝土表現(xiàn)為碎屑狀，見(jiàn)圖2(b)。

圖2 路面接縫破壞

3 病害機(jī)理分析

3.1 裂縫

(1)橫向裂縫

橫向裂縫主要分為干縮裂縫、冷縮裂縫、切縫三種類別。干縮裂縫主要由水泥混凝土干縮所造成的，水泥混凝土水化階段內(nèi)部水主要表現(xiàn)為層間水、化學(xué)結(jié)合水、物理吸附水及毛細(xì)水四種形式，混凝土水化過(guò)程中水泥水化會(huì)釋放大量熱量，繼而造成水分的蒸發(fā)，導(dǎo)致水泥漿體產(chǎn)生體積收縮?；炷谅访娼Y(jié)構(gòu)病害在少量體積收縮下并不會(huì)產(chǎn)生，只有在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的收縮應(yīng)力大于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生表面的干縮裂縫。試驗(yàn)路段的夏季氣溫相對(duì)較高，路面施工階段水分蒸發(fā)較為明顯，因此路面結(jié)構(gòu)才會(huì)產(chǎn)生較多的干縮裂縫；水泥混凝土具備熱脹冷縮特性，自然也會(huì)產(chǎn)生冷縮裂縫，路面結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮主要在邊界條件限制下出現(xiàn)，冷縮主要表現(xiàn)為路面板塊的拉伸破壞，繼而產(chǎn)生表面的開(kāi)裂破壞。根據(jù)相關(guān)研究資料表明，水泥混凝土硬化后路面溫度每下降10 ℃，混凝土板塊1 m 收縮0.01 mm，溫度變形對(duì)混凝土路面的穩(wěn)定性極為不利，外界氣溫變化差較大的情況下，冷縮變形會(huì)造成明顯的橫向裂縫。切縫不及時(shí)處理也會(huì)產(chǎn)生路面橫向力裂縫，切縫作為避免出現(xiàn)冷、干縮裂縫的重要手段，需要嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行路面切縫，縱向縮縫的間距一般控制在3～4.5 m之間(由車(chē)道寬度、路面寬度所決定)，橫向縮縫間距則需要大于板寬，板寬、板長(zhǎng)比例小于1∶1.3，一般控制在4～5 m之間。實(shí)際需要在混凝土水化階段就開(kāi)展切縫處理，此時(shí)切縫需要注意避免對(duì)未形成強(qiáng)度路面的破壞[3]。

(2)縱向裂縫破壞

混凝土路面縱向裂縫主要有以下幾個(gè)因素造成。路基壓實(shí)度不足、沉降不均勻及厚度強(qiáng)度不足的碎石基層造成混凝土面板出現(xiàn)一定程度下沉，繼而產(chǎn)生縱向裂縫?；炷撩姘鍙?qiáng)度、厚度不足也會(huì)造成路面縱向裂縫。壓實(shí)度欠缺的路基或者路基填筑采取含水率較大的填料則會(huì)在行車(chē)荷載作用下逐漸密實(shí)化，造成面板脫空情況。基層滲水也會(huì)造成基層逐漸軟化，喪失路面結(jié)構(gòu)的支承力，面板不足以支持行車(chē)荷載長(zhǎng)周期運(yùn)行，最終導(dǎo)致縱向裂縫的產(chǎn)生。

(3)路面龜裂

水泥混凝土配制階段的材料成分不同、密度差異性較大，則會(huì)在新澆筑混凝土中產(chǎn)生明顯離析情況，即混合料中粗骨料外露及下沉，水分上移則會(huì)在表面會(huì)出現(xiàn)較多的泌水。當(dāng)混凝土表面的水分喪失速率較快，而水分上移泌水速度較小時(shí)，則會(huì)在固體顆粒間產(chǎn)生導(dǎo)致顆粒凝聚的毛細(xì)管力，在混凝土硬化階段容易出現(xiàn)表面不規(guī)則裂縫。

3.2 唧泥、錯(cuò)臺(tái)破壞

唧泥的產(chǎn)生主要是不斷累加塑性變形的基層和混凝土上層面板之間產(chǎn)生脫離情況，面板之間的填料失效而產(chǎn)生的。地表徑流下滲至路基表層，和路基中的土顆粒相互結(jié)合，在行車(chē)荷載作用下，混凝土面板下傳一定壓力，促使板下泥漿從接縫位置噴濺出來(lái)。在長(zhǎng)期作用下，混凝土板塊之間的裂縫會(huì)不斷擴(kuò)大，板塊錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象也會(huì)出現(xiàn)。錯(cuò)臺(tái)主要由接縫兩側(cè)混凝土板塊出現(xiàn)一定高差而形成的，當(dāng)板底出現(xiàn)脫空，且接縫位置能夠傳遞部分荷載情況下，錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象就會(huì)加劇。農(nóng)村低等級(jí)水泥混凝土公路基層承載強(qiáng)度低，行車(chē)荷載作用下面板受力不均勻，錯(cuò)臺(tái)病害非常顯著；錯(cuò)臺(tái)程度可以分為以下幾種情況：輕度錯(cuò)臺(tái)，接縫兩側(cè)板塊高度差10～15 mm。嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)，接縫兩側(cè)板塊高度差15 mm以上[4]。

3.3 接縫破碎

接縫破碎病害則較為常見(jiàn)，施工縫寬度整體隨著外界溫度的變化而變化，該地區(qū)的夏天溫度相對(duì)較高，填縫料極容易被膨脹面板擠出，導(dǎo)致外界雜質(zhì)進(jìn)入面板之間的縫隙之中，在面板擠壓下，則會(huì)造成面板的剪切破壞。接縫破碎主要表現(xiàn)為接縫兩側(cè)20 cm范圍內(nèi)的不規(guī)則分布裂縫，在外界荷載作用下，接縫會(huì)逐漸脫落，路面板塊強(qiáng)度不斷下降，唧泥、錯(cuò)臺(tái)等病害則會(huì)出現(xiàn)[5]。

4 病害防治

4.1 裂縫處治

該試驗(yàn)路段的斷裂病害數(shù)量不多，現(xiàn)場(chǎng)逐板彎沉檢測(cè)中存在彎沉差異性較大的測(cè)點(diǎn)，且路基填方邊坡并不存在坍塌病害，水穩(wěn)基層和混凝土面板之間層間脫空情況顯著，養(yǎng)護(hù)單位主要采取擴(kuò)縫注漿技術(shù)對(duì)大范圍存在的裂縫進(jìn)行修復(fù)。該技術(shù)對(duì)存在細(xì)微裂縫、使用性能并沒(méi)有大幅度下降的混凝土面板，在不擴(kuò)大裂縫寬度的前提下具備較差的灌漿應(yīng)用效果，這主要?dú)w因于裂縫清潔較為困難，且混凝土界面和灌漿材料之間的接觸并不充分。針對(duì)縫隙超過(guò)15 mm的的裂縫則需要進(jìn)行擴(kuò)縫處理，采取鋸縫機(jī)將裂縫擴(kuò)成2 cm左右寬度，裂縫槽深則控制在3～5 cm，碎屑清除之后，則將環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)灌縫器灌入縫中，最后加熱2 h。養(yǎng)護(hù)單位也需要從源頭上進(jìn)行裂縫病害的預(yù)防，施工階段做好切縫工作(板厚1/3)，切縫時(shí)間如表2所示，切縫能夠避免混凝土收縮，減少裂縫數(shù)量[6]。

表2 切縫施工時(shí)間

4.2 唧泥、錯(cuò)臺(tái)

唧泥、錯(cuò)臺(tái)可以采取面板以下空隙進(jìn)行砂漿灌注的措施來(lái)優(yōu)化面板、基層整體性及路面支承性。養(yǎng)護(hù)單位可以進(jìn)行面板逐板的彎沉檢測(cè)，以此斷定空板位置；繼而在混凝土板50 cm位置處均勻化布孔，灌漿孔壓漿面積需要均勻合理，灌漿孔鉆孔需要全部貫穿路面結(jié)構(gòu)層；灌注砂漿乳液時(shí)，周?chē)酌俺錾皾{乳液則可以停止灌孔處理[7]。灌孔壓漿工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 灌孔壓漿工藝流程

4.3 接縫破碎

接縫破碎則需要在破碎邊緣進(jìn)行切割機(jī)切割，清除碎塊及雜物，保持處理范圍的干燥，采取高強(qiáng)度材料進(jìn)行填充處理，最后恢復(fù)交通。接縫破碎也可以采取灌漿密實(shí)填充，灌縫處理。

5 小 結(jié)

隨著我國(guó)不斷加大農(nóng)村公路建設(shè)，公路建設(shè)單位需要避免重建輕養(yǎng)的理念，尤其對(duì)于低等級(jí)水泥混凝土公路，需要加強(qiáng)監(jiān)管力度。水泥混凝土路面極容易出現(xiàn)裂縫、接縫破碎、唧泥錯(cuò)臺(tái)等病害，養(yǎng)護(hù)單位需要及時(shí)分析病害產(chǎn)生原因，制定針對(duì)性養(yǎng)護(hù)措施，延長(zhǎng)路面的使用壽命。