肖冠成 張東長

(1.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074;2.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，重慶 400074)

1 工程概述

該高速公路在廣東段采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度為100 km/h。考慮到車流量較大，路面需承受重載交通，主線及樞紐互通匝道采用復(fù)合式路面結(jié)構(gòu):7 cm SBS 改性瀝青混凝土面層，高粘度改性瀝青防水粘結(jié)層(同步碎石封層)，乳化瀝青透層，30 cm C40 水泥混凝土基層，一布一膜復(fù)合土工膜隔離層，22 cm 水泥穩(wěn)定級配碎石底基層，20 cm 級配碎石墊層。

1.1 地形地貌

本項(xiàng)目沿線區(qū)域位于廣東省西北部的南嶺山脈南緣，沿線地形起伏較小，相對高差在20 m～40 m 之間，海拔高程為50 m～152 m，相對高程不大。在發(fā)生開裂斷板的路段中，有部分路段經(jīng)過水稻種植區(qū)，由于路基濕軟，所以施工時采用換填方案。

1.2 氣溫

本項(xiàng)目位于北回歸線的北側(cè)，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候;累年平均溫度20.8 ℃，極端最高氣溫39.9 ℃，極端最低氣溫-6.9 ℃;夏長冬短，累年平均總?cè)照諘r數(shù)1 828.1 h，氣溫適宜。

1.3 降水

該地區(qū)年均降水量為1 785.4 mm，多年平均年降雨天數(shù)在180 d 以上，且多集中在4 月～9 月，雨季常有山洪爆發(fā)，山區(qū)氣候多變，有短時陣雨、暴雨，有霜凍、結(jié)冰與積雪。

2 混凝土板裂縫產(chǎn)生原因及防治措施

開裂段混凝土板主體于4 月施工，此前路基、墊層、底基層施工情況良好，平整度、壓實(shí)度等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求［1］。養(yǎng)護(hù)期間對路面進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)板與板之間沿切縫裂開的程度不均勻，但未發(fā)現(xiàn)板體有開裂現(xiàn)象。7 月初對路面進(jìn)行普查時，發(fā)現(xiàn)部分板體出現(xiàn)裂縫甚至斷板。裂縫長寬深淺不一，且以縱向裂縫居多，開裂位置多位于拉桿或傳力桿附近?；炷涟逍纬闪芽p的原因很多，有些裂縫是多種原因共同作用的結(jié)果，有些裂縫是單一因素作用的結(jié)果。為此，對可能引起混凝土板開裂原因進(jìn)行分析排查，并有針對性地實(shí)施了一系列預(yù)防措施。

2.1 路面土基或底基層的原因

為查明開裂、斷板原因，對部分開裂混凝土板進(jìn)行鉆芯檢測，對部分?jǐn)喟鍑?yán)重的板體進(jìn)行破板觀察，如圖1，圖2 所示。結(jié)果表明:芯樣裂縫貫通整個水泥板厚度，但半剛性底基層表面平整，未見開裂、沉降等不良現(xiàn)象。同時，對無破損的芯樣進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，折算平均抗彎拉強(qiáng)度為5.99 MPa，符合設(shè)計要求。由此可見，底基層及路基施工質(zhì)量良好，不是導(dǎo)致混凝土板開裂的主要原因。

路基直接影響到路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而路面底基層作為次要承重層，均應(yīng)保證其強(qiáng)度的均勻性、穩(wěn)定性及表面的平整度。如軟土基未做好加固處理，板下的基礎(chǔ)易產(chǎn)生不均勻沉降，使混凝土板與底基層脫空，混凝土板的裂縫也將隨之產(chǎn)生。本項(xiàng)目有部分土基采用換填方案，換填土基的壓實(shí)度、彎沉均符合設(shè)計要求;選擇良好的基層填筑材料也是防止裂縫的常用措施之一［2］。本項(xiàng)目中水泥穩(wěn)定級配碎石底基層剛度大、整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，能為混凝土板提供良好的支撐，從而有效地避免了因底基層強(qiáng)度不足而引發(fā)的反射裂縫。施工中應(yīng)嚴(yán)格控制半剛性底基層混合料的生產(chǎn)、拌和、攤鋪、碾壓和修整工藝，并及時灑水養(yǎng)生，防止底基層出現(xiàn)早期裂縫;為防止因底基層不平整等原因產(chǎn)生的反射裂縫，規(guī)定在底基層上鋪設(shè)一布一膜滑動層，以減小層間摩阻力，有利于板體縮脹時自由伸縮。施工時應(yīng)保證其平整度、搭接長度、固定強(qiáng)度符合設(shè)計要求。

圖1 混凝土板開裂處芯樣

圖2 斷板處底基層外觀

2.2 氣候原因

不利氣候是引發(fā)許多路面病害的主要因素之一。日夜溫差大、施工養(yǎng)護(hù)溫度高、氣溫突變都可能引發(fā)混凝土板開裂?；炷翆?dǎo)熱性不佳，日照使板頂升溫幅度大于板底，致使混凝土板中部產(chǎn)生上拱變形。夜晚溫度降低，混凝土表面溫度快速散失，板頂面溫度低于底面溫度，致使板體的邊緣翹起。當(dāng)變形受到底基層或其周圍混凝土約束而產(chǎn)生過大拉應(yīng)力時，板體就被拉裂而產(chǎn)生裂縫［3］。其次，當(dāng)混凝土養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后，如遇夏季暴曬高溫，混凝土板表面因?qū)⒀杆偈a(chǎn)生干縮變形，當(dāng)變形受板體下部混凝土制約時，將產(chǎn)生拉應(yīng)力拉裂混凝土。此外，當(dāng)天氣變化導(dǎo)致氣溫突變時，混凝土板因內(nèi)外溫度變化不一致而形成溫度梯度，如溫度應(yīng)力過大將拉裂混凝土板［4］。項(xiàng)目開裂標(biāo)段所在地多為山嶺，白天日照充足，夜晚降溫快，日夜溫差較大。且施工中常見短時陣雨、暴雨，以上原因均可能使混凝土板內(nèi)外形成溫度梯度，進(jìn)而產(chǎn)生微裂縫，長此以往將形成較嚴(yán)重的裂縫。針對以上情況，結(jié)合實(shí)際施工條件采取以下措施予以預(yù)防:1)配合比設(shè)計階段合理選擇水灰比，施工階段嚴(yán)格控制水灰比。水灰比過大，混凝土中游離水過多，水分蒸發(fā)后會引起較大干縮且影響混凝土強(qiáng)度。同時，適當(dāng)降低水泥用量，必要時摻加適量減水劑改善施工效果。2)選擇科學(xué)合理的養(yǎng)生方式，混凝土板鋪筑完成后應(yīng)立即開始養(yǎng)生，保持適宜的溫濕條件，并適當(dāng)延長養(yǎng)生時間。本項(xiàng)目中開裂段混凝土板先噴灑養(yǎng)生劑，然后加蓋塑料薄膜進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。夏季施工期間，考慮到塑料薄膜防暴曬隔熱效果較差，改用灑水加鋪土工布再覆蓋塑料薄膜的方法進(jìn)行養(yǎng)生。在養(yǎng)生期內(nèi)，應(yīng)定期檢查，保證混凝土表面土工布和養(yǎng)生膜覆蓋良好，減輕混凝土受高溫、突變溫差、濕度變化等不利條件的影響，從而防止混凝土板因內(nèi)外縮脹不一而產(chǎn)生裂縫，為水泥水化作用提供良好的環(huán)境，形成足夠的抗裂強(qiáng)度。3)澆筑前應(yīng)保持底基層頂面充分濕潤，防止底基層吸水過多而產(chǎn)生干縮裂縫［5］。4)施工中要經(jīng)常注意天氣變化，盡量減小氣候突變帶來的不利影響。如忽然遭遇暴雨或氣溫驟變等情況需中斷施工時，應(yīng)盡快切縫以釋放收縮應(yīng)力，并進(jìn)行土工布、塑料薄膜覆蓋養(yǎng)生。5)如在夏季施工，為避免溫縮或干縮裂縫，需特別注意控制施工溫度和防止混凝土失水過快。首先，施工應(yīng)盡可能避開高溫、暴曬、大風(fēng)等不利條件，攤鋪溫度不宜超過35 ℃，早晨、傍晚和夜間溫度較低，是夏季施工的最佳時段。其次，需控制混凝土的拌合溫度，對砂石料堆進(jìn)行遮陽覆蓋，防止太陽暴曬升溫。本項(xiàng)目中為防止石料、水泥拌合溫度過高影響混凝土質(zhì)量，采用循環(huán)制冷系統(tǒng)對拌合水進(jìn)行制冷，降低混凝土拌合溫度。最后，運(yùn)輸混凝土的料車應(yīng)用篷布嚴(yán)實(shí)遮擋，避免陽光直射引起混合料水分損失過大。

2.3 施工工藝原因

2.3.1 切縫不及時或深度不足

切縫的主要作用是釋放混凝土板收縮應(yīng)力，從而避免混凝土板在其他地方產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。切縫不及時、切縫深度不足、切縫間距過長都可能造成混凝土內(nèi)應(yīng)力集中，在混凝土板薄弱處形成不規(guī)則裂縫。對開裂段混凝土板切縫進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)切縫深度普遍為4 cm～6 cm，未達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重地影響了收縮應(yīng)力的釋放。因此采取以下措施，對切縫“時間、深度、間距”三要素嚴(yán)格把關(guān)。

1)施工中應(yīng)把握好混凝土在實(shí)時溫度、濕度、風(fēng)力環(huán)境下的強(qiáng)度增長規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)場情況準(zhǔn)確判斷出最佳切縫時間。施工中常以“溫度、小時”控制切縫時間，即以水泥混凝土澆筑后的時間與溫度的乘積作為控制參數(shù)，切割時間一般控制在200 ℃·h 左右［6］。切縫太早易造成切縫缺邊掉角，太遲則易引起開裂、斷板。夏季施工溫度高，應(yīng)密切關(guān)注混凝土板凝結(jié)程度，應(yīng)在不啃邊的前提下盡早切縫，防止應(yīng)力集中而產(chǎn)生開裂、斷板。

2)按規(guī)范要求，設(shè)傳力桿的切縫深度應(yīng)控制在1/3～1/4 板厚，且最淺不小于7 cm［7］。如切縫深度太淺，切縫處水泥混凝土殘留強(qiáng)度過大，切縫處將無法正常開裂，收縮應(yīng)力無法在切縫處得到釋放，混凝土板體將被拉裂?！稄V東省水泥混凝土路面施工技術(shù)指南》要求切縫深度為板厚的1/3～2/5。本項(xiàng)目混凝土板厚為30 cm，所以切縫深度應(yīng)達(dá)到10 cm～12 cm，而實(shí)際測量平均值為4 cm～6 cm，嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)。因此，此次路面開裂防治措施，應(yīng)以此為整治重點(diǎn)之一，加強(qiáng)施工管理，保證足夠的切縫深度。

3)適當(dāng)?shù)那锌p間距和合理的切縫方式能保證混凝土板收縮應(yīng)力在切縫處得到充分釋放，避免應(yīng)力集中引發(fā)板體開裂。除轉(zhuǎn)彎、加寬等特殊路段，一般直線段混凝土板應(yīng)為規(guī)則的矩形板，縱縫、橫縫應(yīng)分別與道路中線平行和垂直，且不同行車道之間橫縫應(yīng)一致對齊。普通混凝土板縱縫寬一般與行車道和硬路肩寬相對應(yīng)，規(guī)范規(guī)定為3 m～4.5 m。普通混凝土板橫縫寬一般為4.5 m～6 m，且規(guī)定板面積不超過25 m2，板寬和板長的比例應(yīng)控制在1∶1.35 以內(nèi)，板最小邊長應(yīng)不小于1.5 m［8］。

2.3.2 混凝土板強(qiáng)度均勻性差

施工中保證混凝土強(qiáng)度的均勻性對預(yù)防混凝土板開裂等災(zāi)害至關(guān)重要。巡查過程中發(fā)現(xiàn)混凝土料稠度不均勻，可能致使混凝土板強(qiáng)度形成不均勻，板體各部位的收縮差異大，易在強(qiáng)度薄弱處或細(xì)料集中處產(chǎn)生收縮裂縫。施工中的各環(huán)節(jié)是緊密聯(lián)系在一起的，應(yīng)加強(qiáng)各部門的質(zhì)量意識，保證各工序的施工質(zhì)量。

拌和站拌制混凝土?xí)r，各材料摻量控制不嚴(yán)，生產(chǎn)配合比產(chǎn)生過大偏差，將導(dǎo)致稠度不達(dá)標(biāo)或不均，為裂縫的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利條件。用水過少或砂率過大將導(dǎo)致混凝土料稠度偏大，混凝土和易性差，不易拌合、搗實(shí)，混凝土板強(qiáng)度不均勻，容易在強(qiáng)度較弱處產(chǎn)生裂縫;用水量過多將使混凝土料稠度偏小，輕則在集料周圍形成過厚的水膜，影響混凝土強(qiáng)度的形成，重則引發(fā)嚴(yán)重的離析、泌水現(xiàn)象，而混凝土板將因強(qiáng)度低不足以抵抗收縮應(yīng)力或混合料離析致使表面收縮應(yīng)力過大而開裂;此外，不同稠度混凝土結(jié)合處強(qiáng)度形成不均勻，可能會因收縮不一致而產(chǎn)生裂縫。因此，為預(yù)防裂縫產(chǎn)生，應(yīng)做好以下3 點(diǎn)確?；炷脸矶缺３衷谡７秶鷥?nèi):1)施工中應(yīng)準(zhǔn)確計量粗細(xì)骨料，嚴(yán)格控制好砂率、集漿比和水灰比，施工方不得隨意調(diào)整用水量，而應(yīng)根據(jù)集料中的含水量確定最佳用水量。2)攤鋪過程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控混凝土料稠度，在拌合樓和施工現(xiàn)場定時測試坍落度，如坍落度不符合要求，應(yīng)予以及時調(diào)整。3)及時跟進(jìn)攤鋪機(jī)施工進(jìn)度，如發(fā)現(xiàn)滑膜攤鋪機(jī)攤鋪過程中經(jīng)常出現(xiàn)大范圍塌邊或者較多浮漿時，應(yīng)及時找出原因并予以解決。

2.3.3 拉桿安插不當(dāng)

本項(xiàng)目中混凝土板采用滑膜攤鋪機(jī)和三滾軸攤鋪機(jī)鋪筑，拉桿采用人工安插，插入深度和水平度很難精確控制。混凝土攤鋪時發(fā)現(xiàn)部分拉桿插入水平參差不齊，拉桿間距、水平度不滿足規(guī)范要求。對路面裂縫進(jìn)行巡查時發(fā)現(xiàn)大多裂縫位于切縫周圍，桿件的施工質(zhì)量不佳很可能引起混凝土板受力不均，成為引發(fā)板體開裂的潛在因素之一。因此，需對拉桿的安裝質(zhì)量予以嚴(yán)格控制，要求操作人員嚴(yán)格按照規(guī)定操作，拉桿應(yīng)設(shè)在板厚中央，并保證拉桿插入長度、間距和水平度滿足規(guī)范要求。如發(fā)現(xiàn)拉桿安插精確度不符合規(guī)范要求或漏插，應(yīng)鉆孔補(bǔ)插。

3 結(jié)語

重載條件下的復(fù)合式路面，應(yīng)特別重視面層混凝土板開裂問題。首先，應(yīng)做好原材料檢測以及路基、基層、混凝土板的施工和養(yǎng)護(hù)工作，以積極預(yù)防為主。其次，當(dāng)混凝土板發(fā)生開裂、斷板時，應(yīng)及時、準(zhǔn)確地查明開裂原因，為后期施工提供指導(dǎo)性建議。調(diào)查開裂原因時，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厮?、氣候、地質(zhì)條件，對開裂板塊進(jìn)行詳細(xì)勘察，對可能引起混凝土板開裂的原因逐一分析排查，并針對性地提出有效的預(yù)防措施。充分保證混凝土板的施工質(zhì)量，是延緩反射裂縫的有效措施之一，從而提高復(fù)合式路面的使用品質(zhì)。

［1］JTG F80/1-2004，公路工程質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］劉理生.水泥混凝土路面裂縫原因分析及預(yù)防措施分析［J］.中國科技博覽，2012(25) :61.

［3］楊 軍.水泥混凝土路面裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施［J］.價值工程，2012(33) :67-68.

［4］葉 龍.公路橋梁混凝土開裂的成因分析［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012(5) :52-53.

［5］鄭樹庭，楊月萍.水泥混凝土路面裂縫產(chǎn)生原因及防治措施［J］.內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2012(5) :13-15.

［6］馬 強(qiáng).水泥混凝土路面裂縫產(chǎn)生原因及處治技術(shù)［J］.公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2012(8) :115-117.

［7］JTG F30-2003，公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［8］JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范［S］.