水泥混凝土路面破坏及维护对策分析

郭万红

水泥混凝土路面由于具有良好的使用性能,建设费用低,寿命长,抗灾能力强,养护费用低,社会效益和经济效益显著等优点在公路建设中得到了广泛的应用。随着水泥混凝土应用的越来越广泛,在现实的应用过程中产生了许多病害,如裂缝、错台、碎裂、板底脱空等,在这些病害中最常见、最普遍、对水泥混凝土路面性能影响最大的是裂缝,裂缝的处理在道路养护中成为很重要的一个分支[1]。目前,许多水泥混凝土路面已产生了各种病害,影响了路面的使用性能,甚至造成了严重的交通事故,因此,水泥混凝土路面后期的养护、维修工作就显得尤其重要。

1 混凝土路面破坏类型及特征

水泥混凝土路面在交通作用下容易诱发各种病害。据调查,在车辆较多的公路上,混凝土路面存在不同程度的唧泥、错台、断板和露骨等破坏现象,有些路段损坏还相当严重[2]。现将混凝土路面典型的损坏类型和特征论述如下:1)冲刷破坏。冲刷破坏是荷载反复作用、接缝处水的入渗、基层被冲刷等多种因素综合作用的结果,在交通路面中普遍存在且非常严重,主要表现为唧泥及由此引发的错台、脱空和断板。比如,由唧泥留下的一道道泥浆的痕迹和大量碎屑堆积物,其厚度可达1 mm～5 mm。冲刷物一般是细屑物质,严重时也含有砂和碎石,碎石最大粒径可达15 mm。2)疲劳破坏。另外,水泥混凝土路面通车一年后,除了水冲刷掏空引起板角断裂、横向和斜向断裂破坏之外,还出现横向疲劳断裂破坏,板横向疲劳断裂的出现为冲刷破坏创造了条件,进一步扩大了冲刷破坏的范围。板的疲劳断裂与水冲刷共同作用结果使得混凝土路面出现大面积严重的网裂。3)磨损破坏。在水泥混凝土路面还存在较为严重磨损破坏现象,这类破坏通常不为大家所重视。磨耗破坏主要表现为路表水泥砂浆体在车轮剪切作用和冲击作用下脱落,碎石或砂砾骨料出露简称露骨、混凝土剥落,有的甚至出现坑槽。反之,裸露的粗集料在车轮尤其是重车轮剪切作用和冲击作用下,极易被冲击松动、脱落,形成空穴,导致与车轮接触面减小,作用在路表面剪切应力和冲击应力增大,空穴周围的砂浆极易被磨耗掉,空穴也因此逐步扩大。如此反复进行,严重影响水泥混凝土路面使用性能,直至最后路面结构的破坏。水泥混凝土路面一旦出现露骨,路面平整度和抗滑能力将急剧下降,严重影响行车舒适、安全及路面使用寿命,而且也是诱发路面其他损坏的原因。水泥混凝土路面是层状的结构。水泥混凝土板是承受荷载的结构层次,其强度、刚度都比较大。为了避免出现不规则的裂缝,路面板一般是被切缝分块的。基层是传递荷载的结构,其强度和刚度都比路面板小。垫层的主要作用是防水和抗冻,其强度和刚度更小。水泥混凝土是路面板的材料,其抗拉强度大,抗压强度小。稳定类材料是最常用的基层材料,具有强度高、刚度大、整体性好等特点。对路面结构影响较大的荷载有汽车荷载和温度荷载。汽车荷载的分布是随机的,但遵循一定统计规律。汽车对路面的作用不但有竖直的向下的压力和水平的摩擦力,还有向上的吸附力。这些力的大小不但与汽车的重量、速度、加速度和轮胎的构造有关,而且与路面的平整度,甚至与路面结构的振动频率有关。温度荷载是由于路面板中不同部位的温度差引起的。温度差来源于气温的变化,所以温度应力具有周期性和局限性的特点。一般情况下,荷载在水泥混凝土路面板中产生的应力比较小,不能造成路面的一次性开裂破坏,所以水泥混凝土路面的破坏一般是疲劳开裂破坏。

2 水泥混凝土路面养护对策

高速公路和一级公路的路面破损状况等级为优和良,或者二级及二级以下公路的路面破损状况等级为中及中以上时,可采用日常养护和局部或个别板块修补措施。

高速公路和一级公路的路面破损状况等级为中及中以下,或者二级及二级以下公路的路面破损状况等级为次及次以下时,应采取全路段修复或改善措施,包括沥青混合料修补、板块破碎和碾压稳定、铺筑沥青混凝土或水泥混凝土加铺层以及修建纵向边缘排水沟设置等。

高速公路和一级公路的路面行驶质量等级为中及中以下,或者二级及二级以下公路的路面行驶质量等级为次及次以下时,应采取刻槽、罩面或加铺层等措施改善路面的平整度。

高速公路和一级公路的路面抗滑能力等级为中及中以下,或者二级及二级以下公路的路面抗滑能力等级为次及次以下时,应采取刻槽、罩面等措施提高表面的抗滑能力。

路面结构承载力不满足现有交通的要求时,应采取铺筑沥青混凝土或水泥混凝土加铺层措施提高其承载能力。

3 对旧水泥混凝土路面板处理的选用方法

在对旧水泥混凝土路面板进行加铺改造之前,应对旧水泥混凝土路面板进行稳固处理。目前对旧水泥混凝土路面的处理方法主要有两种:第一种为对旧水泥混凝土板进行压浆或换板处理后加铺面层,这种方法适用于原旧路状况较好、地基强度较高、断板率较低的小面积损坏路面,这种方法的优点是可充分利用现有大板块旧水泥混凝土路面的承载能力,缺点是接缝处沥青加铺层易产生反射裂缝,且当旧水泥混凝土路面损坏较为严重、断板率较高时,采用压浆及换板的修复方法则费用昂贵,施工速度慢,对交通及环境影响大;第二种为对旧水泥混凝土板进行破碎稳固处理后加铺面层,这种方法适用于断板率较高的大面积损坏路面,优点在于随着破碎板块尺寸的减小,由温度应力及弯沉差过大而引起的沥青加铺层反射裂缝现象也随之减小,该方法还具有施工简便、工程费用低、对环境污染小等优点,缺点是混凝土板底的压应力会随板块尺寸的减小而增大,且若破碎板未能充分稳固有松动现象时,其上的沥青加铺层也可能产生反射裂缝。

以上两种方法各有优缺点,至于应该选用哪种方法对旧水泥混凝土路面进行处理,应根据旧水泥混凝土路面结构的状况进行技术性和经济性的比较后确定。由于旧水泥混凝土路面的加铺改造方法很多,确定何种处理方法实际上就是对旧水泥混凝土路面板的两种改造方法进行经济性分析与评价,从中寻求一个平衡点,在该平衡点处,破碎稳固处理方法与换板灌浆处理方法总造价相等,则这两种方案都可行。1)旧水泥混凝土板破碎稳固后加铺基层和面层。采用破碎稳固法对旧水泥混凝土路面进行加铺改造,其成本包括水泥混凝土板的破碎费用、加铺基层、面层的费用及其他费用。对加铺相同的基层和面层来讲,破碎费用在总成本中为主要考虑因素。随着换板率的增加,破碎费用呈下降趋势,因而总成本也在降低。2)对破损的水泥混凝土板进行灌浆换板后再加铺基层和面层。采用这种方法对水泥混凝土路面进行加铺改造,其成本包括破损板的换板费用、脱空板的灌浆处理费用、加铺基层的费用、加铺面层的费用及其他费用。同样,当加铺的基层和面层相同时,换板费用和灌浆费用决定工程总造价。

4 结语

对水泥混凝土路面养护维修技术进行研究和探索,其主要思路是从导致混凝土路面病害的主要诱导因素上采取针对性措施,遏制混凝土路面病害迅速发展的势头,然后逐步采取处治措施,使混凝土路面路况尽快得到改善。通过分析水泥混凝土路面损坏的原因,可以发现混凝土路面养护的指导思想应该是:疏水为先,疏防结合,充填稳定,全面处治。

[1] 荆 宏.浅谈水泥混凝土路面断板的原因及防治措施[J].中小企业管理与科技,2009(30):153-154.

[2] 刘义国,郝桂芝.混凝土路面产生裂缝的养护措施[J].中小企业管理与科技,2009(33):164.

[3] 何志勇.水泥混凝土路面损坏原因分析及加铺厚度计算[J].山西建筑,2008,34(12):289-290.