西藏地区水泥混凝土路面裂缝机理分析与处置办法

王少锋

（安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 230071）

1 水泥混凝土路面出现裂缝的理论原因分析

1.1 水泥混凝土路面“天生”就带裂纹

水泥混凝土是一种混合材料，有钢筋混凝土与素混凝土之分，道路路面工程中主要用素混凝土，在弯道、明涵、桥面等位置一般采用钢筋混凝土。不同于混凝土构件浇筑，水泥混凝土路面施工中一般是长距离一次性浇筑。水泥混凝土拌和、运输、浇筑会受外界环境因素影响，如温度、湿度变化，会导致混凝土内部产生体积变形，与骨料的体积变形不一致时，混凝土内部会产生初始应力，内部骨料和砂浆之间的交界面上会出现大量肉眼不可见的裂缝或微裂缝。也就是说，只要是水泥混凝土路面，“天生”就带裂纹。

1.2 温度应力裂缝

西藏地区日照时间长、昼夜温差大，日温差可达20℃，使得水泥混凝土路面施工受外界温度影响远远大于一般构件的浇筑。在混凝土路面凝结过程中，由于水化热的作用，内部温度变化梯度非常平缓，往往是因外界温度变化大，接触面积又非常大，导致表面温度主要由外界温度决定。因此，混凝土路面白天膨胀、夜晚收缩，初凝阶段的强度低，随着水化热的释放，混凝土受到的约束作用和所伴生的约束压应力也迅速增大，很容易产生裂缝。

1.3 荷载作用的影响

水泥混凝土路面运营期，在车辆荷载作用下，内部的微裂缝引起应力的高度集中，随着车辆荷载的增加或者增大，在时间作用下会引起应力的高度集中，从而导致微裂缝扩展。此时水泥混凝土路面的应变能与裂缝的平衡呈不稳定状态，局部位置会产生破损。在车辆超载或者连续荷载长时间碾压的情况下，局部就会产生通缝，出现病害。

1.4 路基沉降产生的纵向裂缝

西藏地区地广人稀，交通网络以三、四级公路为主，为了节约成本，在农村公路建设过程中，水泥混凝土路面取消了水稳层，路面基层一般采用15cm 碎石层。路基质量控制不严，会使路基承载力不足，加之山区地形条件复杂，在众多因素的叠加之下，使得路面贯通裂缝问题尤为显著，且这种裂缝宽度因荷载大小而异，一般与沉降值成比例。

2 水泥混凝土路面出现裂缝的现实原因分析

对西藏地区通车两年内出现纵横向裂缝的9 条水泥混凝土道路进行了实地踏勘，走访了参与建设的相关人员，结合理论分析，发现这9 条路出现不同程度裂缝的原因如下：

2.1 原材料

第一，设计配合比所用的石子是碎石，但实际施工时采用砾石混凝土，这类混凝土的抗折强度很难达到4MPa，而路面最主要的指标就是抗折强度而不是抗压强度。

水泥混凝土路面施工现场所用的石子基本是砾石，但西藏地区地广人稀，各县很少有专业的碎石场生产碎石，农村公路施工里程短，项目小，施工单位一般也不会投资建碎石厂。加之建设单位技术力量薄弱，管理宽松，基本用砾石拌和。路面混凝土设计配合比用碎石，在施工中改用砾石，施工完成后的表现就是路面纵缝和交叉缝比较多，这即是抗折强度不够的表现。

第二，所用的砂是各县生产的本地砂，很少有真正意义上的中砂。且不说是中砂还是细砂，含泥量就是一个很大的问题。具体表现在路面上是会出现一些龟纹，也就是骨料和砂浆的交界面上存在大量的裂缝或微裂缝。这主要是由于砂的含泥量大，导致混凝土本身出现肉眼可以看到的微细裂缝，受荷载作用后应力高度集中，试运营初期，微裂缝处于均匀分布状态，每一个微裂缝周边存在一个应力释放区，也就是常说的损伤区，随着车辆荷载的不断增加、增重，应力释放区面积增大，裂缝开始贯通，最后形成宏观裂缝，水泥混凝土路面被破坏。

2.2 养生工艺与混凝土施工温度不合理

2.2.1 养生工艺选择不合理

养护的目的主要是解决温度应力的问题，温度应力的主要表现形式是热胀冷缩。路面混凝土在终凝之前所受温度影响主要来自以下方面：外界温度和本身的水化热产生的温度差。外界温度主要是白天温度和夜间温度，在西藏地区，这两个温度基本相差在20℃以上，使混凝土产生夜晚收缩和白天膨胀的现象，即便混凝土自身不存在水化热现象，单20℃的温差变化也足以使混凝土表面不规则开裂。若是养生期间所选的工艺不合理，没能有效降低温差，便会导致混凝土路面出现裂缝。

2.2.2 水泥混凝土路面施工温度控制不合理

合理选择水泥混凝土施工时间的目的是解决温度应力问题。混凝土若未达到终凝状态，是没有办法养护的，只能采取一些防护措施。夏季高温时段施工，混凝土表面会热胀；冬季低温时段施工，混凝土表面会冷缩。在实际施工过程中，夏季时段对施工效果的影响最大，会增加温度应力的危害[1]。因此，要想更好地保证水泥混凝土路面施工效果，就需要合理选择施工时间，以有效避免温度应力对混凝土路面带来的危害，

2.3 超重超载运输车辆原因

后期运营阶段的治超管理工作不到位，会加剧超重超载现象，影响路面健康。治超管理工作不到位的原因如下：第一，通村公路几乎是必经之路，且基本只有一条路线，无法绕道，这种现象在西藏地区尤为突出。第二，随着西藏地区近几年的大发展，几乎每个村都有大吨位车辆，超重超载现象时有发生，而进行公路设计时，相关人员的意识还停留在以往的经验上，认为村道不会走大车，使得公路设计与实际情况不符。第三，各县交通运输部门人员不够用，国道、省道的治超工作尚难以高效应对，使得农村公路治超工作开展不到位[2]。

2.4 路基产生不均匀沉降原因

第一，路基填料控制不合理。规范要求应分层填筑，按填筑厚度选择最大填料尺寸，要有一定级配，布料过程中防止离析。实际施工过程中，填筑厚度分层不符合规范要求，填料粒径大，没有级配，导致孔隙大，后期就会产生不均匀自然沉降。

第二，路基压实质量控制不合理。填石路段与土石混填路段分层厚度、压实设备都不同。实际施工中，未按照填料的类型配备相应型号的压实机械，部分段落压实宽度不足。西藏地区的山区公路，临水临崖段填筑高度比较大，压实度不足是后期沉降的主要原因之一。

第三，路基填挖交界、桥涵台背、老路拼宽等位置未采取必要的工程措施。路基填挖交界、桥涵台背、老路拼宽等位置最容易出现纵向裂缝，纵向裂缝如果处理不及时，加之每年冰冻天气持续持续时间长，整个路段病害发展很快，极易造成水泥混凝土路面断板、板底掏空。实际施工过程中需提升碾压质量，增加土工格栅、钢筋网片等工程措施，防止路基沉降过大。

3 水泥混凝土路面裂缝预防及处置办法

3.1 骨料现状及采取应对措施

西藏地区地广人稀，部分县域没有碎石加工厂。施工单位自己建碎石加工厂，考虑成本等因素，基本很难实现。如果用砾石，施工单位采购方便且运输距离短，大家也都习惯用砾石了。

施工图设计中路面抗折强度不小于3.5MPa，抗压强度C30，否则设计图纸是通不过审查的。从施工现场了解来看，管理部门主要控制抗压强度这个指标，抗折强度达不到设计要求，是造成断板的主要原因。

处置措施：一是管理部门要深刻认识原材料对施工质量的影响程度；二是随着社会经济飞速发展，建设一批原材料加工企业，服务基础设施建设和城市发展；三是依据施工环境、原材料特性合理选择外加剂类型，调整材料配合比，使砾石混凝土抗折强度满足设计要求；四是采用砾石拌制钢纤维混凝土，满足设计要求。

3.2 原材料质量控制

3.2.1 水泥

西藏地区每个地区都有自己的水泥厂，数量不是很多，基本可以满足施工需求。缺点是运距长，成本偏高。水泥一般选用强度高、收缩性小、抗冻性好的普通硅酸盐水泥，初凝时间大于1.5 小时，终凝时间小于10 小时。施工现场水泥存放注意防水、防潮，存放期不得超过3 个月，标号不低于42.5 号。

3.2.2 集料

路用细集料要质地坚硬、细度模数在2.5 以上，符合级配规定的中、粗砂。从了解施工现场来看，砂子普遍偏细，杂质多，含泥量大。粗集料使用符合级配要求的三档料，不可用不分级的统料，碎石最大公称粒径不宜大于31.5mm。处置措施：一是选取相对干净的河砂；二是选取符合级配要求的碎石，碎石压碎值符合规范要求，西藏个别地区的碎石质地坚硬，遇水浸泡之后迅速软化，注意选取合格集料；三是拌和站料场要硬化，分档存储，保护好集料清洁度，防止不同级配间粗集料相互串料，确保施工配合比得以实现。

3.3 施工工艺控制

3.3.1 施工放样

水泥混凝土路面浇筑前需进行施工放样作业，直线每段10m 一桩，曲线段每4m 一桩（与模板长度同），桩点位置以模板顶为标高，用以控制水泥混凝土路面的顶面高程。

措施：一是路基路面转序施工时做好检测，路床顶面高程、平整度、压实度、路基宽度、纵横坡；二是在路床顶面恢复中线、放样高程和测量边线；三是要注意路面加宽和超高段的施工放样。

3.3.2 路面基层处理

（1）路面面层施工之前，对所有推移、下沉、松散的水稳基层应清除，并使用素混凝土换填。处理不彻底，造成基层和面层中间夹杂一层软弱层，也是运营后出现裂缝、断板的原因之一。

（2）基层产生纵向裂缝时应分析原因，是强度过高造成的收缩裂缝还是路基沉降产生的裂缝，可以挖开从断面处判断裂缝产生原因。按照产生原因采取相应处置措施，注意拼接处挖台阶分层填筑。

（3）基层需要进行大面积填补时，一般有三种做法：一是直接用面层混凝土一次性浇筑，加厚了混凝土路面的厚度，这时要注意收缩裂缝的发生；二是用碎石填补，这种办法经济有效，施工中缺少对碎石的碾压，松散的碎石层不但会破坏路面混凝土的和易性，从而降低其强度，同时也是一个软弱层，增加荷载时会被挤压下沉导致板面断裂。

3.3.3 安装模板

（1）模板要有一定的强度和刚度，最好用钢模，对于损坏或变形的模板予以更换。

（2）模板的安装应稳固、顺直、无扭曲，相邻模板连接应紧密平顺，不得有漏浆，前后错茬、高低错台等现象，保证混凝土浇筑过程中不产生变形、位移现象[3]。

（3）内侧固定钢钎和外侧受力钢钎不能高于模板，以防阻碍振动梁平顺通过。

3.4 混凝土的拌和和运输

第一，拌和过程中，需准确控制砂、石子、水泥的用量，且要随时抽检，确保按照施工配合比要求拌和。

第二，严格控制原材料的含水量。拌和前，实测砂、石的含水量，通过试验确定调整后的施工配合比。

第三，应严格控制水泥混凝土拌和物的坍落度。坍落度指的是水泥混凝土的和易性，水灰比、砂率、水泥品种、骨料性能、外加剂等都容易影响和易性，因此需加强对这些因素的控制。

3.5 混凝土浇筑

3.5.1 水泥混凝土摊铺

松铺系数控制在K=1.1～1.25 之间，料偏干，取较高值；反之，取较低值。人工补料时，严禁抛掷和搂耙，以避免石子和混凝土浆分开，导致离析现象，影响摊铺效果。

3.5.2 水泥混凝土振捣

每车道使用两根振捣棒同时振捣，按顺序振捣，再用平板振捣器纵横交错托振。并且应严格控制振捣时间，以停止下沉、不再冒气泡并泛出水泥砂浆为准，不宜过振。振捣过程中，应辅以人工补料，随时检查模板、拉杆、传力杆的位移和漏浆情况，若出现这类现象应及时纠正。

3.5.3 振动梁振实

每车道路面宜使用1 根振动梁，且振动梁应具有足够的刚度和质量，施工时，振动梁应垂直路面中心线沿纵向拖行，往返2～3 遍，使表面翻浆均匀平整。

4 结语

通过对西藏地区这9 条通车两年内水泥混凝土路面进行踏勘、走访，分析裂缝产生成因，公路建设和病害治理工作需要以现代化管理理念以及科学的管理体系为支撑，以专业的道路工程技术人员为抓手，配合高效的管理流程来保证路面施工质量。施工企业需要不断提升自身的管理水平，完善管理体系，培养一批专业技术人才，以提升企业综合管理水平作为基础工作开展。

从裂缝产生原因来看，加强对原材料和施工过程技术管理是关键。一个一个新建项目需要持续优化水泥混凝土的设计配合比，对提升水泥混凝土的抗裂性能都是很有效的，同时应该对已有的经验不断总结和交流，由此提升水泥混凝土道路的施工整体质量，减少裂缝的产生，延长道路使用寿命。