一、研究背景及意義

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，運(yùn)輸業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著越來越重要的作用，混凝土路面質(zhì)量的好壞直接影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。由于它具有施工簡(jiǎn)單、取材方便、抗壓強(qiáng)度高、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)被人們使用得越來越多，同時(shí)混凝土也具有抗拉能力差、容易裂縫等缺點(diǎn)。導(dǎo)致路面出現(xiàn)裂縫及不均勻沉降等現(xiàn)象，這些不僅直接影響了混凝土路面的美觀、使用效果及壽命。而且難以滿足交通工具高速行駛的要求，還會(huì)增加汽車的燃料消耗和輪胎的磨損，加大了運(yùn)輸成本，增長(zhǎng)了運(yùn)輸時(shí)間，降低經(jīng)濟(jì)效益甚至危及交通安壘。所以要對(duì)混凝土路面裂縫及不均勻沉降原因進(jìn)行科學(xué)分析并根據(jù)分析結(jié)果探討科學(xué)的控制措施，這樣以來對(duì)提高其質(zhì)量、延長(zhǎng)其使用壽命有著很重要的意義。

二、混凝土路面裂縫與不均勻沉降原因分析

1.路基，基層的原因

如果基層平整度差，混凝土面層厚度不勻，就會(huì)在厚度薄弱處產(chǎn)生裂縫;地基強(qiáng)度不均勻，路基軟弱未壓實(shí)，或路面基層強(qiáng)度不足，沉降量過大，混凝土板受彎，路基填料混雜或壓實(shí)不好等因素也會(huì)導(dǎo)致混凝土板產(chǎn)生裂縫。

2.混凝土配合比的原因

混凝土配合比對(duì)它的裂縫有很大的影響。使用過多的水泥用量必然會(huì)導(dǎo)致較大的收縮;施工中使用較高的水灰比是為了提高混凝土混合性，較大的水灰比使得混凝土的收縮會(huì)隨著水灰比越來越大，多種因素作用下導(dǎo)致施工后混凝土體積出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，這樣不僅影響了混凝土強(qiáng)度，而且混凝土容易出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。

3.路面養(yǎng)護(hù)的原因

有時(shí)施工中在混凝土澆灌24小時(shí)以后應(yīng)在表面灑水，這樣做的目的是防止表面裂縫的產(chǎn)生。但是試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土澆灌后24小時(shí)內(nèi)若灑水覆蓋則更容易造成路面裂縫現(xiàn)象。因此，嚴(yán)格控制對(duì)澆灌后的混凝土灑水時(shí)間對(duì)防止產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象十分重要。

4.水泥骨料的原因

水泥的質(zhì)量及其它成分對(duì)混凝土質(zhì)量有很大的影響。水泥中雜質(zhì)過多，骨料質(zhì)量不好會(huì)影響混凝土的性能，不同型號(hào)的水泥產(chǎn)品混合使用，因?yàn)橛不瘯r(shí)間等的不同會(huì)讓混凝土出現(xiàn)裂縫。單用增大水泥用量的方法來達(dá)到增加混凝土的強(qiáng)度，會(huì)使水化熱大，容易使混凝土路面產(chǎn)生裂縫。

5.路面養(yǎng)護(hù)劑的原因

路面養(yǎng)護(hù)劑的應(yīng)用越來越廣泛。養(yǎng)護(hù)劑凝固后所形成的薄膜可阻止混凝土中水分蒸發(fā)，起到養(yǎng)護(hù)混凝土的作用。但如果在實(shí)際使用中使用不當(dāng)，則更容易易產(chǎn)生混凝土裂縫。

6.橫向縮縫質(zhì)量的影響

設(shè)置橫向縮縫是為了減小翹曲應(yīng)力和收縮應(yīng)力，切縫的功效是使內(nèi)應(yīng)力在切縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而使裂縫在切縫產(chǎn)生。

7.路基填土壓實(shí)不足

施工時(shí)，氣候太干燥，局部填料粉碎不均勻使路檢壓實(shí)不均勻，致使路基邊緣壓實(shí)不夠，某些超速車道賀行車道沒有同步施工，而且銜接得不太好時(shí)，在銜接處也會(huì)產(chǎn)生壓實(shí)不夠的情況?？紤]施工安全和進(jìn)度，壓實(shí)工作做的不夠到位，路基壓實(shí)不充分，達(dá)不到規(guī)范要求。另外，由于施工處最佳含水量控制不好，壓實(shí)效果達(dá)不到要求。壓路機(jī)等不符合施工的實(shí)際要求，噸位不足，使得壓實(shí)不足，壓實(shí)度不符合要求。在墳方路堤施工過程中，當(dāng)路堤施工一定高度以后，邊緣土體往往存在壓實(shí)度不足等問題，填方土體壓實(shí)度不足，結(jié)果是土體前期固結(jié)壓力小于自重應(yīng)力和各種附加應(yīng)力和自重應(yīng)力之和，在自重作用下就會(huì)發(fā)生沉降現(xiàn)象，壓實(shí)度不足還會(huì)造成混凝土路面的側(cè)向變形。

8.路堤填料不均勻，控制不當(dāng)

一方面，回墳料的性質(zhì)不同，特別是回填料具有膨脹性，在路基排水系統(tǒng)失效后，水的滲入會(huì)使混凝土路面局部突起，影響美觀，嚴(yán)重的會(huì)使路面破壞;另一方面，在施工中，如果分層敷設(shè)厚度過大，小顆粒填料和軟物質(zhì)很難得到有效壓實(shí)，在超重荷載的長(zhǎng)期作用下，回填料會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，混凝土路面會(huì)產(chǎn)生局部沉陷，剛性路面還會(huì)產(chǎn)生裂縫。選用了穩(wěn)定性較差的路堤填料，如采用高液限粘土、粉質(zhì)土或使用淤泥，腐殖質(zhì)含量較高的填料時(shí)，會(huì)使混凝土路面產(chǎn)生整段或局部的變形，采用不同土質(zhì)填料時(shí)，因?yàn)橥恋男再|(zhì)不同如填筑方法不當(dāng)，壓實(shí)成型后易造成不均勻性沉降。

9.地下水的影響

在地下水的作用下，混凝土路基體內(nèi)含水量無規(guī)律變化，土體容重在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，更為重要的是由毛細(xì)管張力引起的負(fù)孔隙水壓力可以達(dá)到相當(dāng)?shù)臄?shù)值，再加上水的潤(rùn)滑效應(yīng)，可以使土體產(chǎn)生不均勻沉降。地下水的動(dòng)態(tài)特征對(duì)路基不均勻沉降影響很大，路堤及其地基中的地下水主要補(bǔ)給來源有三種類型，即地下水側(cè)向補(bǔ)給、降雨補(bǔ)給、地表水側(cè)向補(bǔ)給。其動(dòng)態(tài)變化及潛蝕影響到土體中的有效應(yīng)力的分布、士體結(jié)構(gòu)特征和土體強(qiáng)度從而導(dǎo)致混凝土路基的不均勻沉降。

三、混凝土路面裂縫與不均勻沉降預(yù)防與控制

根據(jù)以上分析，預(yù)防混凝土路面裂縫與不均勻沉淀的產(chǎn)生，根據(jù)多年施工經(jīng)驗(yàn)，除了嚴(yán)格按照施工規(guī)程操作外，還應(yīng)著重做好以下幾點(diǎn)工作。

1.選擇好水泥

水泥砼路面用水泥，必須采用標(biāo)號(hào)不低于42.5號(hào)的道路硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。礦渣硅酸鹽水泥，粉煤灰硅酸鹽水泥等雖然在早期水化熱低，但因?yàn)槟湍バ?、耐久性等原因一般不用于混凝土路面。盡量選用同一廠家、同一品種、同一標(biāo)號(hào)有質(zhì)量保障的水泥，出廠期超過三個(gè)月或受潮、結(jié)塊的水泥，必須經(jīng)過試驗(yàn)確定能否使用，水泥的選用必須著眼于保證砼的強(qiáng)度、耐磨性和耐久性等方面。

2.控制水灰比

水灰比在規(guī)定范圍內(nèi)的變化對(duì)砼抗折、抗壓強(qiáng)度的影響不是很明顯，但超出了一定范圍，無論對(duì)砼抗折強(qiáng)度還是抗壓強(qiáng)度都有很大的影響。因此，在水泥砼路面施工中，必須嚴(yán)格控制砼單位的水灰比，經(jīng)常抽檢砼拌和物的坍落度，經(jīng)常測(cè)定砂、石料的含水量，并調(diào)整砼用水量。拌和水應(yīng)使用測(cè)量器具準(zhǔn)確計(jì)量，施工中不得任意改變，混拌過程中不允許往砼拌和物內(nèi)加水。控制水灰比是保證砼強(qiáng)度、和易性及控制砼干縮率的重要措施之一。

3.及時(shí)切縫

砼板切縫是關(guān)鍵工序，準(zhǔn)確把握好砼板的切縫時(shí)機(jī)，是解決斷板的關(guān)鍵。砼強(qiáng)度的增長(zhǎng)與氣溫、養(yǎng)護(hù)條件等有關(guān)，切縫時(shí)間由試驗(yàn)室根據(jù)施工方法、養(yǎng)護(hù)溫度等因素確定，過早和過遲都不易。一般要求在砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的25%-30%時(shí)即可進(jìn)行機(jī)械切縫，采用真空吸水施工的砼路面，因砼強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，切縫時(shí)間可以提前，切縫深度應(yīng)達(dá)板厚的三分之一左右，且在板的自由邊適當(dāng)加深，以確保裂縫準(zhǔn)確地發(fā)生在切割處。

4.加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，對(duì)其強(qiáng)度增長(zhǎng)起著重要的作用。在混凝土凝結(jié)后即用草袋均勻地覆蓋混凝土表面并充分灑水保濕，防止混凝土表面風(fēng)吹日曬，既有較好的保濕、保溫作用，又能使混凝土水化作用正常進(jìn)行、砼混凝土強(qiáng)度的正常增長(zhǎng)，還能防止混凝土表面因失水過快過多而產(chǎn)生干縮裂縫，是避免混凝土路面因含水量及溫度變化過快引起收縮而產(chǎn)生早期裂縫的有效措施。當(dāng)澆灌時(shí)遇大風(fēng)、高溫、表面水份蒸發(fā)過快時(shí)，可在做面后用噴霧法及時(shí)補(bǔ)充水分，防止表面干縮裂縫的發(fā)生。

5.路堤城筑前原地面處理

墳筑路堤時(shí)首先進(jìn)行原地處理。將路基范圍內(nèi)的樹根、雜草壘部清除。若基底的表層土屬于腐殖土，則須用挖掘機(jī)將其表層土清除，厚度視具體情況而定，并按規(guī)定要求進(jìn)行壓實(shí)。路堤通過田地時(shí)，路堤澆灌施工前預(yù)先清除表土，由于在表土剝離后下面的含水量高，為保證基底壓實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行松土，晾曬和含水量檢測(cè)，在最佳含水量時(shí)進(jìn)行壓實(shí)，以達(dá)到要求的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。坡面基底處理分層夯實(shí)每層都嚴(yán)格控制其厚度、壓實(shí)度、拱度和平整度，并進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)所有臺(tái)階填完之后，可按一般坡土進(jìn)行。

6.縮小施工現(xiàn)場(chǎng)溫度差、濕度差，防止收縮

合理安排施工時(shí)間，盡量避免在中午溫度高峰時(shí)進(jìn)行施工，盡可能地把施工時(shí)間安排在早上和傍晚。氣溫變化相對(duì)較小，其次，確保施工用水的溫度。必要時(shí)還要對(duì)碎石灑水降溫，以降低拌和物與環(huán)境的溫差。盡量避免在裂日下工作，無法避免時(shí)可設(shè)置遮陽(yáng)棚;其三，因?yàn)榇箫L(fēng)對(duì)拌和物的水分蒸發(fā)量比高氣溫大，所以大風(fēng)天應(yīng)停止水泥混凝土路面的施工。如不能避免，則要采取必要的防風(fēng)措施;其四，注意養(yǎng)護(hù)。應(yīng)在混凝土澆筑完成，收漿后就開始進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，同時(shí)覆蓋并及時(shí)灑水保持濕潤(rùn)。

7.嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)程施工，確保正確的配合比

砂子中夾雜的雜物要分離出來，包裹有粘土的碎石要清洗。其次，保證水泥的質(zhì)量，特別是保證水泥的穩(wěn)定性。水泥中的游離氧化鈣在凝結(jié)過程中水化比較慢，水泥凝結(jié)后還繼續(xù)起水化作用，當(dāng)超過一定量時(shí)，就會(huì)破壞已經(jīng)硬化的水泥石使其硬度下降，其三，控制好施工水灰比，嚴(yán)格按配合比攪拌?；炷恋膹?qiáng)度主要取決于內(nèi)部起膠結(jié)作用的水泥石的質(zhì)量，水泥石的質(zhì)量主要取決于水泥的特性及水灰比，水灰比對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響很大。

8.嚴(yán)格控制施工配合比，保證混凝土的自身強(qiáng)度

對(duì)水泥的含泥量要進(jìn)行嚴(yán)格的控制;其次，加強(qiáng)對(duì)水泥質(zhì)量的監(jiān)控，特別是水泥的安定性，其三，

控制好水灰比，根據(jù)混凝土的強(qiáng)度與水化的固體產(chǎn)物在有效空間的關(guān)系，即強(qiáng)度增長(zhǎng)與膠空比的關(guān)系，合理地定位水灰比，并嚴(yán)格按配合比投料是確保混凝土路面質(zhì)量的重要措施。

9.及時(shí)進(jìn)行割縫，誘導(dǎo)裂縫在接縫位置展開

及時(shí)切橫縮縫，縫深必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度，在縮裂發(fā)生前及早形成弱斷面。還可以考慮在橫縮縫位置的混凝土底部加設(shè)誘導(dǎo)裂縫的木塊，使弱斷面作用更加顯著。其次，道路設(shè)窨井處，橫縮縫要騎窨井設(shè)置，使窨井部位自然形成弱斷面與橫縮縫合而為一，不然在井框部位易形成早期收縮裂縫，其三，鋸縫設(shè)備配置不足時(shí)，應(yīng)先隔3-4塊板跳鋸一條橫縫，最后再補(bǔ)齊。

10.提高混凝土基層施工質(zhì)量

水泥混凝土路面基層應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、較高密實(shí)度和較好的穩(wěn)定性。因此，在施工中應(yīng)嚴(yán)格按施工操作規(guī)程進(jìn)行，做到分層澆筑、分層壓實(shí)、分層檢測(cè)。每層的壓實(shí)度，平整度及路拱都要滿足設(shè)計(jì)要求。

四、FRP與混凝土粘結(jié)耐久性研究

除了采用傳統(tǒng)的防治措施預(yù)防混凝土路面裂縫與不均勻沉降外，采用新型混凝土加固材料纖維增強(qiáng)聚合物(FiberReinforCedPolyrner，簡(jiǎn)稱FRP)對(duì)預(yù)防混凝土裂縫與不均與沉降起著舉足輕重的作用，加固混凝土結(jié)構(gòu)材料由于輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕性好、熱膨脹系數(shù)小、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、耐疲勞性能較好、自重輕、施工高效便捷、對(duì)結(jié)構(gòu)外觀影響小等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到青昧。但是，F(xiàn)RP加固混凝土技術(shù)方法的推廣應(yīng)用必須保證材料性能、施工方法、設(shè)計(jì)概念和耐久性四個(gè)方面的平行發(fā)展。由于從Meier教授首次采用CFRP片材加固Ebach大橋到現(xiàn)在才接近30年，這種技術(shù)在工程中的應(yīng)用還不是很廣泛，并且大多數(shù)FRP加固技術(shù)的應(yīng)用是處于室外或者惡劣環(huán)境下，如凍融循環(huán)、紫外線、海水環(huán)境、干濕交替、濕熱、等環(huán)境，在這類環(huán)境中由于耐久性降低而不能滿足可靠性的要求，混凝土結(jié)構(gòu)加固后的耐久性是采用此方法加固混凝土急需解決的問題。

在混凝土加固領(lǐng)域中，外貼碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFPR)是一種比較先進(jìn)的結(jié)構(gòu)架構(gòu)技術(shù)，一般采用的辦法是采用建筑結(jié)構(gòu)膠將FPR粘貼在混凝土的表面，通過FRP與混凝土間界面?zhèn)鬟f應(yīng)力來提高混凝土的強(qiáng)度。因此，界面粘結(jié)的好壞是加固技術(shù)是否成功的重要指標(biāo)，大多數(shù)補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)建處在惡劣的環(huán)境下，如凍融循環(huán)、紫外線老化、干濕循環(huán)和濕熱等環(huán)境，界面的黏粘性在一段時(shí)間后會(huì)大大降低，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)不能滿足可靠性要求。目前關(guān)于界面黏粘性的研究，考慮的因素還是比較單一大大，但是在實(shí)際工程中。解雇構(gòu)件處的環(huán)境是很復(fù)雜的，處在荷載和惡劣環(huán)境的雙重作用下，此時(shí)，CFRP與混凝土界面粘結(jié)性能僅考慮單一的因素是不行的，在荷載的作用下，CFRP與混凝土界面將發(fā)生蠕變，導(dǎo)致界面應(yīng)力發(fā)生變化，此外，在界面黏粘層剪應(yīng)力或正應(yīng)力存在局部集中，使結(jié)合面處在較高的應(yīng)力作用下，致密性下降，侵蝕物質(zhì)會(huì)更快的滲透到結(jié)合層中，加速黏粘性能的降低，因此，研究荷載和惡劣環(huán)境混合作用下對(duì)CFRP與混凝土界面粘結(jié)性能的影響具有非常重要的意義，這樣以來對(duì)合理地進(jìn)行CFRP加固設(shè)計(jì)，改善CFRP混凝土耐久性是十分必要的。

五、結(jié)束語(yǔ)

混凝土路面裂縫和不均勻沉降是影響路基路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性的一個(gè)十分重要的問題，一是由于施工、設(shè)計(jì)、使用過程中存在某些問題，又由于水泥混凝土內(nèi)在原因及濕度變化，溫度變化、地基不均勻沉降的影響，在水泥混凝土路面上難免發(fā)生各種類型的裂縫和不均勻沉降。但是只要嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程要求，在施工中切實(shí)抓好基層強(qiáng)度、混凝土的施工工藝、配合比、切縫時(shí)間及深度、混凝土養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，通過改善混凝土的質(zhì)量和路面結(jié)構(gòu)并采取有效的澆筑的防治措施，水泥混凝土路面的裂縫和不均勻沉降現(xiàn)象是可以被避免的。隨著國(guó)際上FRP加固混凝土技術(shù)方法的研究，該方法得到廣泛的應(yīng)用，但該方法仍需要不斷得到改進(jìn)和完善，對(duì)此方法的研究勢(shì)必在以后預(yù)防混凝土裂縫和不均勻沉降方面得到廣泛應(yīng)用。