水泥混凝土路面的水冲刷破坏分析

摘要：结合回访统计法和文献对比法，就当前南方地区水泥混凝土路面断板病害现象出现的主要原因进行分析，得出主要是由于水冲刷掏空引起的。本文分析了发生水冲刷断板破坏的结构、材料、设计和施工等方面的原因，提出了防止水泥混凝土路面水破坏的对策及措施，并对已经产生水冲刷破坏现象的水泥混凝土路面提出了补做渗透排水系统的建议。

关键词：水泥混凝土路面;水冲刷破坏;原因;措施

引言

通过对已建成通车的公路水泥混凝土路面的调查及质量跟踪，发现一些有规律的病害现象，其中较突出是由于水冲刷掏空引起的断板破坏。如果路面结构、排水设施等处理不当，后期养护不及时，在产生唧泥的条件下，公路水泥混凝土路面将在通车2～5a发生严重的水冲刷、掏空性断板破坏。这个问题在多雨地区显得极为普遍，迫切需要加以防治和解决。

1水泥混凝土路面水冲刷破坏机理

1.1水冲刷破坏的原因

唧泥是在车辆荷载作用下，水和细粒土的混合物通过面板接缝、裂缝和路面边缘产生的强制性位移。一般易在面板直接铺筑在细粒高塑性土和易冲刷的基层上产生。分析表明，产生原因主要有以下几个方面：①基层不耐冲刷，水泥混凝土面板在荷载作用下产生泵吸作用时有灰浆可吸出;②在面板与基层之间有自由水存在，这是最主要的原因;③频繁的重车辆轴载作用。

1.2水冲刷破坏的机理

水泥混凝土在凝结硬化过程中将产生一定的收缩变形，硬化后水泥混凝土面层内的不同深度处，温度会随大气温度的变化而发生周期性变化，这种变化使混凝土面层出现伸缩变形和翘曲变形。当伸缩和翘曲变形受阻，面层内便产生较大的伸缩应力和翘曲应力。为了避免温度应力作用引起路面板的不规则断裂和拱胀等破坏，按一定间距设置的纵、横接缝就成为水泥混凝土路面结构的重要组成部分。接缝的设置有效地缓解了温度应力的破坏作用，却给水泥混凝土路面带来了许多问题，其中危害最大的是接缝有可能成为雨水渗入路面结构内部的主要通道。

目前我国生产的填缝料使用期都很短，一般在使用2～3a后都不同程度地出现渗水现象，特别是在南方多雨地区。雨水通过接缝、裂缝和板边缝隙渗入到板底，在车辆动荷载的重复作用下，形成有压水，在板底接缝处和板边高速流动，流速可达0.15m/s（小汽车驶过时）或0.90m/s（货车驶过时），对基层顶面进行冲刷，细颗粒从接缝处和板边被带到路面上，产生唧泥现象。时间一长，板底脱空，改变了混凝土板原有的受力状况，从而产生错台、下沉、断板，进而发展到破碎。

2设计与施工预防对策

从以上照片现象分析可知，为提高水泥混凝土路面的使用性能及服务年限，应从路面结构设计与施工上采取有效措施，防止高等级公路水泥混凝土路面上的水冲刷、掏空性断板破坏。

2.1合理的路面横断面结构及排水设计

当设计路面结构时，应充分考虑路面及路面内部的排水问题。为排除通过路面接缝、断板和裂缝渗入并滞留在路面结构内部的自由水，应按《公路排水设计规范》（JTJ018-97）的要求沿路面边缘设置边缘排水系统，或者在路面结构层内设置排水基层，将通过接缝和断板渗漏进基层的水份及时排出。

各项排水设施不应被渗流从路面结构、路基或路肩带来的细料堵塞，以保证系统的排水效率不随时间推移而很快丧失。排水系统在雨量较大的江南各地，应遵循排水设计规范的要求设置，已有排水设施设计的不能因为工期紧或其他原因随意取消。

水泥路面表面水从断板和丧失密封的接缝渗入路面结构的水，可由下列公式计算确定：

Qi=Ic（nz+nbB/L）

式中：Qi為纵向每延米路面结构表面水的渗入量，[m3/（d·m）];Ic为每延米水泥混凝土路面接缝或裂缝的表面水设计渗入量，[m3/（d·m）]，可按0.36m3/（d·m）取用;B为单向坡度路面的宽度（m）;L为水泥混凝土路面的横坡度间距（即板长）（m）;nz为路面宽度内的纵缝和裂缝的条数（包括路面与路肩之间的接缝）;nb为L长度范围内横向接缝和裂缝的条数。

2.2提高基层的耐冲刷性

（1）尽快建立对基层耐冲刷性的检测方法及控制标准。目前，对基层主要考虑强度指标，而对其耐冲刷性无具体的要求，这是不完全的。强度与耐冲刷性是相互独立的，良好的水泥混凝土路面基层，不仅要有足够的强度，而且要有足够的抗冲刷能力、耐水性和抗渗性。因此，应尽快建立基层耐冲刷性的评价办法及检测方法，应对各类基层检测其耐冲刷性，并提出抗冲刷性的定量技术指标要求。

（2）在多雨地区高速公路和一级公路上，宜建贫混凝土基层，提高基层的抗冲刷能力。贫混凝土基层，水泥用量约为8%～11%。若采用525号水泥，其水泥用量约为175kg/m3。

（3）提高水泥稳定粒料的拌和质量。目前采用的稳定土厂拌设备，其计量精度偏低，搅拌时间偏短，质量波动较大，导致水泥或胶凝材料不均匀，局部基层不耐冲刷或产生了断裂现象。为提高基层质量的均匀性和抗冲刷性，应提高搅拌设备的计量精度和使用性能。并应对基层材料中胶凝材料进行快速定量检测和控制。

（4）高等级公路水泥混凝土路面上基层必须在施工过程中进行较长时间的洒水覆盖养生，提高和保证基层上表面的强度、耐冲刷性和对面层施工车辆的抗磨性。

2.3上基层表面使用沥青防水封闭层

为防止渗漏水对基层的冲刷破坏，可在铺水泥混凝土路面板之前，在现有的水泥稳定粒料类上基层表面上做5～10mm厚的沥青防水封闭层，沥青封闭层上面撒砂或石屑并碾压，以利于防水、封水与防止唧泥、掏空。此外，沥青防水封闭层可大大降低面板内的拉应力水平，有利于防止断板;在施工期间，可保护基层不被车辆压坏，也可保护基层越冬。增加该结构层的作法已经广泛使用在近年来南北方各省新建高速公路水泥混凝土路面结构中，该措施将被正在修订的水泥混凝土路面设计和施工规范采纳。

2.4严格控制基层施工横坡度

建议新修订的水泥路面设计规范增大偏载系数。

它不仅仅是一个简单的几何增大，而是高重载卡车长期在2%横坡的路面上颠簸行驶，车厢上的高重物质的重心产生了较大偏移，实测高重载卡车外侧车轮的荷载可达平均荷载的1.36倍。

3结束语

通过合理设置边缘排水系统和排水基层排水系统，将路面结构内部积滞水迅速、有效地排除到路面和路基结构外，有利于改善路面的使用性能，并大大提高路面结构使用寿命。

参考文献：

[1]郝燕明.半刚性基层水泥混凝土路面冲刷破坏机理分析[J].建材与装饰，2017（35）：232-233.

[2]黄立葵，何慧斌，张迎春，万剑平.水泥混凝土路面的水冲刷破坏[J].中南公路工程，2003（03）：18-22.

（作者单位：聊城市东昌府区交通运输局）

作者简介：姓名：单双红（1984-）;性别：女，民族：汉，籍贯：山东高唐人，学历：本科 ;现有职称：助理工程师;研究方向：公路工程。