农村公路水泥混凝土路面病害原因及预防措施

叶巧玲 杜 铭

近几年,农村公路建设如火如荼,水泥混凝土路面成为了农村公路使用的主要路面类型,且几乎都是素混凝土路面。但道路服务质量并不乐观:相当一部分路面在投入使用3年后,便出现了裂缝及断裂,严重影响了行车。与水泥混凝土路面应该有的服务水平和使用年限大相径庭。为此,道路使用者也对道路的建设及养护部门有了意见和看法。我们进行了调查,就造成农村公路水泥混凝土路面使用品质和使用年限大打折扣的原因和应该采取的比较合理经济的措施进行了分析和总结。

1 路肩未进行硬化处理

在我们调查的农村公路中,路肩均是土路肩,标高明显低于路基边缘,有的路段高差甚至达到4 cm～5 cm。且沿线路段路肩横坡不一致,甚至横坡为0。路肩遭受冲刷的现象时有发生。大气降水会沿混凝土路面同路肩相接处下渗,积滞在面板边缘下。由于路肩处的基层和垫层通常采用无机结合料稳定的粒料,含细料多,反复受到水流冲刷,从而使混凝土板底脱空,引起混凝土面板板边碎裂以及板体断裂。

再者,土路肩的强度不足,在车辆的临时停放及偶尔行驶作用下,也会产生较大弯沉,久而久之,路肩便形成车辙、坑洼、隆起、沉陷、缺口等,失去了其对路面边缘的保护作用。大气降水积滞在路肩位置,并逐渐下渗到基层及其以下结构层,使得基层或土基因含水量增大而强度下降,在荷载作用下,产生不均匀沉降,使得板底脱空,引起面板断裂。

2 基层刚度不够

水泥混凝土路面属于刚性路面,面板是承受荷载的主要结构层。其变形的能力较小,属于小挠度板。混凝土面板刚度较大,因此基层亦应该有较大的刚度。以避免地基发生较大变形而导致面板受不均匀支撑而出现断裂。

农村公路中,水泥混凝土路面板的横向接缝几乎都没有设置传力杆。这就要求基层更应该有一定的刚度,以降低板边缘和角隅处的挠度量。同时,基层有一定的刚度,为混凝土面层板提供更为均匀和坚实的支撑,从而减少面层板边和角隅处的挠度。同时也有利于提高假缝处的传荷能力。但有相当一部分农村公路的水泥混凝土路面基层刚度不够,路面结构组合未采用半刚性结构层做基层,这也是造成水泥混凝土面板断裂的一个很重要的原因。

3 基层的抗冲刷能力不够

进入水泥混凝土路面结构内部的水分不能及时排出,反复冲刷便容易形成唧泥、错台、断裂等病害。

水泥混凝土路面的水破坏是逐渐形成的。面层铺成后,温度和湿度两者的循环将引起面层板翘曲,使得接缝张开,缝隙逐渐扩大,路表水不断进入,水分留存于缝隙下的基层表面或进入基层中,当车轮驶近接缝时,承载的面层板将向下弯曲,使水受压流向四周;当轮载通过接缝时,驶离的面层板反弹,车轮正压的面板向下弯曲,这时流入此板下的水又受压回流至原板下。随着车辆的不断行驶,这种压力水流的反复流动使得基层受到冲刷作用,对于含细集料较多且粘结较弱的基层材料,冲刷作用尤为严重。同时,冲刷下来的细集料会沉积在面层下部,细集料越积越多,当车辆通过时,受压的水流将细集料冲射出来,形成唧泥现象。随着唧泥现象的不断出现,使得基层逐渐减薄,基层表面局部降低,形成面层板的脱空和接缝间的错台。唧泥现象也会产生在路面与路肩边缘的接缝部位。随着唧泥现象的逐渐严重,接缝破坏、板断裂也随之发生。

4 没有边沟等排水设施

农村公路的排水设施不完备。很多路段几乎没有规范的边沟,大气降水在一些矮路堤路段的排除便很慢;有些路段虽然有边沟,但是长期处于无养护状态,沟内积存了许多杂物,使得水力断面减小,严重影响了排水效果。这就使得地面水下渗至路基的可能性大大增大,使得土基湿软,造成面板断裂。

5 路基浸水、冰冻的影响

农村公路中,个别地势平坦的路段,路基多属于矮路堤,雨季积水很容易浸泡基层材料及路基,降低了路基承载力。

水文地质条件不良的土质路堑,地下水上升进入基层,若基层耐冲刷性较差,将会形成唧泥、断板。

在季节性冰冻地区,矮路堤及土质路堑,地下水通过毛细现象积聚到-3℃区,体积发生膨胀,引起冰冻。春融期间,温度回升,路基土在水的作用下便形成泥浆,车辆荷载作用下,逐渐形成唧泥现象。

6 预防措施

6.1 硬化路肩

使用工业废渣做路肩。在粉煤灰、煤渣、高炉矿渣、崩解过的达到稳定的钢渣以及其他冶金矿渣、煤矸石等工业废渣中,加入石灰,石灰在水的作用下形成饱和的Ca(OH)2溶液,废渣的活性氧化硅和氧化铝在Ca(OH)2溶液中产生火山灰反应,生成水化硅酸钙和铝酸钙凝胶,使颗粒胶凝在一起。随着水化产物不断产生而结晶硬化,在温度较高时,混合料强度不断增长。而且,石灰工业废渣具有水硬性、缓凝型、强度高、稳定性好、板体性好,且强度随龄期不断增加,抗水、抗冻、抗裂且收缩性小等特点,能适应各种气候和水文地质条件,作为路肩材料既廉价,又能防止大气降水对水泥混凝土路面板下基层的冲刷,对路面板起到良好的保护作用。

6.2 提高基层的抗冲刷能力

基层抗冲刷能力取决于基层材料中结合料的性质和含量以及细料的含量。

使用半刚性材料做基层,是近年来大多数水泥混凝土路面的首选。但不同的半刚性结构层材料,其抗冲刷性能差别很大。水泥土、二灰土、石灰土这些稳定土抗冲刷性较差,作为水泥混凝土路面的基层使用,很容易造成板断裂。

可以使用粒料类排水基层。如碎石、沙砾等未经结合料处治的粒料,颗粒最大粒径不超过基层厚度的1/3,通过0.074 mm筛孔的细粒含量不超过15%,且塑性指数不大于6,液限不大于25。

6.3 设置防冻及排水垫层

选用非冻胀性材料,且要同时切断渗入路基土的水源,如沙砾等粒料类材料。石灰、水泥等无机结合料稳定土结构层也有一定的抗冻作用,但效果不如粒料材料层。砂垫层应采用质地坚硬的中粗砂及沙砾。在冻胀较小的地区,可以用煤渣作为隔温层。

排水垫层可采用粒料类,如砂、砾石、炉渣及片石或圆石等,其中沙砾垫层效果较好。应采用洁净的中粗砂及砾石,含泥量不大于5%,并将其中的植物、杂质清除干净,也可采用天然级配的沙砾料,其最大粒径不大于50 mm。采用沙砾时,应注意粗细粒料分离现象。两侧以片石护砌,以免沙砾料流失。

防冻及排水垫层,其宽度应与路基同宽,最小厚度为150 mm。

[1]沙庆林.高等级公路半刚性基层路面[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]王秉纲.水泥混凝土路面设计与施工[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]张秀清.水泥混凝土路面裂缝成因及预防措施[J].山西建筑,2009,35(21):303-304.