107国道清远段路面破损原因分析

摘要：水泥混凝土路面的损坏，是设计考虑不周，施工质量不高，养护管理落后等因素综合作用的结果，而水的浸蚀和超载车辆的行驶则是造成这种损坏的最主要的“外因”，实际上也正是那些施工质量较差的路段，在水、超载车辆和其它不利因素共同作用下，最早出现了破损，且破坏也最严重。相反，如果不是这些不利因素的共同作用，混凝土路面的破坏将大大减轻。

关键词：交通量 超载 施工 养护

中图分类号： U416.2 文献标识码： A 文章编号：

1 交通量的影响

107国道清远段是于1991年建成的，设计阶段，我国还处在计划经济时期，国民经济发展比较缓慢。在进行交通量预测时，采用定基预测模型，按常规设计预测今后交通量平均每年以5%的速度增加。实际上，从1991年至2002年，交通量年平均增长率为16.55%。因此, 107国道清远段实际交通量及交通量实际年平均增长率均大于设计值，成为了交通等级为特重的公路。原设计混凝土设计强度和弯拉弹性模量取值已经偏低了。交通量的大幅增长，导致路面结构层的荷载疲劳应力增加，出现疲劳破坏，最终导致路面寿命缩短。

混凝土设计弯拉强度和弹性模量

交 通 等 级 特重 原设计35号水泥混凝土

设计弯拉强度fcm（MPa） 5.0 4.5

弯拉弹性模量Ec（×103MPa） 30 28

2 对重载和超载（超限）车辆荷载的破坏考虑不足

在过去的路面设计中，对交通量的计算，都是以各种车型的额定轴载为依据进行标准轴次的换算，没有考虑车辆的实际轴载情况。而事实上，公路上行驶的车辆，有满载的，但同时也有空载和超载的。同时由于经济利益的驱动，货物承运者往往用增加车辆载货量的方法提高自己的收益，而由此造成的公路货运车辆超载现象极为普遍，且大部分车辆超过额定载重的2-3倍，由此可见超载现象的普遍性和严重性。重载车辆比例的增加，使路面频繁承受重载交通，在其它因素的综合作用下，路面病害迅速出现。

近年来，由于公路运输市场的放开，个体及民营公路运输企业发展迅猛。在油价居高不下，运输成本不断增加和竞争日趋激烈的形势下，一些经营公路运输的企业和个人为获得更多的利润，车辆经常严重超载。我国规定的汽车轴重限值单轴为100kN，双轴为180kN。由实测结果可以看出,单轴超过100kN的达24.34%,还有近1%单轴超过200kN，超载近 1倍。超过200kN的双轴约为88.51 %。超载比例更大,最大双轴重超过500kN。超载的数量及程度都远比以前超载研究的情况要大。实际调查中也发现,这些超载车辆大多进行了改装,增加弹簧钢板、更换高强轮胎的现象非常普遍。107国道清远段货车实际超载率约为60％，其中超载l倍以下的货车数占超载车数的78％，超载1～2倍的货车数占超载车数的21％，超载2～3倍的货车数占超载车数的1％。

107国道清远段大、中型货车轴载调查结果表

在我国《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012-94）中，路面厚度是根据设计弯沉值计算的，这就涉及到设计年限内一个车道累计当量轴次Ne的换算。我们采用双轮组单轴轴载100kN作为标准轴载，对轴载大于25kN的各级轴载的作用次数，按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。

（2.19）

式中：Ns—标准轴载的当量轴次（次/日）；

—各级轴载单轴重或双轴总重（kN）；

—轴载系数；

Ni—各级轴载的作用次数(n/d)

在换算过程中，车辆轴载是按交通量调查时的车辆额定载重情况考虑的，对超载（超限）情况往往忽视了。这里，分析一下超载（超限）对标准轴载的当量轴次的影响。为简化分析工作[8]，对在车辆额定轴载情况下，载重与自重各占一半进行了简化，即额定载重=自重=C，假设额定轴载P1=2C。因而当载重超过额定载重1倍以下时，按平均载重超0.5倍计算，超载（超限）车辆轴载：

（2.20）

以此类推分别得到超载1～2倍和2～3倍时的轴载：

（2.21）

（2.22）

那么，超载、超限车辆轴载的作用次数ni换算成标准轴载P的作用次数N′、N″、N///与按额定轴载作用次数ni换算成标准轴载P的作用次数N之间的比值如下：

1.当载重超过额定载重1倍以下时，P1=P1′，则

（2.23）

2.当载重超过额定载重1～2倍时，P1=P1″，则

（2.24）

3.当载重超过额定载重2～3倍时，P1=P1///，则

（2.25）

以上计算结果说明了考虑超重（超限）轴载的作用次数换算为标准轴载的作用次数比不考虑超载（超限）轴载换算为标准轴载的作用次数大几十倍直至几十万倍。使用期内标准轴载的累计作用次数的实际增大，使计弯沉值的计算出现偏差，造成了路面厚度确定的依据不准确，导致路面破损加快。另外，混凝土路面作为一种刚性路面，由于其抗弯拉强度比抗压强度低得多，当轴载增加到一定量时，水泥混凝土路面板的最大弯拉应力将超过其设计弯拉强度面破坏，即混凝土面板将在此荷载的一次作用下而出现极限应力破坏。事实上，大量超过设计轴载2～3倍的车辆在路上行驶，这些车辆的轴载高达300～400KN。因而，在这样的车辆荷载作用下，水泥混凝土路面极有可能会出现极限应力破坏。所以，超载车辆的作用是水泥混凝土路面出现早期破坏的一个重要因素。

3 排水设计不合理

由于水泥混凝土路面板构造缝不可能完全封闭，混凝土灌缝材料性能不高，灌缝施工质量不好，在行车振动和热胀冷缩作用下与混凝土面板发生分离，因此路表水下渗是不可避免的。其中一部分经路面纵坡、横坡排出路面，但另一部分则经混凝土路面的各种构造缝和裂缝进入混凝土路面板下，而路面板下又没有设置盲沟、暗沟、排水层等板下排水设施，却是不透水的稳定土基层，其透水性都很差，这样就使得接缝处的基层顶面处于积水而造成饱和湿软，在行车作用下，混凝土板在竖向和水平向对基层顶面的一冲击、磨擦、淘涮，逐步由唧水发展到唧泥，随着干湿循环和唧浆现象的发展，板底被淘空的面积也逐步增大，从而使混凝土面板成为悬臂板或悬空板，在重车作用下，发生断裂，形成断板和破碎板等病害。

4 施工方面的原因

将设计结构与调查的实际结构以及施工资料、养护资料比较，可以发现，施工环节控制不严也是造成水泥混凝土路面破坏的一个重要因素。

1、结构层强度、模量达不到设计要求

在G107国道改造路段，修复破碎板的过程中，发现有小部分的混凝土面板下的基层是素土夹层或素土层。

水泥混凝土的弯拉强度应该随着龄期的增长而增加，但经过十二年使用后的水泥混凝土路面，实际测定的抗折强度仍低于设计强度，说明。混凝土的强度对路面的使用寿命有重大影响，从疲劳方程可知，强度的变化同路面容许的标准轴载作用次数的对数成正比，如果施工时混凝土面板的强度没有达到设计要求，将导致强度降低，路面容许的标准轴载作用次数必然减少，缩短路面的使用寿命。

路面基层中素土层、素土夹层的出现以及设计基层结构层次的减少，也是施工质量低劣造成的，必然引起基层本身回弹模量以及基层顶面当量回弹模量的降低，导致荷载疲劳应力的增大，造成混凝土路面的破坏。

2、结构层厚度不足

实测混凝土路面板厚度六处，一处不合格，占16.7%。在养护维修过程中，通过对挖除的破碎面板的调查统计，也发现有18.2%的水泥混凝土面板厚度小于设计厚度1～7cm，与现场实际抽测数据基本吻合。

混凝土路面厚度减少对路面使用质量的影响，在不变的情况下，板厚减少，必然引起荷载应力的增大，导致疲劳应力（）增大，使混凝土路面提早破坏。

5 养护管理原因

1、对混凝土路面养护的重要性认识不足，认为混凝土路面强度高，设计使用年限长，修好后就一劳永逸，不需要做什么养护工作，从而丧失了路面灌缝等预防性养护的大好时机，造成路表水下渗而引发唧泥、面板断裂等病害。

2、少养护经验和养护机械。对混凝土路面病害的发生原因和发展规律认识不足，路面唧泥时不知道采取措施予以处理，养护措施只是等到板破碎了，才进行修补，哪里坏修补哪里，没有从根本上解决问题，从而出现修好这块那块坏、补不胜补的现象，致使路况越来越差。再者，小型的混凝土拌和、振捣机械，清缝、灌缝机械，破碎板的清除机械等等养护单位基本都没有，严重影响了养护工作的开展。

3、管理存在漏洞。从调查和分析的结果可以看出，公路上超载车辆多，超载吨位大是导致混凝土路面过早破坏的主要原因之一，出现这种情况主要在于对超载车对混凝土路面破坏的严重性认识不足，没有及时采取限制超载的措施。

6 损坏原因综述

通过上述分析，可以得出如下结论：水泥混凝土路面的损坏，是设计考虑不周，施工质量不高，养护管理落后等因素综合作用的结果，而水的浸蚀和超载车辆的行驶则是造成这种损坏的最主要的“外因”，实际上也正是那些施工质量较差的路段，在水、超载车辆和其它不利因素共同作用下，最早出现了破损，且破坏也最严重。相反，如果不是这些不利因素的共同作用，混凝土路面的破坏将大大减轻。

参考文献

[1] 沙庆林，王旭东. 水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的技术研究. 公路，2002

[2] 公路水泥混凝土路面设计规范. JTG_D40-2011. 人民交通出版社，2011

[3] 公路养护技术规范. JTG H10-2009. 人民交通出版社，2009