水泥混凝土路面纵向裂缝成因及防治探讨

聂宜斌

摘要：通过公路路面病害调查发现，主车道纵向开裂已成为水泥混凝土路面的主要病害之一。产生的原因主要有板底积水和重荷载。对有关设计、施工和养护等不同阶段相应的预防措施提出了探讨性的设想。

关键词： 水泥砼路面 主车道纵向开裂 防治措施

1 概述

水泥混凝土路面因其良好的抗高温变形和耐久性成为高等级路面的主要类型之一。在公路路面病害调查中，主车道纵向开裂已成为水泥混凝土路面的主要病害之一，所有调查项目均存在这种病害，有些项目甚至连续数公里主车道严重开裂。这种病害出现在最外侧主车道上，一般在车道与硬路肩接缝内侧1- 1.5m范围内（汽车轮迹处）。裂缝基本与路线平行，一经出现，迅速扩大、开裂，形成断板，如不及时处理，断缝不断扩展，向前延伸。病害的发生有很强的规律性：断缝附近的路面缩缝和主车道与硬路肩接缝有较严重的漏水现象；硬路肩上有唧浆产生的白色油状物；挖开断板后，可发现基层整体性良好，没有产生裂缝，但有严重的冲刷现象，水泥板与基层间有明显的空隙。

上述典型的病害对水泥混凝土路面使用寿命长、低养护费用的优越性造成了严重的威胁。下面对发生这种病害的成因进行分析，并对预防和处治措施提出探讨性的设想。

2 主要原因分析

通过对破坏处的水泥板取芯并进行劈裂试验，发现换算的抗折强度均大于设计值（5.0 MPa），而且板厚一般也能满足设计要求。从病害的形态和特征可认为其形成的主要原因是雨水侵入基层与面层之间的接触面，在荷载作用下，高压水反复、强力冲刷接触面，使水泥板失去支撑，变成悬空板，最后被折断。

2.1 板底积水

公路路面除超高段外，均设有2% 的横坡，以利于路面排水。为节约投资，水泥混凝土硬路肩板设计比行车道板薄，因此，硬路肩上不透水的水稳基层比行车道高，阻挡了行车道的排水通道。雨水从行车道与硬路肩的接缝、行车道的缩缝和硬路肩渗入，在路面横坡的作用下集中于主车道外侧的水泥板与水稳基层之间。雨水在此处浸泡基层，并在重荷的作用下反复冲刷层间接触面。

2.2 重荷载

调查发现，同一个项目，在车流量大、重车多的地段，这种病害较严重，在其它路段则轻很多。因此，重荷载也是这种典型病害发生的一个重要原因。重荷载的破坏不在于折断水泥混凝土板（因为一般荷载也足以折断这些素混凝土板），而在于其作用形成高压水，冲刷甚至掏空混凝土板的基层支撑点。

2.3 裂缝的传递性

对于开裂不断延伸的问题，首先，水泥混凝土板具有较强的刚性，使裂缝具有明显的传递性；其次，路面一旦开裂，渗水、积水现象更加严重，加剧了雨水对面层和基层连接面的冲刷。

3 预防措施

根据上述分析结果，针对积水和重荷两大主因，在设计、施工和养护各阶段应采取相应措施，预防这种病害的发生。

3.1 设计预防措施

3.1.1 在防排水方面的措施

（1） 疏通路面与基层的层间排水系统。在一些项目中，采用级配碎石代替水稳基层，却带来以下问题：硬路肩面层是水泥混凝土，则由于级配碎石整体性不好使硬路肩面层支撑不均匀导致开裂。因此，简单以级配碎石代替基层难以达到预期效果。

（2） 有些项目采用行车道和硬路肩结构一体化（即硬路肩采用与行车道相同的基层和面层）的方式解决积水问题。既避免了胀缩系数不同而导致接缝张开的问题，又解决了排水通道阻断的问题，效果较好。但这种处理方式代价太大，增加了大量的投资。

（3） 针对上述措施存在的问题，笔者提出如下处理方案设想：

建议采用薄层水泥混凝土作硬路肩面层，水泥稳定级配碎石作基层。同时，在行车道与硬路肩接缝的外侧，在行车道基层顶面标高的-lOcm ～ +1cm 范围内设置无砂混凝土（或开级配沥青碎石）纵向盲沟，并每隔数米设置同样的横向盲沟，按2% 的斜率直通路基边坡（填方段）或排水沟（挖方段）。

3.1.2 在荷载方面的措施

随着经济的发展，重车和超重车越来越多。这一点在公路设计方面已受到注意，有人提出主车道与超车道路面采用不同的厚度，以节约投资，又能解决超重车问题。这一思路在理论上有一定的合理性，但公路基层和面层一般采用大型摊铺机全幅一次摊铺成型，同一断面不同厚度给施工造成很大的困难，质量难于控制。例如水泥混凝土路面中间的纵向缩缝必须和不同厚度分界线完全重叠，但人工切缝往往达不到要求。为此，建议采用连续变厚的方式解决这一问题。即将基层面横坡设置为2.5% ，面层横坡设置为2.0% ，利用横坡差使面层从超车道向主车道变厚（增厚约4 cm，可通过调整基层面横坡坡度达到不同的增厚目标）。上述方案便于施工和质量控制，对减轻主车道纵裂和其它病害都有很大的帮助。

3.2 施工预防措施

在施工阶段，预防措施主要是精心施工防、排水设施。

（1） 严格控制基层横坡，使其坡度满足设计要求；

（2） 精心施工排水纵向和横向盲沟，采用的无砂水泥混凝土或开级配沥青碎石空隙率应大于l0% ：

（3） 高度重视灌缝工作，保证灌缝质量；

（4） 对超车道与主车道之间的工作缝（滑模摊铺则一次成型，人工锯假缝）和主车道与硬路肩之间的工作缝应重新锯缝，并灌注封水材料。据调查表明，发生主车道纵向开裂严重的项目均没有做这项工作。

3.3 养护预防措施

水泥混凝土路面的养护工作应着重于防，因为病害一旦发生，处治难度和费用均较大。而且由于水泥混凝土强度形成时间较长，影响高速公路的正常运营。因此，养护队伍应经常巡查路面各种接缝的密水性，发现渗漏现象及时处理，重新灌缝。如果发现唧浆，在灌缝前应采取措施对混凝土板底进行灌浆。浆体可用普通砂浆（费用低，但影响通车时间长，可掺加适当的早强剂）或环氧树脂砂浆（影响通车时间短，但费用高），根据实际情况选用。砂浆的稠度和灌注压力应经试验确定，以免拱起路面板，产生负作用。

4 处治方法

主车道纵向开裂往往破坏性较大，不能用处理其它裂缝的方式进行处治，而应针对板底被冲刷掏空和裂缝的强传递性特征进行彻底处理。

4.1 处治原则

（1）发现病害后，应尽快进行处治，防止病害不断扩大；

（2）处治应全面彻底，包括防水、排水和修复混凝土板，切忌出于节省的目的而仅处理一项或两项。

4.2 处治的一般程序

打开破坏的水泥混凝土板，进一步核查病害成因。如符合上述典型病害特征（有时是基层开裂或强度不足造成，但可能性较小，此时应先行处理基层），可按如下程序进行处理：

（1） 按3.1.1（3）的方法设置纵向和横向盲沟，确保排水系统畅通。

（2） 重新浇注混凝土板。为尽快维护正常通车，一般可掺加早加剂。据调查表明，采用局部开槽修复混凝土板效果不理想，主要由于混凝土板刚性大，工作缝有强传递性，导致邻板开裂。因此，应尽可能整块换板。

（3） 对相邻板底按3.3的方法进行灌浆，防止潜在病害。

（4） 对所有结构缩缝和工作缝进行灌缝，对破坏的硬路肩进行密水处理。

（5） 养生期满后开放交通。

5 结语

在潮湿多雨地区，主车道纵向开裂是水泥混凝土路面主要的病害之一，其产生的主要原因其实比较简单，解决也不困难，只要在设计、施工和养护各阶段充分重视，集中做好防水、排水措施，防患于未然，就能根本解决这个问题。

除了水泥砼路面，沥青路面也存在类似的水损害问题。很多沥青路面为节省投资，减薄硬路肩面层，硬路肩基层阻断了路面面层的排水通道，下雨后，主车道同样长时间积水。由于沥青面层本身的密实性较水泥路面差，所以积水情况更严重，导致沥青混凝土容易松散，失去强度，形成坑洞。对此，同样可以按上述原理加以解决。