公路工程施工中水泥混凝土路面裂缝成因与解决方法

崔清柱

（浙江通衢工程管理有限公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

水泥混凝土是公路工程路面施工中最常用的材料之一，虽然混凝土结构有良好的强度，但在环境与荷载等因素的持续作用下，可能产生裂缝病害，影响路面结构的正常使用。如果裂缝问题未能及时发现和解决，将造成更严重的结构破坏，这对公路车辆的正常和安全通行是极为不利的。此研究针对水泥混凝土路面裂缝问题，一方面明确了导致混凝土路面开裂的具体原因；另一方面则针对不同的裂缝问题，提出了合理可行的解决方法。

1 公路水泥混凝土路面裂缝产生的原因

1.1 路面厚度

在确定路面厚度时，需要将设计使用年限范围内累计当量轴次作为参考依据。事实上，无论按照标准车轴载还是按照非标准车轴载，实际轴载都比设计值大很多。基于此，设计路面实际承受的当量轴次远远超过设计依据条件下的累计当量轴次。在这种情况下，导致部分新建路面产生早期裂缝病害的主要原因，就是在较短的时间内就达到了累计当量轴次[1]。

1.2 基层影响

基层结构的强度与稳定性直接影响面层结构，如果基层施工过程中对松铺系数的控制不严格，则很可能需要进行二次补加层，当二次补加层和基层之间不能紧密连接时，由于补加层自身厚度通常很小，所以很容易发生松散，导致路面产生破坏。此外，当地基强度分布不均匀，在路基施工时使用的填料较为混杂或未能有效压实，可能引起路面不均匀沉降，使施工完成后的基层结构不平整，这样会直接影响到面层厚度的均匀性，此时受行车荷载与温度翘曲应力连续作用后，在路面上产生应力集中的现象，在应力超出结构自身极限强度后，在结构薄弱部位就会出现裂缝[2]。

1.3 路面窨井与管线

路面窨井周围是路面施工薄弱部位之一，施工时通常借助推土机在窨井周围回填塘渣，使窨井边缘处堆积大量塘渣，由于窨井周围很难使用压路机碾压，所以会产生应力薄弱部位，这就是窨井周围容易产生裂缝的根本原因。另外，如果路面下部的雨污水管发生渗漏，会使路基直接受到雨水冲刷作用，导致路面开裂[3]。

1.4 混凝土质量

不同强度标号与类型的水泥材料混合使用，由于不同水泥的硬化时间和收缩量都不相同，所以施工中可能产生裂缝；当混凝土生产所用集料的质量不合格时（如含碱量超标等），也有可能引起裂缝；当混凝土搅拌时间不足时，会使混凝土不均匀，进而导致面层强度存在明显差异，实际的硬化时间与收缩量与设计值均不相同，从而产生裂缝；当混凝土搅拌时间太长时，可能使骨料发生破碎或离析，对硬化后混凝土强度造成不利影响，导致开裂；做好养护是促进强度形成与避免收缩裂缝产生的关键，所以必须重视并做好养护，在混凝土表面开始收浆后立即进行覆盖，并均匀洒水，同时确保养护持续足够的时间，养护持续时间以强度增长状况为依据，通常要达到14～21d[4]。

1.5 横向缩缝质量

通过设置横向缩缝能够有效降低收缩与翘曲应力，在实际的混凝土施工过程中，切缝作为重要工序，若不加严格控制，则很有可能导致开裂。对于切割时间，一般在混凝土实际强度达到设计值的25%～30%时进行，如果切缝进行得太早，则粗骨料可能跳脱；而如果切缝进行得太晚，则产生的拉应力可能超过混凝土自身容许值，导致混凝土板产生开裂。在气温较高的情况下，混凝土的强度增长速度会加快，所以要适当提前切割，在早晚温差相对较大的季节，也应适当提前切割。在确定具体切缝时间的过程中，要严格遵循“能切就切”和“宁早勿晚”的基本原则。在选择切割机时，优先考虑转速高和不会产生较大振动的类型，以便于现场操作，防止造成太大的施工干扰。对于切割深度，在没有特殊要求的情况下，按照混凝土面板厚度的20%～25%进行控制，如果切割深度太大，则会影响面板之间的荷载传递，而如果切割深度不足，则会导致强度削弱，使面层表面产生大量不规则裂缝。对于接缝料，这是确保混凝土面板得以正常使用的重要组成部分之一，一旦处理不到位，很容易产生路面质量问题[5]。

1.6 拉杆与传力杆

拉杆与传力杆都是混凝土路面结构的重要组成部分，胀缝传力杆的质量控制要点包括：在传力杆一端均匀涂抹沥青，并连接管套，使伸缩距离达到要求；传力杆设置完成后应和路面保持平行，使伸缩方向达到要求。如果前者处理不到位，则会使缝端的混凝土产生挤裂；而如果传力杆设置好后未能和路面保持平行，则混凝土面板产生伸缩时，会使混凝土面板受到更大的压应力作用，最终导致面板产生拉裂。

对于横向施工缝部位的传力杆，一般使用光圆钢筋，将钢筋的一半均匀涂抹沥青后，可发生滑动。现场施工中，为了方便，很多施工单位都选用螺纹钢，以省去涂抹沥青的步骤。在施工缝两侧进行混凝土浇筑施工时，由于浇筑时间不同，所以混凝土凝结时产生的收缩也无法保持同步，导致传力杆无法正常伸缩，产生薄弱部位。在混凝土面板受到荷载等外界因素的持续作用后，就会在薄弱部位出现裂缝[6]。混凝土面板上的纵缝通常包含两种类型，即纵向缩缝与纵向施工缝，这两种纵缝都需要设好拉杆。拉杆大多使用螺纹钢，其长度要与设计要求完全相符，使其和混凝土之间有足够黏结力，同时还要保证拉杆的间隔距离和直径。如果拉杆的设置无法提供充足拉力，则会在混凝土面板产生收缩的过程中，导致纵缝被拉裂。

1.7 温度变化

水泥混凝土是一种热胀冷缩性质显著的材料，如果内、外部温度产生大幅度变化，则可能使混凝土面板发生变形。当这种变形受到约束作用时，则会在结构当中产生一定应力，在这一应力超出混凝土面板自身抗拉强度后，就会产生开裂，这种由温度原因导致的裂缝，一般被称为温度裂缝。不同于其他类型的裂缝，混凝土面板上的温度裂缝会由于温度变化发生扩张或合拢。在实际情况中，导致温度发生变化的因素包括：年温差、日照水平、骤然降温、水泥水化放热、养护方式、冬季施工时未能制定有效措施等[7]。

1.8 过早开放路段的交通

如果路段开放交通的时间过早，由于混凝土还没有形成足够的强度，无法承受外部荷载作用，导致路面开裂。对此，在实际工程建设过程中，必须通过综合考虑路段自然气候与结构条件，确定适宜的路段交通开放时间，并在封闭时间内做好成品保护工作，以免施工完成的混凝土路面遭到破坏。

通过以上分析可知，导致公路水泥混凝土路面产生裂缝的原因，除了和设计施工环节关系密切以外，还和路面形成以后的通车运行及养护有关。基于此，要想从根本上消除裂缝，延长结构使用寿命，保证工程的投资效益，需要负责设计、施工与使用养护的各方都严格把关，严格按照相关规范和标准，充分考虑工程实际情况，履行好各自的义务与职责。

2 公路混凝土裂缝解决方法

2.1 裂缝修补

当水泥混凝土路面因开裂导致强度大幅度降低时，可使用包含环氧树脂类材料在内的补强材料进行处理；如果路面只有贯穿裂缝存在，整个面板的强度依然可以达到要求，则可使用包含聚氨酯类灌浆材料的密封修补材料进行处理。目前常用的方法包括以下几种：

2.1.1 直接灌浆

该方法主要用于对不具备扩展性质的收缩裂缝进行修补，施工时先将裂缝清理干净，再于裂缝中和路表面均匀涂抹底胶，其厚度按照0.2～0.4mm的范围控制，底胶的实际用量应达到0.15ɡ/m2，将灌浆材料准备好以后，将其灌入裂缝中，待灌浆材料固化后，方可开始通车。

2.1.2 压注灌浆

该方法主要用于宽度不超过0.5mm且不具备扩展性质的收缩裂缝的修补，若现场备有注射器，则还能对缝宽为3mm的裂缝进行修补。施工时，先将裂缝清理干净，并配制灌缝材料，再借助压缩空气喷嘴或注射器进行灌浆，通过适当的加热使灌缝材料达到固化，最后方可通车。

2.1.3 扩缝灌注

该方法主要用于宽度不超过3mm的裂缝的修补，施工时先沿裂缝走向借助冲击钻出宽度在1.5～2.0cm范围的缝槽，其深度不能超出面板厚度的2/3，然后将缝槽中的碎屑、浮灰清理干净，接着使用粒径在0.3～0.6cm范围内的石屑将缝槽填满，要注意填料含泥量不能超过1%，最后使用提前配制好的注浆材料进行灌缝，通过适当的加热达到固化后，即可恢复路段通车[8]。

2.1.4 条带罩面

该方法主要用于中等裂缝的修补，施工时，先沿裂缝走向在两侧分别15cm的位置切割出深度在7～10cm范围内的横缝，并将切缝范围内的混凝土凿除；然后在裂缝两侧10cm按照50cm的间隔距离设置钯钉孔，同时在相邻两个钯钉孔之间设置两个和钯钉直径相同的钯钉槽，钯钉使用长度为20cm、弯钩长度为7cm的φ16钢筋，在安装钯钉前需要在孔槽中充填快硬砂浆。将缝槽内部切割完成并凿毛后进行表面清理，之后在待修补的表面均匀涂刷一层配比与混凝土相同的水泥砂浆，为之后的快硬混凝土浇筑施工创造良好的条件，将混凝土浇筑完成后，通过均匀喷洒养生剂进行路面养生，最后利用切割机进行切缝，在缝槽中灌入填筑料。

2.1.5 全深度补块

该方法主要用于宽度达到15mm以上或错台达到12mm以上的裂缝的修补，通过混凝土补块能使板块之间的荷载传递能力得以恢复，并限制垂直方向上的变形。该方法可进一步细分成以下几种：集料嵌锁法，主要用于无筋混凝土路面的接触面交错的接缝中；刨控法，还可称为倒T型法，由于缺少水平边连接的接缝系统，所以只能在缝的其中一侧恢复荷载传递功能；设置传力杆法，主要用于气温较低地区所受交通荷载相对较大的混凝土路面。进行全深度补块时，先切除已经损坏的部分，锯缝位置应和破损处保持30cm以上的距离，在保留的板底边缘处，于内侧4cm左右的位置锯深度为5cm的缝，并清理切割产生的混凝土块；对下部垫层或基层进行检查，确认表面密实，经检查确认合格后，进行洒水润湿；使用配合比与设计、与规范要求相符的混凝土进行摊铺，并在摊铺的同时做好振捣与刮平，最后用养护剂进行养生。在摊铺完成后的12h以内，需将缩缝锯到面板厚度1/4处，并在缩缝当中填入接缝材料，混凝土摊铺完成后的5d时间内结束接缝封缝。

2.2 局部修补

水泥混凝土路面常用的局部修补方法为：第一，当面板上存在轻微裂缝，并伴有轻微剥落现象时，先沿裂缝走向凿出深度在5～7cm范围内的矩形槽，将槽壁清洗干净后用具有快凝性质的小石子混凝土填充密实。第二，当裂缝宽度较大同时伴有轻微剥落现象时，应向裂缝两侧分别扩张20cm凿除深度为面板厚度1/2的缝槽，然后在缝槽底部裂缝两侧沿与中线保持平行的方向，按照30～40cm的间隔距离设置孔洞，孔洞的深度应贯穿到基层顶部，将凹槽与孔洞均清理干净后，设置II级钢筋，并用标号较高的砂浆进行填塞，最后用标号和路面相同的混凝土浇筑到与路面平齐，为了使局部修补的部位尽快成型、缩短路段封闭时间，可使用快硬混凝土。第三，在缝槽边缘两侧设置直径为4cm、深度为10cm的孔洞，相邻两个孔洞的水平方向间隔距离按照30～40cm的范围控制[9]。打孔完成后，将其内壁润湿，然后插入长度为20cm左右、直径在18～20mm范围内的钢筋，插筋完成后在孔洞内填入快凝砂浆，并通过适当的插捣达到密实。待孔洞中的砂浆达到硬化状态后方可开始混凝土浇筑，直到与原路面保持齐平。为了使局部修补的部位尽快成型、缩短路段封闭时间，可使用快硬混凝土。

2.3 换板

当水泥混凝土面板严重断裂且裂缝部位伴随严重剥落，导致整块面板分为至少三块，存在错台或断裂并有活动迹象的断板时，应采取换板的方法进行处理。施工前先做好路基及基层结构的处理，再用具有快凝性质的材料对混凝土板进行重新浇筑，在条件允许的情况下也可使用预制块或条块石。当检查发现路基结构的稳定性相对较差或沉降未能完全结束时，建议使用预制块进行换补，相邻两个修补块之间的缝隙应使用水泥砂浆进行填塞，以此避免渗水破坏。

3 结语

综上所述，水泥混凝土路面裂缝是公路工程施工中最常见的质量问题，以上对路面混凝土裂缝产生原因进行了分析与总结，并提出了相应的解决方法，旨在为实际的公路工程水泥混凝土路面施工提供技术参考，有效防止裂缝病害的产生。