摘 要：本文詳細(xì)闡述了水泥路面損壞的機(jī)理、原因，并介紹了水泥路面狀態(tài)現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)和修復(fù)方法，為相關(guān)工程提供了參考。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土路面；破損；損壞機(jī)理；檢測(cè)；修復(fù)

1 前言

水泥混凝土路面具有承載能力大、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)， 是高等級(jí)公路、重要交通公路路面的主要類(lèi)型之一，在公路建設(shè)中也得到了越來(lái)越多的重視。同時(shí)，混凝土路面的常見(jiàn)病害：脫空、斷裂、破碎等也成為亟待解決的問(wèn)題。在現(xiàn)今使用的混凝土路面中，特別是較低等級(jí)的混凝土路面，其路面的病害現(xiàn)象比較嚴(yán)重，主要集中在脫空這一現(xiàn)象，進(jìn)而直接導(dǎo)致混凝土路面的斷裂發(fā)生。

2水泥路面斷裂破損損壞機(jī)理

水泥混凝土路面板是剛性結(jié)構(gòu)，而路基基礎(chǔ)是彈塑性踢。在實(shí)際使用過(guò)程中，由于車(chē)輛荷載的重復(fù)作用，板下基礎(chǔ)將產(chǎn)生一定得塑性變形，使得混凝土板的局部不再與基礎(chǔ)保持連續(xù)接觸，即混凝土板下局部出現(xiàn)了脫空，這對(duì)混凝土板的受力是極為不利的，在荷載的作用下，脫空部位的邊緣將會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，再加之重車(chē)交通荷載的重復(fù)作用， 懸空處的水泥板塊承受彎曲變形造成的拉應(yīng)力， 而且水泥板塊承受的是脈動(dòng)載荷、其抗拉強(qiáng)度僅是抗壓強(qiáng)度的1/5～1/10，最終將導(dǎo)致混凝土板的斷裂，影響路面的行車(chē)狀況。在水泥混凝土路面的使用過(guò)程中，由于早期出現(xiàn)的脫空病害不能從路表得到及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，在路面車(chē)輛的作用下，脫空會(huì)逐步發(fā)展，最終導(dǎo)致板的斷裂，這樣再進(jìn)行挖出重新澆注混凝土，勢(shì)必會(huì)浪費(fèi)大量的人力物力，同時(shí)也影響了道路的正常使用。因此對(duì)于路面早期病害的檢測(cè)就顯得尤為重要。

以某路口段為例，路面結(jié)構(gòu)為22厘米水泥混凝土面層+30厘米石灰土基層。隨著近些年交通量的迅速增長(zhǎng)，重型車(chē)輛和嚴(yán)重超載車(chē)輛的增加，造成水泥混凝土路面脫空進(jìn)而破損現(xiàn)象十分嚴(yán)重，因此對(duì)該路段急需進(jìn)行不定期檢測(cè)以及維修。

3水泥路面狀態(tài)檢測(cè)的現(xiàn)狀

水泥板塊一旦斷裂，其維修 作業(yè)量大、費(fèi)用高，而且要長(zhǎng)時(shí)間影響交通。因此，對(duì)已投入使用的水泥路面應(yīng)加強(qiáng)日常監(jiān)控，盡早發(fā)現(xiàn)面層與基層之間的空隙，并及早采取補(bǔ)救措施，以保證公路暢通，并延長(zhǎng)其使用壽命。

基于不同的基礎(chǔ)理論，水泥板塊是否懸空可以用不同的方法檢測(cè)。最簡(jiǎn)單、最直接，也是目前我國(guó)常用的傳統(tǒng)方法是鉆孔取樣法，這是一種盲目的被動(dòng)的方法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，聲波法、雷達(dá)法、振動(dòng)分析法等無(wú)損檢測(cè)方法已開(kāi)始應(yīng)用于水泥路面狀態(tài)檢測(cè)中。

通過(guò)對(duì)該路段的病害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此路段的主要病害為橫向縱向裂縫交叉形成的網(wǎng)裂，并且該路段屬于嚴(yán)重網(wǎng)裂。路表已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的沉陷變形，這表明路面下部出現(xiàn)較大脫空現(xiàn)象，其基層已經(jīng)發(fā)生較為嚴(yán)重的松散、破碎等現(xiàn)象，無(wú)法形成板體，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已基本喪失，這與鉆孔取芯試驗(yàn)結(jié)論相吻合，隨著病害程度的進(jìn)一步發(fā)展， 基層在滲入水和車(chē)輪荷載的共同作用下發(fā)生松散、破碎，路面產(chǎn)生了較為明顯的沉陷變形，大量的路表橫向、縱向裂縫相互交織成網(wǎng)狀，形成嚴(yán)重網(wǎng)裂。

3.1超聲波探傷技術(shù)

超聲波探傷技術(shù)是一種成熟的測(cè)量技術(shù)，被測(cè)物體或結(jié)構(gòu)被夾在兩個(gè)探頭間，用所測(cè)波速與標(biāo)準(zhǔn)波速比較判斷結(jié)構(gòu)物內(nèi)部情況，但道路路面是半無(wú)限體，探頭無(wú)法埋植，用表面法檢測(cè)時(shí)超聲波對(duì)路面的最佳發(fā)射角很難確定，影響了探頭接收的能量，超聲波探傷在路面檢測(cè)中的應(yīng)用尚在探索與發(fā)展中。由于超聲波具有激發(fā)容易、檢測(cè)工藝簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格 便宜等優(yōu)點(diǎn)，因此在道路狀態(tài)檢測(cè)中，特別是高等級(jí)水泥路面路基檢測(cè)中將會(huì)有著較廣泛的前景。

3.2雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)

雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種高頻電磁波發(fā)射與接收技術(shù)。雷達(dá)波由自身激振產(chǎn)生，直接向路面路基發(fā)射射頻電磁波，通過(guò)波的反射與接收獲得路面路基的采樣信號(hào)，再經(jīng)過(guò)硬件、軟件及圖文顯示系統(tǒng)得到檢測(cè)結(jié)果。雷達(dá)所用的采樣頻率一般為數(shù)兆赫(MHz)，而發(fā)射與接收的射頻頻率有的要達(dá)到吉赫(GHz)以上。

用于水泥路面路基狀態(tài)檢測(cè)的探地雷達(dá)主要由天線(xiàn)、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)處理和終端設(shè)備等組成。探地雷達(dá)檢測(cè)是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，其工作過(guò)程是由置于地面的發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送入地下一高頻電磁脈沖波，地層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層可以根據(jù)其電磁特性如介電常數(shù)來(lái)區(qū)分，當(dāng)相鄰的結(jié)構(gòu)層材料的電磁特性不同時(shí)，就會(huì)在其界面間影響射頻信號(hào)的傳播，發(fā)生透射和反射。一部分電磁波能量被界面反射回來(lái)，另一部分能量會(huì)繼續(xù)穿透界面而進(jìn)入下一層介質(zhì)材料。電磁波在地層系統(tǒng)內(nèi)傳播過(guò)程中，每遇到不同的結(jié)構(gòu)層就會(huì)在層間界面發(fā)生透射和反射。由于介質(zhì)材料對(duì)電磁波信號(hào)有損耗作用。所以透射的雷達(dá)信號(hào)會(huì)越來(lái)越弱。各界面反射電磁波由天線(xiàn)中的接收器接收，并由主機(jī)記錄，利用采樣技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。從測(cè)試結(jié)果剖面圖得到從發(fā)射經(jīng)地下界面反射回到接收天線(xiàn)的雙程走時(shí)t，當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)材料的波速已知時(shí)，可根據(jù)測(cè)到的精確t值求得目標(biāo)體的位置和深度。這樣，可對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行快速連續(xù)地探測(cè)，并根據(jù)反射波組的波形與強(qiáng)度特征，通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到探地雷達(dá)剖面圖像。通過(guò)多條測(cè)線(xiàn)的探測(cè)，即可知道場(chǎng)地目標(biāo)體平面分布情況。通過(guò)對(duì)電磁波反射信號(hào)(即回波 信號(hào))的時(shí)頻特征、振幅特征、相位特征等進(jìn)行分析，便能得知地層的特征信息——介電常數(shù)、層厚、空洞等。

另外，利用雷達(dá)波進(jìn)行路面脫空的檢測(cè)，主要是利用介電常數(shù)的變化對(duì)波傳播的影響，該方法與工程力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系并不緊密，在實(shí)際工程檢測(cè)中，路面板出現(xiàn)脫空或路面下涂層介質(zhì)的變化，都會(huì)引起介電常數(shù)的變化，產(chǎn)生反射波，對(duì)所接收到的反射波信號(hào)很難從中區(qū)別出界面反射波和脫空產(chǎn)生的反射波。

3.3振動(dòng)映像檢測(cè)技術(shù)

與聲波法、雷達(dá)法比較，振動(dòng)映像檢測(cè)技術(shù)有其自身特點(diǎn)，理論較為成熟，對(duì)測(cè)試設(shè)備和測(cè)試環(huán)境要求不高，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可實(shí)時(shí)檢測(cè)、快速處理數(shù)據(jù)，是一種快速、方便、無(wú)破損的現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)。

振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是采用動(dòng)力學(xué)方法，分析水泥板塊在不同的支撐條件下的固有振動(dòng)特性及響應(yīng)特性的變化，比較水泥板塊在懸空狀態(tài)下振動(dòng)響應(yīng)特性的差異，從而找出水泥板塊是否懸空的判定依據(jù)。

振動(dòng)映像檢測(cè)技術(shù)是利用在路面板表面激振的方法獲得混凝土面板的振動(dòng)信號(hào)，由于脫空與未脫空面板的振動(dòng)頻率存在很大的差異，通過(guò)對(duì)所得信號(hào)的分析處理可實(shí)現(xiàn)對(duì)路面板脫空的檢測(cè)。

3.4水泥混凝土路面的修復(fù)

水泥路面常見(jiàn)的損壞形式有板塊裂縫與折斷，板塊邊緣角隅破損、板塊垂直錯(cuò)臺(tái)與拱起、板塊表面磨損與麻面等。水泥路面維修常用的工藝有擴(kuò)縫、清縫、灌縫、鑿孔、切槽、攪拌、攤鋪、振搗、拉毛、鉆孔、頂升、破碎和翻修等。

該路段道路修復(fù)工程中，對(duì)于路面結(jié)構(gòu)采用：3厘米AC-13I細(xì)粒式瀝青混凝土+5厘米AC-13I中粒瀝青混凝土+15厘米水泥穩(wěn)定碎石+15厘米二灰碎石。

對(duì)局部裂縫（斷板）的處理方法如下：凹糟開(kāi)挖：根據(jù)斷縫位置，把水泥混凝土面板鑿開(kāi)成長(zhǎng)方形凹槽，貫通整個(gè)板厚，凹槽壁鑿成1∶0.15的斜坡為最好，以使修補(bǔ)混凝土與面板更充分地共同支撐行車(chē)荷載。凹槽的直角邊分別平行于縮縫和縱縫。對(duì)于較直的斷縫，斷縫的兩側(cè)開(kāi)鑿寬度每側(cè)不小于20厘米，總寬度不小于40厘米；若斷縫稍有斜度或彎度時(shí)，開(kāi)鑿時(shí)要距斷縫凸出部位或端頭不小于10厘米，凹槽開(kāi)鑿總寬度不小于40厘米；若斷縫在縮縫附近，且開(kāi)鑿邊緣距縮縫不大于40厘米時(shí)，原縮縫要作為凹槽的一個(gè)邊。

對(duì)于角隅處的斷縫，要按上述開(kāi)鑿尺寸的要求，將斷縫（斷板）周?chē)幕炷凌忛_(kāi)挖掉即可。對(duì)于斜度較大的斷縫，可將斷縫周?chē)幕炷练殖蓛纱髩K鑿開(kāi)挖掉。開(kāi)鑿前根據(jù)斷縫的情況，按尺寸要求用墨線(xiàn)斗在水泥混凝土路面上打出墨印線(xiàn)，然后用切割機(jī)沿線(xiàn)切割，再在需挖掉的混凝土路面上用切割機(jī)切成網(wǎng)狀，網(wǎng)格面積越小越易鑿?fù)?。然后用六棱鋼釬和大錘把混凝土鑿開(kāi)挖掉，然后，要在凹槽周?chē)O(shè)置安全標(biāo)志，以保證行車(chē)和行人的安全。

養(yǎng)生：凹槽填充完畢，要在周?chē)O(shè)置醒目標(biāo)志或設(shè)置障礙保護(hù)，禁止車(chē)輛在上面通行。待混凝土達(dá)到終凝時(shí)間（一般為8小時(shí)），可在混凝土上面均勻鋪上厚度不小于15厘米的細(xì)土，然后灑水養(yǎng)生，使其經(jīng)常保持潮濕狀態(tài)。養(yǎng)生至少不能少于兩星期，保養(yǎng)期滿(mǎn)后，方可撤除標(biāo)志或障礙，開(kāi)放交通。

4小結(jié)

總之，水泥路面是高等級(jí)公路主要路面結(jié)構(gòu)型式之一。使用中的水泥路面由于多種原因會(huì)產(chǎn)生斷裂、裂縫、磨損等多種形式的損壞，嚴(yán)重影響道路運(yùn)輸效果、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 因此，需要及時(shí)的保養(yǎng)維護(hù)或修復(fù)。