葉巧玲 杜 銘

近幾年,農(nóng)村公路建設(shè)如火如荼,水泥混凝土路面成為了農(nóng)村公路使用的主要路面類型,且?guī)缀醵际撬鼗炷谅访?。但道路服?wù)質(zhì)量并不樂觀:相當一部分路面在投入使用3年后,便出現(xiàn)了裂縫及斷裂,嚴重影響了行車。與水泥混凝土路面應(yīng)該有的服務(wù)水平和使用年限大相徑庭。為此,道路使用者也對道路的建設(shè)及養(yǎng)護部門有了意見和看法。我們進行了調(diào)查,就造成農(nóng)村公路水泥混凝土路面使用品質(zhì)和使用年限大打折扣的原因和應(yīng)該采取的比較合理經(jīng)濟的措施進行了分析和總結(jié)。

1 路肩未進行硬化處理

在我們調(diào)查的農(nóng)村公路中,路肩均是土路肩,標高明顯低于路基邊緣,有的路段高差甚至達到4 cm～5 cm。且沿線路段路肩橫坡不一致,甚至橫坡為0。路肩遭受沖刷的現(xiàn)象時有發(fā)生。大氣降水會沿混凝土路面同路肩相接處下滲,積滯在面板邊緣下。由于路肩處的基層和墊層通常采用無機結(jié)合料穩(wěn)定的粒料,含細料多,反復受到水流沖刷,從而使混凝土板底脫空,引起混凝土面板板邊碎裂以及板體斷裂。

再者,土路肩的強度不足,在車輛的臨時停放及偶爾行駛作用下,也會產(chǎn)生較大彎沉,久而久之,路肩便形成車轍、坑洼、隆起、沉陷、缺口等,失去了其對路面邊緣的保護作用。大氣降水積滯在路肩位置,并逐漸下滲到基層及其以下結(jié)構(gòu)層,使得基層或土基因含水量增大而強度下降,在荷載作用下,產(chǎn)生不均勻沉降,使得板底脫空,引起面板斷裂。

2 基層剛度不夠

水泥混凝土路面屬于剛性路面,面板是承受荷載的主要結(jié)構(gòu)層。其變形的能力較小,屬于小撓度板?；炷撩姘鍎偠容^大,因此基層亦應(yīng)該有較大的剛度。以避免地基發(fā)生較大變形而導致面板受不均勻支撐而出現(xiàn)斷裂。

農(nóng)村公路中,水泥混凝土路面板的橫向接縫幾乎都沒有設(shè)置傳力桿。這就要求基層更應(yīng)該有一定的剛度,以降低板邊緣和角隅處的撓度量。同時,基層有一定的剛度,為混凝土面層板提供更為均勻和堅實的支撐,從而減少面層板邊和角隅處的撓度。同時也有利于提高假縫處的傳荷能力。但有相當一部分農(nóng)村公路的水泥混凝土路面基層剛度不夠,路面結(jié)構(gòu)組合未采用半剛性結(jié)構(gòu)層做基層,這也是造成水泥混凝土面板斷裂的一個很重要的原因。

3 基層的抗沖刷能力不夠

進入水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分不能及時排出,反復沖刷便容易形成唧泥、錯臺、斷裂等病害。

水泥混凝土路面的水破壞是逐漸形成的。面層鋪成后,溫度和濕度兩者的循環(huán)將引起面層板翹曲,使得接縫張開,縫隙逐漸擴大,路表水不斷進入,水分留存于縫隙下的基層表面或進入基層中,當車輪駛近接縫時,承載的面層板將向下彎曲,使水受壓流向四周;當輪載通過接縫時,駛離的面層板反彈,車輪正壓的面板向下彎曲,這時流入此板下的水又受壓回流至原板下。隨著車輛的不斷行駛,這種壓力水流的反復流動使得基層受到?jīng)_刷作用,對于含細集料較多且粘結(jié)較弱的基層材料,沖刷作用尤為嚴重。同時,沖刷下來的細集料會沉積在面層下部,細集料越積越多,當車輛通過時,受壓的水流將細集料沖射出來,形成唧泥現(xiàn)象。隨著唧泥現(xiàn)象的不斷出現(xiàn),使得基層逐漸減薄,基層表面局部降低,形成面層板的脫空和接縫間的錯臺。唧泥現(xiàn)象也會產(chǎn)生在路面與路肩邊緣的接縫部位。隨著唧泥現(xiàn)象的逐漸嚴重,接縫破壞、板斷裂也隨之發(fā)生。

4 沒有邊溝等排水設(shè)施

農(nóng)村公路的排水設(shè)施不完備。很多路段幾乎沒有規(guī)范的邊溝,大氣降水在一些矮路堤路段的排除便很慢;有些路段雖然有邊溝,但是長期處于無養(yǎng)護狀態(tài),溝內(nèi)積存了許多雜物,使得水力斷面減小,嚴重影響了排水效果。這就使得地面水下滲至路基的可能性大大增大,使得土基濕軟,造成面板斷裂。

5 路基浸水、冰凍的影響

農(nóng)村公路中,個別地勢平坦的路段,路基多屬于矮路堤,雨季積水很容易浸泡基層材料及路基,降低了路基承載力。

水文地質(zhì)條件不良的土質(zhì)路塹,地下水上升進入基層,若基層耐沖刷性較差,將會形成唧泥、斷板。

在季節(jié)性冰凍地區(qū),矮路堤及土質(zhì)路塹,地下水通過毛細現(xiàn)象積聚到-3℃區(qū),體積發(fā)生膨脹,引起冰凍。春融期間,溫度回升,路基土在水的作用下便形成泥漿,車輛荷載作用下,逐漸形成唧泥現(xiàn)象。

6 預防措施

6.1 硬化路肩

使用工業(yè)廢渣做路肩。在粉煤灰、煤渣、高爐礦渣、崩解過的達到穩(wěn)定的鋼渣以及其他冶金礦渣、煤矸石等工業(yè)廢渣中,加入石灰,石灰在水的作用下形成飽和的Ca(OH)2溶液,廢渣的活性氧化硅和氧化鋁在Ca(OH)2溶液中產(chǎn)生火山灰反應(yīng),生成水化硅酸鈣和鋁酸鈣凝膠,使顆粒膠凝在一起。隨著水化產(chǎn)物不斷產(chǎn)生而結(jié)晶硬化,在溫度較高時,混合料強度不斷增長。而且,石灰工業(yè)廢渣具有水硬性、緩凝型、強度高、穩(wěn)定性好、板體性好,且強度隨齡期不斷增加,抗水、抗凍、抗裂且收縮性小等特點,能適應(yīng)各種氣候和水文地質(zhì)條件,作為路肩材料既廉價,又能防止大氣降水對水泥混凝土路面板下基層的沖刷,對路面板起到良好的保護作用。

6.2 提高基層的抗沖刷能力

基層抗沖刷能力取決于基層材料中結(jié)合料的性質(zhì)和含量以及細料的含量。

使用半剛性材料做基層,是近年來大多數(shù)水泥混凝土路面的首選。但不同的半剛性結(jié)構(gòu)層材料,其抗沖刷性能差別很大。水泥土、二灰土、石灰土這些穩(wěn)定土抗沖刷性較差,作為水泥混凝土路面的基層使用,很容易造成板斷裂。

可以使用粒料類排水基層。如碎石、沙礫等未經(jīng)結(jié)合料處治的粒料,顆粒最大粒徑不超過基層厚度的1/3,通過0.074 mm篩孔的細粒含量不超過15%,且塑性指數(shù)不大于6,液限不大于25。

6.3 設(shè)置防凍及排水墊層

選用非凍脹性材料,且要同時切斷滲入路基土的水源,如沙礫等粒料類材料。石灰、水泥等無機結(jié)合料穩(wěn)定土結(jié)構(gòu)層也有一定的抗凍作用,但效果不如粒料材料層。砂墊層應(yīng)采用質(zhì)地堅硬的中粗砂及沙礫。在凍脹較小的地區(qū),可以用煤渣作為隔溫層。

排水墊層可采用粒料類,如砂、礫石、爐渣及片石或圓石等,其中沙礫墊層效果較好。應(yīng)采用潔凈的中粗砂及礫石,含泥量不大于5%,并將其中的植物、雜質(zhì)清除干凈,也可采用天然級配的沙礫料,其最大粒徑不大于50 mm。采用沙礫時,應(yīng)注意粗細粒料分離現(xiàn)象。兩側(cè)以片石護砌,以免沙礫料流失。

防凍及排水墊層,其寬度應(yīng)與路基同寬,最小厚度為150 mm。

[1]沙慶林.高等級公路半剛性基層路面[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]王秉綱.水泥混凝土路面設(shè)計與施工[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]張秀清.水泥混凝土路面裂縫成因及預防措施[J].山西建筑,2009,35(21):303-304.