淺談:水泥混凝土路面病害的防治措施

隨著水泥混凝土路面修築技術的日臻完善,水泥混凝土路面發展的速度較快,在技術、經濟上也將顯示出明顯的優勢。然而水泥路面的迅速增長,水泥路面的許多病害也逐漸體現出來。主要現象為裂縫、沉陷、嚴重破碎板、板角斷裂、唧泥、錯臺、接縫材料破損等。引起各種病害的原因是不相同的,有外界因素,設計缺陷、施工問題及養護等原因,筆者通過多年來針對水泥路面不同的病害,採取相應的養護措施,現談談粗淺看法,和大家共同探討。 一、水泥路面常見病害的成因 水泥路面破損的原因,主要是由於混凝土板、基層、路基的缺陷引起的。這些缺陷除了設計因素及施工質量的原因之外,一般是在行車和各種自然因素作用下形成的,而水和超重荷載是主要因素。 (一)水是形成病害的主要原因 前幾年水泥路面的橫縫均是採用瀝青灌縫,縱縫為施工縫不灌縫,路肩盲溝排水的設施基本沒有設置。特別是「先行工程」建設期間對水泥路面性能認識不足,相當一部分排水設施配套不到位。如果養護不及時,經過多年的行車作用,一種是路面板塊間相互擠壓,原路面橫縫接縫的填縫料老化剝落破損。路面的雨水通過裂縫接縫滲入基層,造成基層軟化。另一種是低洼地水排不掉,兩側就會產生積水,積水向路基滲透,通過毛細作用逐漸向上,使路基上部土層變溼。在車輛荷載的重複作用下,出現基層承載力不足,地基不均勻下沉。產生唧泥將基層細料衝走導致板端脫空、路面板塊鬆動、錯臺、板角冒漿,最後出現斷板破碎。

(二)車輛超載也是造成水泥路面斷板、碎板的主要原因 由於經濟的發展,車流量不斷增加,特別是市場競爭急烈,運輸戶只僱經營利益,絕大部分的貨車進行改裝,加高車廂,加厚大梁等等,嚴重超載,據路政部門檢測統計雙軸車輛總重量均在23~24t、三軸車輛總重均在35~45t,荷載大大超過路面設計荷載,造成混凝土板塊疲勞,形成水泥板斷裂、破碎,大大縮短正常使用年限。 (三)施工控制質量不嚴,造成水泥路面破損 路基密實度不足造成不均勻沉降,病害大部分布在路基填挖交界,高填方路段和路面與橋涵等構造物交接處,因為路基不均勻下沉造成路面的沉降,在行車的衝擊作用下造成錯臺滲水、唧泥導致水泥路面破損。路面材料質量控制不佳,配合比達不到要求,拌和不均勻,壓實或振島不實等施工原因,從而降低混凝土路面的強度,在荷載的作用下,混凝土路面無法承受荷載帶來的豎向剪切力從而導致路面破損。 (四)設計方面缺陷造成水泥路面病害的產生 設計時對交通量預測計算不夠準確,基層、面層設計厚度偏薄,設計時當量軸載由於按標準車型額定載重進行換算,而近幾年來交通量迅速增長,超載超限車輛不斷增多,這種設計軸載與實際不符,這樣會大大影響水泥路面的壽命。 (五)養護不到位,加劇路面病害的發展 養護灌縫不及時,水泥路面縮縫、脹縫、施工縫,施工時基本上是用瀝青灌縫,使用一般2~3年的材料自身老化鬆脫,如果不及時填縫料更新,雨水滲入,破壞基層和墊層,造成板接縫處的變形和破損。原「先行工程」建設資金投入不夠餘留排水設施不完整,導致邊溝排水不暢積水,由於養護資金不足沒能及時進行完善排水系統,也會導致路面提前損壞。混凝土板早期一些病害處理方法不當不及時,如混凝土板斷裂、板角斷裂、錯臺等病害處理不及時,只重視處理嚴重病害而忽視對板裂縫封水處理,使路面水滲入,加劇其他病害的產生。

二、水泥路面病害的預防措施 水泥路面病害的預防,必須增強對水泥混凝土路面技術性能的認識,加強設計、施工、養護三個方面工作,從源頭抓好。 (一)設計方面 我國在水泥混凝土路面的設計計算理論中,儘管考慮了溫度疲勞應力等因素。但設計的板厚依然較薄,難以承受巨大的衝擊破壞動能。在實際應用中,重視應力計算,而對水泥混凝土路面的典型結構的研究和實際觀測的較少。因此在水泥混凝土路面設計中,應該由靜力學向動力學發展。在充分考慮衝擊動荷載對路面的作用後,適當提高技術標準和設計厚度,以適應我國公路不斷增長的交通量的需要;在軟基路段,橋頭下挖路段和填挖路段交換頻繁的路基上必須深挖進行補強設計並增加相應的預算;其次,水泥混凝土路面基層要達到支撐穩固的要求,必須解決基層耐衝刷和彎沉均勻性問題,即要選用適合本地區氣候特點和交通量要求的基層材料類型,合理地設計性能優良且適宜攤鋪的集料級配;在對高填方軟基和臺背填土進行認真處置的基礎上,如果可預見沉降變形過大,可採用薄層瀝青混凝土或砌塊的過度路面形式;待沉降穩定後,再施工永久混凝土路面板;在路基基層下,地下水位高和多雨地區,應考慮設計一定厚度的滲透排水砂礫墊層。嚴寒地區應綜合考慮設計排水和防凍墊層。同時,保證接縫質量是防止水泥混凝土路面破壞的關鍵,根據當地自然條件脹縫儘量做長,因此在接縫設計中應選用合理的接縫型式和優良的填縫材料。 (二)施工方面 合理地選擇原材料,嚴格控制材料質量是實現優質水泥混凝土路面設計和使用要求的前提,科學,準確地進行混凝土配合比設計,生產穩定、均勻的混凝土是保證水泥混凝土路面質量的關鍵;推廣使用機械施工方式是解決好水泥混凝土路面面板質量的有利措施,傳力杆、拉杆的規格、位置、間距必須符合設計要求,與接縫側壁垂直,與路面板和路面中心線平行。嵌縫處的混凝土因嵌縫板和傳力杆的影響一般很難一次澆注成型,不易振搗密實,致使接縫處的混凝土強度偏低,為此應加強接縫和板角處的振搗;板塊成型後,根據當地氣溫條件及時切割和嚴格養生,避免因切割不及時出現整體斷裂或養生不及時水泥混凝土在水化作用下出現空隙,造成強度不足;應儘量斷交施工,如有困難非斷交施工,現場便道一定要平整,避免有大的坑槽和石塊,以免造成混凝土板在初凝期因行車振動造成板體斷裂;當路線縱坡超2%時應及時調整攤鋪,一定要順著上坡方向進行攤鋪。以免因塌落度問題造成板體細小的橫縫和板體斷裂,拆除模板一定要注意避免碰掉板角以免造成對稱的啃邊。

基層施工時,應將基層材料集中進行廠拌,並採用攤鋪機進行攤鋪,待基層整平壓實後,嚴格進行養生,防止基層出現幹縮或溫縮裂縫;為減少路基土的壓實變形,增加路基強度和穩定性,必須認真進行壓實,特別是要加強路堤邊部碾壓,使路堤橫向的密度儘可能均勻;也不要將兩種材料性質差異甚大的路堤相接,而需要設置一個不太長的過渡段,在橋頭或其他構造物與一般路堤相接處,應進行加載,甚至超載預壓加快地基沉降,在可能的條件下,採用透水性砂礫填築臺背後的路堤,減少開放交通後的填土沉降。 (三)養護管理方面 水泥混凝土路面的局部損壞,如不及時、有效地加以修復,往往會引起損壞迅速發展,其中最經常也是最不能忽視的工作就是隨時清掃和接縫的養護,對混凝土路面必須經常清掃,不讓路面上有碎石及其他硬物,免受車輪反覆碾壓而破壞路表面造成麻面的產生,為防止接縫的失效必須及時更換已老化或損壞的填縫料,使接縫填料保持良好的狀況,以防止泥土、砂子、石子、水等進入接縫內,從而導致路面的破壞,對路面裂縫及早期病害,應及時進行修復處理,防止形成進一步的破壞,還必須重視路面排水系統的養護,加大資金投入配套完善修建邊溝等排水系統,經常疏通路面排水設施,防止水通過接縫或裂縫對路面造成破壞。 公路的養護、管理部門,除了日常的養護工作外,應定時組織進行路況調查,及時制定養護工作計劃,確定養護內容,規範養護工作,提高養護隊伍素質和機械化的水平,確保公路養護的質量,此外,還應加強路政的管理,嚴格控制超載車輛的行駛。 三、水泥路面病害的處治方法 (一)瀝青類材料維修 在養護中,對於輕微裂縫、板角斷裂、輕微沉陷、錯臺、孔洞及接縫損壞等病害,數量不大時一般採用瀝青類型材料進行處理。(1)填縫灌縫。灌縫材料主要採用新鄉生產專用填縫料,清縫、灌縫宜使用專用機具,經多年使用質量較好。自製填縫料配合比:(60號瀝青96%+重柴油4%)60%~65%、石棉屑5%~10%、石粉10%~15%、橡膠粉15%~20%,效果良好。(2)過度性處理採用瀝青碎石罩面的辦法。採用瀝青碎石主要優點是維修方便、快捷,影響交通小,施工成型後立即可通車,造價省。但路容路貌不美觀,使用周期短,只能作為一種臨時性措施,無法根本解決問題。

(二)整塊混凝土板翻修 適用於嚴重破板、沉陷、板角斷裂等。施工要求及操作方法:鑿除破碎板塊並清理乾淨,檢查基層是否具有足夠的強度和穩定性,如果出現基層軟彈、鬆散、不板結現象,則要求全部挖除直至穩定層,然後採用C15貧混凝土補強調平,其他施工工序按水泥路面施工規範要求進行鋪築。混凝土配合比及所選用的材料,根據路面通車時間的要求選用快速修補材料。這幾年常用的有兩種,一種是JK-24早強劑推薦摻量為水泥用量的16%(外摻),每立方米混凝土配合比:水泥400kg、JK-24修補劑64kg、水150kg、砂629kg、碎石1220kg。另一種是YF-3型混凝土道路增強劑推薦最佳摻量為水泥用量的5%(外摻)。施工方法與普通混凝土相同,外加劑用JK-24早強劑24h內用薄膜或土工布養生,一般36h即開放通車;外摻劑用YF-3增強劑的混凝土,在土工布或薄膜養生4~5天後開放交通,兩種外加劑實踐效果良好。從經濟上YF-3增強劑造價比JK-24早強劑便宜,見表1: 四、結語 水泥混凝土路面養護工作必須貫徹「預防為主、防治結合」的方針。因為水泥混凝土路面一次性投資大,出現病害不好修復,所以對設計、施工、養護管理每一個環節都要認真負責。根據路面實際情況和具體條件,以及水文、地質、氣候、交通和公路等級等情況,採取預防性、經常性的保養和相應修補,對於較大範圍路面修理,應安排大、中修或專項工程,使路面處於良好的技術狀況。