水泥混凝土路面板断裂病害及处理方法

2020-06-12李静

黑龙江交通科技 2020年5期

李静

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中 030600)

1 水泥混凝土路面板断裂类型及成因分析

1.1 水泥混凝土路面板断裂类型分析

从力学特性角度分析，由于水泥混凝土路面的弹性模量明显高于其他路面形式，具有极高的刚度，因此，水泥混凝土路面又称为刚性路面；刚性路面断裂不同于沥青混凝土路面的塑性断裂特点，水泥混凝土路面的断裂偏向脆性破坏，一旦结构表面累积出现一定数量和发展规模的横向、纵向裂缝，在车辆冲击荷载的瞬时扰动作用下，容易出现水泥混凝土板整体断裂病害，这种水泥混凝土路面板特有的病害形式对路面功能影响尤其严重。本文按出现横向及纵向断裂的水泥混凝土路面板的断裂损伤程度，可将其细分为三类。详见表1所示。

表1 水泥混凝土路面板断裂类型统计

1.2 水泥混凝土路面板断裂成因分析

本文探讨的水泥混凝土路面板断裂成因主要集中在服役期，对于施工阶段出现的早期断裂尚不考虑；服役期断板病害主要是由设计因素、车辆荷载因素、既有裂缝发展因素及其它因素共同影响所致；其中，设计匀速和车辆荷载因素是两大重要因素。

由于大部分水泥混凝土路面设计于上世纪末期，为了控制总成本，当时对区域远景交通量的估测偏保守，水泥混凝土路面板的厚度设计裕度不足，随着后期交通量和载重量的增长，设计厚度无法满足刚度要求，路面表面相继出现开裂病害，部分开裂病害不断恶化为断板病害，缩短了其服役寿命；此外，由于设计精度和施工精度问题，导致混凝土面板尺寸与设计尺寸存在较大偏差，在外荷载作用下，混凝土面板内的次应力明显增长，局部的次应力超过混凝土的抗拉应力后，随即出现开裂病害；迫于当时的施工水平和条件，水泥混凝土的实际配合比与设计配合比存在较大偏差，冻融病害和“碱-骨料”反应显著，削弱了混凝土自身的强度，继而引发断裂病害。由于载重车辆大幅超载因素影响，导致车辆的实际轴重超出设计轴重的几倍甚至十几倍，远大于设计裕度系数，在长期超重荷载的反复作用下，断板病害则不难解释。

除了上述主要因素外，部分既有细微裂缝的发展也容易造成断板，由于养生阶段质量控制较差，路面板表面存在大量的细微非荷载裂缝，在车辆荷载和外界温差及渗透水的长期耦合作用下，细微裂缝逐步发展成为断裂，此种断裂诱因的累积周期较长，在短时间内并不会显现；此外，路面积水下渗也是造成断板的一大因素，由于面层及基层的排水设计不合理，导致面层及基层长期受到渗透水影响，由于基层被破坏，改变了原路面的荷载传递途径，势必引发局部的应力集中效应，局部应力一旦超出材料的抗拉极限，将诱导出现开裂甚至断裂病害。

2 水泥混凝土路面板断裂病害处理方法

2.1 断裂裂缝修补法

对于出现轻、中度断板病害的水泥混凝土路面板，直接更换虽然能够从根本上解决病害，但其经济性较差，整板更换需要投入更多的人力、物力，由于出现轻、中度断裂病害的路面板的服役能力并未完全丧失，本着可持续的工程原则，应推广使用裂缝修补法。

对出现局部轻度断裂的面板，应以裂缝为中心，剔除裂缝影响范围内的原混凝土，彻底清理后浇筑快干混凝土材料，以达到快速修复处治的目的。对于中度开裂且伴随骨料剥离的，可以开裂裂缝为中心，铣刨距离裂缝300 mm范围内的混凝土，铣刨深度不能小于原厚度的1/3；彻底清理铣刨槽道，使用冲击钻在凹槽内钻孔，孔道应贯通整板，将门型钢筋骨架植入结构内，钢筋直径不小于20 mm，使用高性能水泥砂浆填充孔道，并在槽道内浇筑与原面板强度相同的快干混凝土。

2.2 板底脱空注浆法

通过总结工程实践经验发现，绝大部分的断板病害均伴随着不同程度的板底脱空病害，板底脱空会加剧水泥混凝土板的应力集中效应，加快路面板的断裂进程，因此，必须做好板底脱空处治，优化水泥混凝土面板的支撑状态，控制断裂裂缝的进一步发展。工程上常用板底注浆法进行处治，可选用高性能水泥砂浆或乳化沥青作为填充材料，借助高压注浆设备将填充料一次性压入板底，为了保证注浆施工的质量，必须保证注浆材料具备较高的强度、自密实性，板底注浆施工可细分为钻孔、孔道清理、注浆、孔道密封等环节。

2.3 整板更换法

相较于其他处理技术，整板更换是最直接的处理方法，能够从根本上解决水泥混凝土板断板问题，整板更换适用于重度断裂病害工况。应使用铣刨设备对原混凝土面板进行彻底的破碎和铣刨，清理混凝土碎屑杂物；根据现场情况可选用现浇混凝土或者预制两种施工方式，如果处治路段的路基稳定性不足，且存在路基不均匀沉降的路段，建议使用预制法，路基结构良好的位置建议使用现浇法，面板更换完毕后，应使用快干混凝土填充局部缝隙，对于现浇法施工的，应严格控制养护时间，防止出现早期断裂病害。