重庆及周边地区水泥混凝土路面断板原因分析

覃 松 张林林

水泥混凝土路面具有刚度大、承载能力强、耐久性好、稳定性强、使用寿命长等优点，从1995年成渝高速通车建成以来，水泥混凝土路面在重庆及其周边地区的公路建设中得到广泛应用。其中“九五”期间，重庆市高级和次高级路面达到6 787 km，其中水泥混凝土路面就达5 297 km，占到78%。但是，部分路面使用不到十年，出现了大量的开裂、错台、断板等病害，其中，水泥混凝土路面的断板是普遍且较为严重的一种破坏。

温度应力与荷载应力超过混凝土的抗拉强度，水泥混凝土路面板就会产生断裂并发展为断板。这些断裂，有的是在施工期间由于混凝土的初期收缩受到阻碍而产生的拉应力超过了混凝土的抗拉强度而引起的横向裂缝。有的是由于板块尺寸过大所产生的温度翘曲应力超过了混凝土的抗弯拉强度而引起的横向裂缝。

水泥混凝土路面开裂的主要原因是混凝土的自身收缩(包括干燥收缩和温度收缩)及其与基层间的强大的摩阻力(包括静摩力和层间粘结剪应力)，因此减少或改善混凝土的自身收缩及其与基层的摩阻力，就能有效地防止开裂。结合重庆及其周边地区实际，从设计、施工、使用、养护四方面将水泥混凝土路面开裂断板的具体原因作以下分析。

1 设计原因

1.1 公路使用功能、交通量估计不足

改革开放以来，特别是1997年重庆直辖，又恰逢西部大开发，重庆的社会经济发展迅猛，对公路交通的需求与日俱增，一些公路等级设计偏低，设计时交通量调查不准，车流量预测偏低，设计采用的轴载与实际不符，导致设计所用的路面结构及其厚度偏薄。在使用过程中疲劳应力大于设计时采用的，使路面寿命缩短，过早地出现开裂、断板。

1.2 路面结构不合理

路面结构不合理是水泥混凝土路面断裂主要原因之一。不合理的路面结构包括:结构组合不合理，基层材料选择不当，结构层厚度偏薄。基层材料不当:在水泥混凝土路面上基层采用了抗冲刷性能较差的石灰土、石灰粉煤灰土，水泥土、水泥粉煤灰土，这样的路面结构从产生唧泥到脱空断板破坏时间一般仅有2年～3年的时间。采用“泥结碎石+水泥混凝土路面”“泥结碎石+手摆块石+水泥混凝土路面”“破坏路面+水泥混凝土路面”这些不良的组合形式最终使混凝土面板断裂;采用非整体性材料做基层，从而导致面板的弯拉应力加大而破坏，大大减少了水泥混凝土路面的使用寿命。

设计不当:1)路面厚度偏薄。根据美国的研究资料，路面的使用寿命与路面厚度成5次方关系，如果设计时交通量调查不准，路基、基层、底基层的模量和材料参数选用不当等原因而使路面厚度偏薄，就会使路面寿命缩短，过早地出现开裂、断板。2)板块平面尺寸不当，如板块长宽比例失调或出现尖锐棱角等极易造成断板。3)混凝土原材料的配合比不当，混凝土产生碱—集料反应或抗冻融差等耐久性问题。4)水泥混凝土路面分板设计不当。

2 施工建设原因

2.1 路基施工

1)填挖相交界面处、半填半挖结合处、新老路基交接处、挖方区超挖回填处、土基密度不同部位;2)软弱地基、湿陷性黄土以及采空区、陷穴等特殊路段;3)桥涵、检查井等构造物附近压实机械难以施工的部位;4)路基不同填料的界面或层面;5)压实度不足。

2.2 垫层及基层施工

1)基层施工质量不好，强度不均匀或较低，使用中基层松散或在渗水作用下材料被吸往一边，面层脱空，当受到弯拉应力大于混凝土板强度时面板即发生断裂。

2)面层接缝填封料失效，基层材料水稳性差，使地表水经板缝渗入到基层，穿过基层进入到土基，造成土基湿软，板的弯沉使空隙内的积水变成有压水，侵蚀冲刷基层，并沿接缝缝隙喷出，即产生唧泥。如果唧泥现象不断产生，面板边缘部分将失去支承，在荷载作用下产生断裂。

3)使用早强水泥，8%以上的水泥稳定基层使用早强水泥，易产生开裂，引起反射裂缝，导致面板破坏。水泥稳类基层的水泥用量小于4%，抗冲刷能力低，特别是在特重、重交通的水泥路面上抵抗不了冲刷性破坏。

2.3 水泥混凝土路面面层施工

1)搅拌不足或过分，振捣不密实，形成的混凝土强度不足或不均匀，易导致早期开裂断板振捣时间不宜过长，否则会造成分层，粗骨料沉入底层;细骨料留在上层，强度不均匀，表面收缩裂缝增加。2)混凝土拌和时，如果水泥或集料温度过高，再加上水泥的水化热，会使混凝土拌合物的温度很高，在冷却、硬化过程中会使温差收缩加大，导致开裂。3)混凝土浇筑间断。因停电、机械故障、运输不畅、气候突变、停料等原因使混凝土浇筑作业中断，再浇筑时未按施工缝处理，新旧混凝土由于结合不良和收缩不一致会形成一条不规则的接缝。4)养生不及时或养护方法不当。尤其是在气温高、湿度小，风速大的不利条件下，会使混凝土表面水分蒸发太快，从而形成干缩鸡爪裂纹。5)切缝不及时。由于机具故障或操作人员切缝时间掌握不准确或切缝深度不足，造成混凝土内应力集中，混凝土板的薄弱处形成不规则的贯穿裂缝。6)施工车辆过早通行。某些施工作业面，由于受到地理条件的限制或因混凝土养护作业需要在混凝土强度不足条件下过早地通车，产生荷载应力，这是产生裂缝的又一个原因。7)采用真空吸水工艺时，如果因两吸垫之间未重叠而导致漏吸，则漏吸处水灰比较两侧大，混凝土强度较低，收缩也大，会形成薄弱环节而开裂。8)传力杆安装不当，上下翘曲，则在混凝土伸缩和传力过程中混凝土就会被破坏，形成裂缝损坏。9)在日温差较大的季节和地区，混凝土表面修整过程中，要避免阳光直射，整修后要及时覆盖养生，防止混凝土白天过多的升温，造成夜间降温时收缩过大。

3 使用不当

超重车的增加是水泥混凝土路面使用期开裂断板的重要原因，此外还有大量未密封砂石车辆的运行。砂石材料散落在水泥混凝土路面上，进入胀缝或缩缝内，造成接缝处板边挤碎、拱胀，还导致雨水通过接缝渗入地基，使地基软化，引起唧泥、错台、水泥混凝土面板的开裂、断板。

4 维护原因

1)日常养护工作不到位，没有定期对混凝土路面的接缝、排水设施等进行检查并及时处理，诱导断板的发生。

2)当水泥混凝土面板出现裂缝、坑槽、错台等病害时，未能及时修补，导致断板面积的不断扩大，病害程度加重。

3)使用不合适的维护方法。如用沥青混合料修补水泥混凝土路面，没有对破损的水泥混凝土面板进行处理而直接加铺新的水泥混凝土面板等。

5 结语

由于设计、施工、使用、维护四方面的原因，重庆及其周边地区的水泥混凝土路面出现了大量的断板现象。应深入研究，有针对性的采取防断板措施。

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