李世山

(湖南省益陽市資陽區(qū)公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心應(yīng)急搶險中心，湖南 益陽 413000)

0 引 言

農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展是我國惠民政策的關(guān)注焦點(diǎn)，農(nóng)村村村通公路建設(shè)的速度不斷加快。農(nóng)村公路采取的水泥混凝土路面具備承載能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的特點(diǎn)，低等級公路施工質(zhì)量需要得到穩(wěn)步提升?？紤]到山區(qū)農(nóng)村水泥公路存在彎急、路窄、坡陡等路段，水泥混凝土路面在長周期使用中經(jīng)常出現(xiàn)斷板、開裂、錯臺、沉降等病害，這不僅造成了路面維修養(yǎng)護(hù)的困難，而且對行車安全穩(wěn)定造成了嚴(yán)重威脅。公路建設(shè)單位需要充分結(jié)合農(nóng)村公路實際環(huán)境，加強(qiáng)技術(shù)指標(biāo)的利用，養(yǎng)護(hù)單位則需要對水泥混凝土路面病害出現(xiàn)的誘因進(jìn)行分析，針對性的開展養(yǎng)護(hù)處治，以改善公路運(yùn)營效率。

1 工程概況

湖南省某農(nóng)村公路起終點(diǎn)分別銜接于鄰近鄉(xiāng)鎮(zhèn)次干路交接處，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)村交通運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要通道，該公路設(shè)計起終點(diǎn)里程K0+000～K5+250，設(shè)計全長5.25 km，三級公路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計車速40 km/h，雙向二車道，公路路面設(shè)計寬度9 m，沿線穿越地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為簡單，地形較陡，沿線分布有較多軟土，且多為填方路基，填土高度平均達(dá)到了3～5 m。路面結(jié)構(gòu)為水泥混凝土路面，路面中央不設(shè)計分隔帶，單塊水泥混凝土面板長度5 m，寬度4.5 m，板塊之間沒有填縫劑，僅填充有砂石料。鉆芯試驗得知混凝土面板平均厚度為20 cm，芯樣抗壓強(qiáng)度較小，平均值為50 kPa[1]。該公路路段周圍存在3個石料廠，局部路段的車輛通行量較大，超重載車輛通行量較多，這導(dǎo)致路段出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破損情況，行車平整度及安全性下降。經(jīng)養(yǎng)護(hù)單位現(xiàn)場調(diào)查，該公路建設(shè)完成至運(yùn)營4個月，路面出現(xiàn)斷裂、凹凸不平等病害，選取試驗段K0+000～K2+250進(jìn)行路段行駛質(zhì)量喪失、面層結(jié)構(gòu)破壞、路面病害情況、外觀質(zhì)量評定分析，并且針對路面破損的原因確定路段整治范圍，提出路面整治方案。路面結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 路面結(jié)構(gòu)示意圖

2 水泥混凝土路面破壞類型

2.1 裂縫

圖1 裂縫破壞類型

試驗路段主要存在以下幾種裂縫：橫向裂縫，垂直于行車方向，且在混凝土結(jié)構(gòu)面層上多表現(xiàn)為有規(guī)則貫穿形式，見圖1(a)；縱向裂縫，主要平行于行車方向，縱向裂縫大多貫穿于整個水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)層；路面龜裂，水泥混凝土路面多表現(xiàn)為細(xì)碎、密集的裂紋，劇烈深度較淺，一般產(chǎn)生在水泥混凝土路面施工階段(混凝土澆筑-初凝)，龜裂和混凝土體積收縮密切相關(guān)，見圖1(b)。

2.2 接縫

接縫破壞則表現(xiàn)為唧泥和錯臺、接縫破碎兩種類型。唧泥則主要是水泥混凝土路面接縫處在外界荷載、環(huán)境侵蝕等作用下產(chǎn)生泥漿噴濺的情況，唧泥現(xiàn)象往往伴隨著面板錯臺病害，錯臺則是水泥混凝土路面接縫兩側(cè)板塊產(chǎn)生相對偏移及不均勻沉降的情況。唧泥和錯臺病害見圖2(a)[2]。路面結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)錯臺病害則會直接影響行車穩(wěn)定性、安全性；接縫破碎則表現(xiàn)為接縫兩側(cè)混凝土面板出現(xiàn)剪切破壞情況，該病害類型產(chǎn)生范圍有限，但是極影響路面美觀和平整性，一般產(chǎn)生在接縫兩側(cè)20 cm范圍之間，接縫兩側(cè)混凝土表現(xiàn)為碎屑狀，見圖2(b)。

圖2 路面接縫破壞

3 病害機(jī)理分析

3.1 裂縫

(1)橫向裂縫

橫向裂縫主要分為干縮裂縫、冷縮裂縫、切縫三種類別。干縮裂縫主要由水泥混凝土干縮所造成的，水泥混凝土水化階段內(nèi)部水主要表現(xiàn)為層間水、化學(xué)結(jié)合水、物理吸附水及毛細(xì)水四種形式，混凝土水化過程中水泥水化會釋放大量熱量，繼而造成水分的蒸發(fā)，導(dǎo)致水泥漿體產(chǎn)生體積收縮?；炷谅访娼Y(jié)構(gòu)病害在少量體積收縮下并不會產(chǎn)生，只有在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的收縮應(yīng)力大于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時，才會產(chǎn)生表面的干縮裂縫。試驗路段的夏季氣溫相對較高，路面施工階段水分蒸發(fā)較為明顯，因此路面結(jié)構(gòu)才會產(chǎn)生較多的干縮裂縫；水泥混凝土具備熱脹冷縮特性，自然也會產(chǎn)生冷縮裂縫，路面結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮主要在邊界條件限制下出現(xiàn)，冷縮主要表現(xiàn)為路面板塊的拉伸破壞，繼而產(chǎn)生表面的開裂破壞。根據(jù)相關(guān)研究資料表明，水泥混凝土硬化后路面溫度每下降10 ℃，混凝土板塊1 m 收縮0.01 mm，溫度變形對混凝土路面的穩(wěn)定性極為不利，外界氣溫變化差較大的情況下，冷縮變形會造成明顯的橫向裂縫。切縫不及時處理也會產(chǎn)生路面橫向力裂縫，切縫作為避免出現(xiàn)冷、干縮裂縫的重要手段，需要嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行路面切縫，縱向縮縫的間距一般控制在3～4.5 m之間(由車道寬度、路面寬度所決定)，橫向縮縫間距則需要大于板寬，板寬、板長比例小于1∶1.3，一般控制在4～5 m之間。實際需要在混凝土水化階段就開展切縫處理，此時切縫需要注意避免對未形成強(qiáng)度路面的破壞[3]。

(2)縱向裂縫破壞

混凝土路面縱向裂縫主要有以下幾個因素造成。路基壓實度不足、沉降不均勻及厚度強(qiáng)度不足的碎石基層造成混凝土面板出現(xiàn)一定程度下沉，繼而產(chǎn)生縱向裂縫?；炷撩姘鍙?qiáng)度、厚度不足也會造成路面縱向裂縫。壓實度欠缺的路基或者路基填筑采取含水率較大的填料則會在行車荷載作用下逐漸密實化，造成面板脫空情況?；鶎訚B水也會造成基層逐漸軟化，喪失路面結(jié)構(gòu)的支承力，面板不足以支持行車荷載長周期運(yùn)行，最終導(dǎo)致縱向裂縫的產(chǎn)生。

(3)路面龜裂

水泥混凝土配制階段的材料成分不同、密度差異性較大，則會在新澆筑混凝土中產(chǎn)生明顯離析情況，即混合料中粗骨料外露及下沉，水分上移則會在表面會出現(xiàn)較多的泌水。當(dāng)混凝土表面的水分喪失速率較快，而水分上移泌水速度較小時，則會在固體顆粒間產(chǎn)生導(dǎo)致顆粒凝聚的毛細(xì)管力，在混凝土硬化階段容易出現(xiàn)表面不規(guī)則裂縫。

3.2 唧泥、錯臺破壞

唧泥的產(chǎn)生主要是不斷累加塑性變形的基層和混凝土上層面板之間產(chǎn)生脫離情況，面板之間的填料失效而產(chǎn)生的。地表徑流下滲至路基表層，和路基中的土顆粒相互結(jié)合，在行車荷載作用下，混凝土面板下傳一定壓力，促使板下泥漿從接縫位置噴濺出來。在長期作用下，混凝土板塊之間的裂縫會不斷擴(kuò)大，板塊錯臺現(xiàn)象也會出現(xiàn)。錯臺主要由接縫兩側(cè)混凝土板塊出現(xiàn)一定高差而形成的，當(dāng)板底出現(xiàn)脫空，且接縫位置能夠傳遞部分荷載情況下，錯臺現(xiàn)象就會加劇。農(nóng)村低等級水泥混凝土公路基層承載強(qiáng)度低，行車荷載作用下面板受力不均勻，錯臺病害非常顯著；錯臺程度可以分為以下幾種情況：輕度錯臺，接縫兩側(cè)板塊高度差10～15 mm。嚴(yán)重錯臺，接縫兩側(cè)板塊高度差15 mm以上[4]。

3.3 接縫破碎

接縫破碎病害則較為常見，施工縫寬度整體隨著外界溫度的變化而變化，該地區(qū)的夏天溫度相對較高，填縫料極容易被膨脹面板擠出，導(dǎo)致外界雜質(zhì)進(jìn)入面板之間的縫隙之中，在面板擠壓下，則會造成面板的剪切破壞。接縫破碎主要表現(xiàn)為接縫兩側(cè)20 cm范圍內(nèi)的不規(guī)則分布裂縫，在外界荷載作用下，接縫會逐漸脫落，路面板塊強(qiáng)度不斷下降，唧泥、錯臺等病害則會出現(xiàn)[5]。

4 病害防治

4.1 裂縫處治

該試驗路段的斷裂病害數(shù)量不多，現(xiàn)場逐板彎沉檢測中存在彎沉差異性較大的測點(diǎn)，且路基填方邊坡并不存在坍塌病害，水穩(wěn)基層和混凝土面板之間層間脫空情況顯著，養(yǎng)護(hù)單位主要采取擴(kuò)縫注漿技術(shù)對大范圍存在的裂縫進(jìn)行修復(fù)。該技術(shù)對存在細(xì)微裂縫、使用性能并沒有大幅度下降的混凝土面板，在不擴(kuò)大裂縫寬度的前提下具備較差的灌漿應(yīng)用效果，這主要?dú)w因于裂縫清潔較為困難，且混凝土界面和灌漿材料之間的接觸并不充分。針對縫隙超過15 mm的的裂縫則需要進(jìn)行擴(kuò)縫處理，采取鋸縫機(jī)將裂縫擴(kuò)成2 cm左右寬度，裂縫槽深則控制在3～5 cm，碎屑清除之后，則將環(huán)氧樹脂通過灌縫器灌入縫中，最后加熱2 h。養(yǎng)護(hù)單位也需要從源頭上進(jìn)行裂縫病害的預(yù)防，施工階段做好切縫工作(板厚1/3)，切縫時間如表2所示，切縫能夠避免混凝土收縮，減少裂縫數(shù)量[6]。

表2 切縫施工時間

4.2 唧泥、錯臺

唧泥、錯臺可以采取面板以下空隙進(jìn)行砂漿灌注的措施來優(yōu)化面板、基層整體性及路面支承性。養(yǎng)護(hù)單位可以進(jìn)行面板逐板的彎沉檢測，以此斷定空板位置；繼而在混凝土板50 cm位置處均勻化布孔，灌漿孔壓漿面積需要均勻合理，灌漿孔鉆孔需要全部貫穿路面結(jié)構(gòu)層；灌注砂漿乳液時，周圍孔冒出砂漿乳液則可以停止灌孔處理[7]。灌孔壓漿工藝流程見圖3。

圖3 灌孔壓漿工藝流程

4.3 接縫破碎

接縫破碎則需要在破碎邊緣進(jìn)行切割機(jī)切割，清除碎塊及雜物，保持處理范圍的干燥，采取高強(qiáng)度材料進(jìn)行填充處理，最后恢復(fù)交通。接縫破碎也可以采取灌漿密實填充，灌縫處理。

5 小 結(jié)

隨著我國不斷加大農(nóng)村公路建設(shè)，公路建設(shè)單位需要避免重建輕養(yǎng)的理念，尤其對于低等級水泥混凝土公路，需要加強(qiáng)監(jiān)管力度。水泥混凝土路面極容易出現(xiàn)裂縫、接縫破碎、唧泥錯臺等病害，養(yǎng)護(hù)單位需要及時分析病害產(chǎn)生原因，制定針對性養(yǎng)護(hù)措施，延長路面的使用壽命。