隧道混凝土路面病害成因分析及中修设计

谭赛杰

（海南儒艺交通规划勘察设计有限公司,海南 海口 570206）

隧道混凝土路面病害成因分析及中修设计

谭赛杰

（海南儒艺交通规划勘察设计有限公司,海南 海口 570206）

结合某高速公路隧道混凝土路面的实际情况，通过现场调查发现该隧道路面存在抗滑性能不足和路面开裂等病害。全方位分析了这两种病害产生的原因，并在此基础上，提出了该隧道路面的中修设计方案。以期对其他同类型工程提供参考和借鉴。

隧道；混凝土路面；抗滑性能；开裂

1 概述

某高速公路隧道按双向四车道高速公路分离式隧道设计，设计速度80 km/h。隧道建筑界限净宽9.75 m，净高5.0 m，行车道（含路缘带）宽8.5 m，检修道宽0.75 m。隧道左线全长1 955 m，右线全长2 010 m，属长隧道。

该隧道右洞自建成通车以来，交通事故频发，虽然长度仅占该高速公路总长的2.1%，但其事故总数却占该高速公路的27%，经济损失占40%。仅2011年就发生了36起交通事故，严重影响到该高速公路的服务水平。鉴于此，2012年对该隧道右洞进行了改造，改造后右洞路面采用C40水泥混凝土路面，厚28 cm，其下设置C20混凝土横坡改造层和15 cm厚C15混凝土整平层，该隧道右洞现有路面结构见表1。

表1 该隧道右洞现有路面结构

2 路况调查

该隧道右洞自改造至今已有4年，由于隧道右洞处于下坡路段，行车速度较快，同时受到汽车尾气排放及车辆油料泄漏影响，导致路面抗滑性能下降较快，对行车安全造成一定影响，急需采取措施恢复隧道内路面的抗滑性能，提高隧道右洞路面的行车安全和行驶质量。

结合已有检测资料和实地路况调查情况，该隧道右洞路面病害主要是抗滑性能不足和路面开裂等病害。

（1）路面抗滑性能不足。从现场调查可以发现，隧道右洞路面的抗滑性能较差，部分路段路面磨损较为严重，对行车安全造成较大影响。

（2）水泥混凝土板开裂。隧道右洞路面存在一定程度的开裂现象，尤其是在隧道路面中部，贯穿的横向裂缝较多，如图1所示。

图1 隧道右洞路面开裂

3 病害成因分析

结合该隧道右洞路面所处的气候、水文地质及交通组成、材料设计、施工等因素，对上述病害产生的原因进行如下分析。

3.1 抗滑性能不足

该隧道路面抗滑性能不足主要是由以下几种因素综合作用产生的。

3.1.1 交通量和行车荷载

车辆在路面上行驶时，轮胎的滚动和制动会造成路面和轮胎均受到磨损，路面的表面纹理逐渐抹平后变得光滑，降低了轮胎与路面之间的摩擦。因此，交通量和行车荷载越大，车辆轮胎对路面的磨耗就越严重，路面的抗滑性能下降也越快。通常而言，随着交通量与行车荷载的累积作用，混凝土路面的抗滑性能呈逐渐下降趋势。

3.1.2 行车速度

该隧道右洞位于下坡路段，隧道内路面未采取任何减速措施，车辆在隧道内行车速度较快，造成轮胎与路面实际接触面积减小，摩擦力降低，不利于行车安全。

3.1.3 混凝土材料

混凝土路面路表构造包括宏观构造和微观构造。微观构造是由砂浆和细集料所形成的，而细集料的抗磨光能力对混凝土路面的微观构造有直接影响。此外，混凝土的含砂率、砂的细度模数和砂浆抗压强度对混凝土路面的抗滑性能会造成一定影响。越细的砂，混凝土路面越易磨光。一般来说，粗砂的耐磨性能优于细砂。已有试验表明，砂浆的抗压强度越高，耐磨性越强。

混凝土路面的表层均覆盖砂浆，粗集料几乎没有外露，因此粗集料对混凝土的抗滑能力影响很小。已有研究表明，粗集料的磨光值从35增加到72时，摆值（BPN）增加不到5个单位，但随着时间的推移，通车一段时间后，表层的砂浆被磨掉后，粗集料的性能对混凝土路面的抗滑性能有很大影响，因此在混凝土路面材料中，宜采用耐磨的石料作为粗集料。

3.1.4 路面污染物

抗滑性能不足还与混凝土表面存在各种污染物有关，污染物一半都是砂子和油性物质居多，这类物质会造成轮胎与路面之间的接触面积大大减少，对车辆方向和速度的控制造成很大影响，甚至会造成车辆在行驶过程中偏离原有的行进方向，增加了安全刹车的距离。当污染物为砂子时，车辆刹车时砂子产生滚动，轮胎产生“干滑”；当污染物为尘土和泥土时，轮胎易产生“泥滑”；而当污染物为油垢时，轮胎易产生“润滑”。

3.2 混凝土板开裂

该隧道水泥混凝土路面板出现贯穿横向裂缝的主要原因如下。

3.2.1 切缝不及时

混凝土路面切缝施工，最为重要的是要把握好切缝的时机。一般情况下，横向缩缝的切缝应分两次进行，并严格控制第一次切缝的时间。第一次横向缩缝顶部锯切槽口的深度为设计缝深的2/3，宽度一般为3 mm；第二次切缝宽度控制为5 mm，深度为设计深度。切缝的最迟时间不得超过24 h。根据该隧道混凝土路面的施工记录，当时现场施工人员切缝的施工顺序是先切纵向接缝，再切横向接缝，但由于施工单位配备的切缝机较少，加上切缝作业不连续，纵向切缝和隧道进出口段横向切缝比较及时，而隧道混凝土路面的中间部分横向切缝时间比较晚，这是造成混凝土路面出现横向裂缝的主要原因。

3.2.2 混凝土路面养护不到位

混凝土路面养护对其早期强度的增长以及混凝土路面出现收缩裂缝极为重要。混凝土养生不到位，会促使温缩、干缩裂缝的发育，造成隧道混凝土路面过早出现开裂。隧道浇筑混凝土路面后，混凝土材料开始凝结硬化。当大气相对湿度较小时，混凝土材料中水分蒸发速度越快，造成混凝土材料由表到里失水过快，易出现干缩裂缝。随混凝土龄期的增长，水泥水化热引起混凝土内部温度发生变化，最高温度一般出现在3～6 d。此外，随着混凝土龄期的增长，混凝土材料的模量逐步增大，对混凝土材料内部收缩的约束也愈大，这种情况下会产生很大拉应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，就开始出现温缩裂缝。

4 设计方案

根据设计方案比选、基础资料和实地调查分析，该隧道路面中修工程采用行车道和超车道加铺4 cm厚SMA-13沥青混合料设计方案，水泥混凝土面板裂缝病害采用清缝、灌缝等处治方法进行处理。具体设计方案如下：

（1）铣刨1 cm水泥混凝土面板。采用铣刨机对水泥混凝土面板进行铣刨，清除已被污染和光滑的表层。铣刨时按最大深度1 cm控制，保证每个点均铣刨到新鲜面。铣刨完成后，人工清除浮屑和吸尘，然后用高压水枪清洗路面。

（2）板底脱空处治。施工承包单位应对行车道、超车道的混凝土面板逐一编号并检测板边弯沉、接缝弯沉差，当弯沉不小于20（单位为0.01 mm，判定为脱空）或弯沉差ΔD≥6（单位为0.01 mm，判定为接缝传荷能力不足）时，应进行压浆处治，并满足板边弯沉小于20且弯沉差ΔD＜6。

（3）水泥混凝土面板裂缝处治。

a.对于宽度小于0.5 mm的路面裂缝可以不做处理，通过后继施工的改性沥青同步碎石黏层中的沥青渗入裂纹中予以修补。

b.对于大于0.5 mm的路面裂缝采用环氧树脂胶进行修补，贯穿的横向裂缝采用环氧修补砂浆进行灌缝处治。

（4）粘贴抗裂贴。为防止产生反射裂缝，已灌缝的裂缝和水泥混凝土面板的横向和纵向接缝均需用抗裂贴粘贴。抗裂贴为宽度32 cm、厚度2 mm的SA自贴性抗裂贴。

（5）同步碎石黏层。在铣刨后的水泥混凝土面板上洒布改性沥青同步碎石黏层。同步碎石黏层采用1.5 kg/m2SBS改性沥青+4.75～9.5 mm单粒径沥青预拌碎石、4.75～9.5 mm石灰石或玄武岩集料，用量约为满铺面积的80%（约10 kg/m2），采用同步碎石封层车施工。

（6）加铺4 cm厚SMA-13。加铺宽度为7.5m（只加铺行车道和超车道），路段起点、讫点应做调坡过渡段，过渡段原则上以3 m直尺平整度（最大间隙）不超过3 mm为准，以防跳车。调坡过渡段应对原路面铣刨成斜面，确保加铺层厚度满足要求。

5 结语

（1）通过现场调查发现，隧道右洞处于下坡路段，行车速度较快，同时受到汽车尾气排放及车辆油料泄漏影响，导致路面抗滑性能下降较快，对行车安全造成一定影响，急需采取措施恢复隧道内路面的抗滑性能，提高隧道右洞路面的行车安全和行驶质量。

（2）隧道路面开裂是多种原因综合的结果，应对路面开裂进行彻底处治。

（3）建议该隧道路面中修工程采用行车道和超车道加铺4 cm厚SMA-13沥青混合料设计方案，水泥混凝土面板裂缝病害采用清缝、灌缝等处治方法进行处理。

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全国首条智能网联汽车潮汐试验道路启用

近日，“国家智能汽车与智慧交通（京冀）示范区”（简称“示范区”）正式启动智能网联汽车潮汐试验道路服务，这是全国首条智能网联汽车潮汐试验道路。

此次启用的试验道路由工业和信息化部、北京市经济和信息化委员会、河北省工业和信息化厅等共同推动。试验路全长12 km，含公交专用道、潮汐车道、主辅路等复杂交通环境，在7个路口部署了约20套车路协同设备，并与交通信号灯、路侧交通标志牌、可变情报板等互联。具有车联网功能的汽车在该路段行驶，可实现盲区提醒、紧急车辆接近提示等功能。

示范区由北京千方科技股份有限公司（简称“千方科技”）牵头主导建设。千方科技董事长夏曙东表示，试验道路是示范区“唱路-区三级试验环境”中一期工程的重要组成部分，一期工程的另一项核心工作封闭测试场正在紧张建设。二期工程将继续加强车联网试点推广，三期工程计划在2018年至2019年建成占地25 km2的开放测试区。同时，千方科技将在京张高速公路、新机场高速公路等部署安装车联网设备，为智能网联汽车企业在冬奥会亮相提供基础服务。

由千方科技联合北京亦庄国际投资发展有限公司等机构设立的未来车联网产业基金，也将重点关注无人驾驶、车联网、智慧路网等新兴产业。

U416.216

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1009-7716（2017）10-0051-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.015

2017-04-28

谭赛杰（1984-），女，河北承德人，工程师，从事道路桥梁工程的设计工作。