水泥混凝土路面病害成因及防治措施探讨

摘要：随着国民经济的迅速发展，交通荷载的日益重型化，交通量的大幅增长，超载车辆日趋严重，加速了水泥混凝土路面的损坏，文章通过多年来的工作经验，总结了水泥路面不同病害的成因，并提出了相应的预防和处治措施，与同行共同探讨。

关键词：水泥混凝土路面；病害；防治；措施

0 前言

随着交通运输业的快速发展，水泥混凝土路面因其强度高、刚度大、扩散荷载能力强、稳定性和耐久性好、使用寿命长、耐磨性和抗滑性能好、养护费用少、利于夜间行车等优点在公路建设中被广泛应用。按照理论设计理想的路面能经历长期使用才会出现破裂等损坏，但因设计、施工、养护、环境等原因，水泥混凝土路面在使用2～5年内即出现接缝材料破损、裂缝、面板断裂、错台、唧泥、沉陷、严重破碎板等病害，病害出现后给公路的正常运营和安全带来了影响，同时也给路面日常养护工作带来了很大压力，因此探讨水泥混泥土路面产生病害的原因和防治措施具有十分重要的意义。

1 水泥混凝土路面常见病害的成因

水泥混凝土路面病害产生的原因，主要是由于混凝土板、基层、路基的缺陷引起的。这些缺陷除了设计因素及施工质量的原因之外，一般是在行车和各种自然因素作用下形成的，而水和超重荷载是主要因素。

1.1 水是形成病害的主要原因

早期修建的水泥混凝土路面工程，多数没有设路面内部排水设施，甚至路肩也多是土路肩。大量渗入路面结构的水，由于排不出去，而被长时间积滞在路面结构内部，使路面类似被安置在封闭的槽式“浴盆”内。路面结构内的自由水会浸湿路面各结构层和土基，使结构层溶蚀、软化、强度和承载力下降，变形量增加，更为严重的是积滞在基层顶面的自由水，在行车荷载作用下形成高压水流，冲刷基层顶面材料，促使路面唧泥、错台，并发展成脱空和板块断裂。

前几年水泥混凝土路面的横缝均是采用沥青灌缝，纵缝为施工缝不灌缝，如果养护不及时，经过多年的行车作用，一种是路面板块间相互挤压，原路面横缝接缝的填缝料老化剥落破损。路面的雨水通过裂缝接缝渗入基层，造成基层软化。另一种是低洼地水排不掉，两侧就会产生积水，积水向路基渗透，通过毛细作用逐渐向上，使路基上部土层变湿。在车辆荷载的重复作用下，出现基层承载力不足，地基不均匀下沉。产生唧泥将基层细料冲走导致板端脱空、路面板块松动、错台、板角冒浆，最后出现断板破碎。

1.2 超重荷载是造成水泥路面断板、碎板的主要原因

由于经济的发展，车流量不断增加，特别是市场竞争激烈，运输户只顾经营利益，绝大部分的货车进行改装，加高车厢，加厚大梁等等，严重超载。经调查，大部分路段的超载车辆占当日交通量的1/4～1/3，单轴双轮车辆额定轴载为100KN，实际总载重200～350KN，双轴双轮车辆额定轴载为180KN，实际总轴载280～600KN，三轴双轮车辆额定轴载为220KN，实际轴载为500～900KN。可知超载现象非常严重，荷载大大超过路面设计荷载，造成混凝土板块疲劳，形成水泥板断裂、破碎，大大缩短正常使用年限。

1.3 施工质量控制不严，造成水泥混凝土路面破损

路基密实度不足造成不均匀沉降，病害大部分布在路基填挖交界，高填方路段和路面与桥涵等构造物交接处，因为路基不均匀下沉造成路面的沉降，在行车的冲击作用下造成错台渗水、唧泥导致水泥混凝土路面破损。

基层材料组成不均匀性导致基层强度、抗冲刷能力和稳定性有差异，从而导致路面结构性能差异，水泥混凝土路面易从薄弱环节开始损坏。基层压实度不够，致使基层产生不均匀的沉降，从而降低了基层的强度和稳定性，降低了混凝土板块的承载能力和疲劳寿命，混凝土板底由于脱空而形成不均匀支承而出现板损坏。

路面材料质量控制不佳，配合比达不到要求，拌和不均匀，压实或振岛不实等施工原因，从而降低混凝土路面的强度，在荷载的作用下，混凝土路面无法承受荷载带来的竖向剪切力从而导致路面破损。

1.4 设计方面缺陷造成水泥混凝土路面病害的产生

设计对重轴载的影响考虑不足，重轴载影响的轴载换算公式，低估了换算指数，对单轴载换算指数最大可达18.3，对双轴荷载最大可达18.8。

设计没有考虑水破坏的影响，对唧泥、错台和脱空没有明确的设计，导致结构选择不合理，唧泥、错台和脱空成为主要病害。

根据水疲劳断裂破坏机理的研究，动水压力影响是导致荷载疲劳增加的主要原因，在设计中还没有定量考虑，这是破碎板较多的原因之一。

已设计的路面结构，路床强度不足，路面基层不耐冲刷、溶蚀，面板厚度严重不足，防排水措施不完善，是早期损坏的主要原因。

1.5 养护不到位，加剧路面病害的发展

养护灌缝不及时，水泥混凝土路面缩缝、胀缝、施工缝，施工时基本上是用沥青灌缝，使用一般2～3年的材料自身老化松脱，如果不及时填缝料更新，以至路面水渗入，冲刷基层，软化路基，进而产生板底脱空，导致边角损坏，混凝土板开裂，若仍不及时进行修补，任凭病害发展，小病害不修，愈演愈烈，直至不可收拾。

工程建设资金投入不够余留排水设施不完整，导致边沟排水不畅积水，由于养护资金不足没能及时进行完善排水系统，也会导致路面提前损坏。混凝土板早期一些病害处理方法不当不及时，如混凝土板断裂、板角断裂、错台等病害处理不及时，只重视处理严重病害而忽视对板裂缝封水处理，使路面水渗入，加剧其他病害的产生。

2 水泥混凝土路面病害的预防措施

水泥混凝土路面病害的预防，必须根据水泥混凝土路面病害产生的原因，从设计、施工、养护管理三个方面入手，从源头抓好。

2.1 设计方面

我国在水泥混凝土路面的设计计算理论中，尽管考虑了温度疲劳应力等因素，但设计的板厚依然较薄，难以承受巨大的冲击破坏动能。在实际应用中，重视应力计算，而对水泥混凝土路面的典型结构的研究和实际观测的较少。因此在水泥混凝土路面设计中，应该由静力学向动力学发展，在充分考虑冲击动荷载对路面的作用后，适当提高技术标准和设计厚度，以适应我国公路不断增长的交通量的需要；其次，水泥混凝土路面基层要达到支撑稳固的要求，必须解决基层耐冲刷和弯沉均匀性问题，即要选用适合本地区气候特点和交通量要求的基层材料类型，合理地设计性能优良且适宜摊铺的集料级配；在路基基层下，地下水位高和多雨地区，应考虑设计一定厚度的渗透排水砂砾垫层。同时，保证接缝质量是防止水泥混凝土路面破坏的关键，根据当地自然条件胀缝尽量做长，因此在接缝设计中应选用合理的接缝型式和优良的填缝材料。

2.2 施工方面

为减少路基土的压实变形，增加路基强度和稳定性，必须认真进行压实，特别是要加强路堤边部碾压，使路堤横向的密度尽可能均匀；也不要将两种材料性质差异甚大的路堤相接，而需要设置一个不太长的过渡段，在桥头或其他构造物与一般路堤相接处，应进行加载，甚至超载预压加快地基沉降，在可能的条件下，采用透水性砂砾填筑台背后的路堤，减少开放交通后的填土沉降。

基层施工时，应将基层材料集中进行厂拌，并采用摊铺机进行摊铺，待基层整平压实后，严格进行养生，防止基层出现干缩或温缩裂缝。

合理地选择路基、基层和路面原材料，严格控制材料质量是保障水泥混凝土路面设计和使用要求的前提；科学、准确地进行混凝土配合比设计，生产稳定、均匀的混凝土是保证水泥混凝土路面质量的关键；推广使用新技术、新材料、新工艺和机械化施工是解决好水泥混凝土路面质量的有利措施。

2.3 养护管理方面

水泥混凝土路面的养护工作主要是做好“防”和“治”，通过经常的巡视观察，及早发现病害，查清病害原因，及时采取相应措施。主要工作是做好路面的保洁，接缝的清理和接缝填料补充更新，路基、路面排水及路面、路肩和路缘石局部损坏的维修、标志、标线、防撞拦的养护维修等。各种病害的处理，贵在及时，必须保证必要的养护经费。使路面保持在水泥混凝土路面养护标准要求的完好状态。此外，还应加强路政的管理，严格控制超载车辆的行驶。

3 水泥路面病害的处治方法

3.1 裂缝维修

水泥混凝土路面裂缝型式多样，处治时要根据具体情况采用相应的技术措施。对宽度小于3mm的轻微裂缝，采取扩缝灌浆法；对贯穿全厚大于3 mm小于15mm的中等裂缝，采用条带罩面法；对宽度大于15mm 的严重裂缝可采用全深度补块，全深度补块分集料嵌锁法、刨挖法、设置传力杆法。

3.2 接缝修补

接缝修补施工时，为保证清缝质量，对杂物充填较多的纵缝，必须用切缝机切割，其它缝也应用铁铲对杂物和老化的填料进行清理，然后用高压气体吹净。对加热型填缝材料，按规定进行熔化，使其具有较好的流动性，加热温度不宜过高或过低，时间不宜过长，以避免材料老化或流动性较差，用黄油枪或扁嘴铁壶沿缝方向均匀浇灌。加热后的填缝料至缝填满为止（不宜过高或过低），灌缝深度至少应大于1.5cm。灌缝应在路面干燥及路面板下没有积水时进行，保证填料与缝壁粘接牢固且不被高压水剥离、挤出。根据填缝料性质，做好施工交通控制工作，待填缝料冷却后开放交通（一般需30min），以免其被行车粘掉。坚持周期性养护，根据填料有效使用寿命，对全部构造缝进行全面清缝和普灌，其后每年入冬和雨季之前进行补灌，保证构造缝全部密封。

3.3 板边、板角修补

对水泥混凝土面板边轻度剥落修补，将剥落的表面清理干净，用沥青混合料或接缝材料修补平整；对板边严重剥落采取条带罩面进行修补；对板边全深度破碎可采用全深度补块。

3.4 板块脱空处治

路面使用期间出现的裂缝、破碎板几乎都与板底脱空有关。即使一些当时看来既没有破碎又没有裂缝的板块，其板底仍可能存在脱空，这种病害较隐蔽，但其危害性却非常之大。在路面修复中，若脱空板不处理，即使加铺层达到20cm以上，也无法防止反射裂缝的出现。板底脱空可使用钻孔压浆法处理，此法是借鉴后张法预应力构件的孔道压浆原理，在混凝土面板底部有脱空处钻孔，通过孔洞利用高强压力将流质材料压入脱空空隙，流质材料凝固后产生一定的强度，对面板产生均匀承托的作用，进而达到稳固板块的目的。

3.5 错台处治

错台通常伴随着脱空、唧泥等现象，板边受力较大，接缝传荷性能降低，因此直接处理错台很难奏效，通常应综合处治。

有脱空的错台部位，应进行板底封堵灌浆后处治错台。有唧泥的错台部位，应进行排水处理后进行错台处治。

错台处治以采用补平处理方法为宜。错台量小于10mm 时，可用聚合物砂浆补平；大于lOmm时，应采用高韧性、高抗裂性、补偿收缩的纤维增强聚合物补偿收缩混凝土等修补。错台部位接缝传荷能力的恢复可采用开槽法加设拉力传力杆或斜孔法加设拉力传力杆的方法，并对接缝进行适当处理。

3.6 破碎板块修补

适用于严重破板、沉陷、板角断裂等。施工要求及操作方法：凿除破碎板块并清理干净，检查基层是否具有足够的强度和稳定性，如果出现基层软弹、松散、不板结现象，则要求全部挖除直至稳定层，然后采用C15贫混凝土补强调平，其他施工工序按水泥路面施工规范要求进行铺筑。混凝土配合比及所选用的材料，根据路面通车时间的要求选用快速修补材料。

3.7 沥青混凝土加铺层

水泥混凝土路面在使用过程中出现了磨光、露骨、错台等病害或出现大面积板块断裂、沉陷等严重病害，为提高水泥混凝土路面的路用性能，可加铺沥青混凝土面层。

在加铺沥青混凝土路面前，必须对旧的水泥混凝土路面病害进行调查处理，并确定水泥混凝土路面的维修方案和加铺层结构设计，通过维修使旧水泥混凝土路面达到稳定。维修内容有：

（1） 对破碎的混凝土板块进行翻修；

（2） 对局部损坏的混凝土板块进行挖补；

（3） 对板下脱空的板块 进行板下压浆、封堵；

（4）对水泥混凝土路面接缝进行清缝灌溉；

（5） 清洗旧水泥混凝土面板；

（6）喷洒粘层沥青，摊铺细粒式沥青混凝土。

为减少或延缓反射裂缝的发生，通常采用土工布、土工格栅、改性沥青油毡，铺筑柔性基层、半刚性基层等五种方法作为隔离层。

3.8 水泥混凝土加铺层

水泥混凝土加铺层包括普通水泥混凝土加铺层、钢筋混凝土加铺层、钢纤维混凝土加铺层等，通过技术经济比较确定。

采用普通水泥混凝土加铺层时，应按分离式加铺层设计，在加铺前应对旧路面板进行稳定处理，如灌浆、加设传荷装置、接缝处理等。并加铺一层沥青混凝土隔离层，既有防止加铺层与旧砼面粘结，又可起整平调拱排水作用，厚度不小于2.5cm。

进行结构承载能力评定时，采用弯沉测定方法，测定路面表面弯沉曲线的形状，弯沉曲线的几何特征是相对刚度半径的单一函数，便可由弯沉测定结果计算相对刚度半径。

水泥混凝土加铺层设计时，需要将双层混凝土板的弯曲刚度按等刚度表示成当量厚度的单层混凝土板的弯曲刚度，换算得等刚度单层混凝土板的厚度，按当量单层板进行荷载应力和温度应力分析，然后用等效单层板的应力计算上层及下层板底的应力。

钢筋混凝土加铺层的厚度设计可采用直接式加铺层设计，钢筋的数量应足够，宜按断裂力学方法配筋。

钢纤维混凝土加铺层可按普通混凝土加铺层的厚度的0.65倍设计，且不得小于120mm，用于标高受限制或对使用性能要求较高的场合。

4 结束语

水泥混凝土路面病害防治必须贯彻“预防为主、防治结合”的方针。根据路面实际情况和具体条件，以及水文、地质、气候、交通和公路等级等情况，抓好设计、施工、养护管理的每一个环节，采取预防性、经常性保养和相应的修补，对较大范围的路面损坏，应安排大、中修或专项工程，使路面处于良好的技术状况，延长其使用寿命。

参考文献

[1]公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTG F30-2003）

[2]公路水泥混凝土路面养护技术规范（JTJ073.1-2001）

[3]公路水泥混凝土路面设计规范 （JTJ D40-2011）

[4]广西水泥混凝土路面对策研究

作者简介：周小冬：男，汉族，现在广西壮族自治区沿海公路管理工作，工程师，主要从事公路设计、施工、建设管理、试验和养护工作.