水泥混凝土路面的水沖刷破壞分析

摘要：結(jié)合回訪統(tǒng)計(jì)法和文獻(xiàn)對(duì)比法，就當(dāng)前南方地區(qū)水泥混凝土路面斷板病害現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因進(jìn)行分析，得出主要是由于水沖刷掏空引起的。本文分析了發(fā)生水沖刷斷板破壞的結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)計(jì)和施工等方面的原因，提出了防止水泥混凝土路面水破壞的對(duì)策及措施，并對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生水沖刷破壞現(xiàn)象的水泥混凝土路面提出了補(bǔ)做滲透排水系統(tǒng)的建議。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土路面;水沖刷破壞;原因;措施

引言

通過對(duì)已建成通車的公路水泥混凝土路面的調(diào)查及質(zhì)量跟蹤，發(fā)現(xiàn)一些有規(guī)律的病害現(xiàn)象，其中較突出是由于水沖刷掏空引起的斷板破壞。如果路面結(jié)構(gòu)、排水設(shè)施等處理不當(dāng)，后期養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，在產(chǎn)生唧泥的條件下，公路水泥混凝土路面將在通車2～5a發(fā)生嚴(yán)重的水沖刷、掏空性斷板破壞。這個(gè)問題在多雨地區(qū)顯得極為普遍，迫切需要加以防治和解決。

1水泥混凝土路面水沖刷破壞機(jī)理

1.1水沖刷破壞的原因

唧泥是在車輛荷載作用下，水和細(xì)粒土的混合物通過面板接縫、裂縫和路面邊緣產(chǎn)生的強(qiáng)制性位移。一般易在面板直接鋪筑在細(xì)粒高塑性土和易沖刷的基層上產(chǎn)生。分析表明，產(chǎn)生原因主要有以下幾個(gè)方面：①基層不耐沖刷，水泥混凝土面板在荷載作用下產(chǎn)生泵吸作用時(shí)有灰漿可吸出;②在面板與基層之間有自由水存在，這是最主要的原因;③頻繁的重車輛軸載作用。

1.2水沖刷破壞的機(jī)理

水泥混凝土在凝結(jié)硬化過程中將產(chǎn)生一定的收縮變形，硬化后水泥混凝土面層內(nèi)的不同深度處，溫度會(huì)隨大氣溫度的變化而發(fā)生周期性變化，這種變化使混凝土面層出現(xiàn)伸縮變形和翹曲變形。當(dāng)伸縮和翹曲變形受阻，面層內(nèi)便產(chǎn)生較大的伸縮應(yīng)力和翹曲應(yīng)力。為了避免溫度應(yīng)力作用引起路面板的不規(guī)則斷裂和拱脹等破壞，按一定間距設(shè)置的縱、橫接縫就成為水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的重要組成部分。接縫的設(shè)置有效地緩解了溫度應(yīng)力的破壞作用，卻給水泥混凝土路面帶來了許多問題，其中危害最大的是接縫有可能成為雨水滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的主要通道。

目前我國(guó)生產(chǎn)的填縫料使用期都很短，一般在使用2～3a后都不同程度地出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，特別是在南方多雨地區(qū)。雨水通過接縫、裂縫和板邊縫隙滲入到板底，在車輛動(dòng)荷載的重復(fù)作用下，形成有壓水，在板底接縫處和板邊高速流動(dòng)，流速可達(dá)0.15m/s（小汽車駛過時(shí)）或0.90m/s（貨車駛過時(shí)），對(duì)基層頂面進(jìn)行沖刷，細(xì)顆粒從接縫處和板邊被帶到路面上，產(chǎn)生唧泥現(xiàn)象。時(shí)間一長(zhǎng)，板底脫空，改變了混凝土板原有的受力狀況，從而產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)、下沉、斷板，進(jìn)而發(fā)展到破碎。

2設(shè)計(jì)與施工預(yù)防對(duì)策

從以上照片現(xiàn)象分析可知，為提高水泥混凝土路面的使用性能及服務(wù)年限，應(yīng)從路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工上采取有效措施，防止高等級(jí)公路水泥混凝土路面上的水沖刷、掏空性斷板破壞。

2.1合理的路面橫斷面結(jié)構(gòu)及排水設(shè)計(jì)

當(dāng)設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)充分考慮路面及路面內(nèi)部的排水問題。為排除通過路面接縫、斷板和裂縫滲入并滯留在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的自由水，應(yīng)按《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ018-97）的要求沿路面邊緣設(shè)置邊緣排水系統(tǒng)，或者在路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)設(shè)置排水基層，將通過接縫和斷板滲漏進(jìn)基層的水份及時(shí)排出。

各項(xiàng)排水設(shè)施不應(yīng)被滲流從路面結(jié)構(gòu)、路基或路肩帶來的細(xì)料堵塞，以保證系統(tǒng)的排水效率不隨時(shí)間推移而很快喪失。排水系統(tǒng)在雨量較大的江南各地，應(yīng)遵循排水設(shè)計(jì)規(guī)范的要求設(shè)置，已有排水設(shè)施設(shè)計(jì)的不能因?yàn)楣て诰o或其他原因隨意取消。

水泥路面表面水從斷板和喪失密封的接縫滲入路面結(jié)構(gòu)的水，可由下列公式計(jì)算確定：

Qi=Ic（nz+nbB/L）

式中：Qi為縱向每延米路面結(jié)構(gòu)表面水的滲入量，[m3/（d·m）];Ic為每延米水泥混凝土路面接縫或裂縫的表面水設(shè)計(jì)滲入量，[m3/（d·m）]，可按0.36m3/（d·m）取用;B為單向坡度路面的寬度（m）;L為水泥混凝土路面的橫坡度間距（即板長(zhǎng)）（m）;nz為路面寬度內(nèi)的縱縫和裂縫的條數(shù)（包括路面與路肩之間的接縫）;nb為L(zhǎng)長(zhǎng)度范圍內(nèi)橫向接縫和裂縫的條數(shù)。

2.2提高基層的耐沖刷性

（1）盡快建立對(duì)基層耐沖刷性的檢測(cè)方法及控制標(biāo)準(zhǔn)。目前，對(duì)基層主要考慮強(qiáng)度指標(biāo)，而對(duì)其耐沖刷性無具體的要求，這是不完全的。強(qiáng)度與耐沖刷性是相互獨(dú)立的，良好的水泥混凝土路面基層，不僅要有足夠的強(qiáng)度，而且要有足夠的抗沖刷能力、耐水性和抗?jié)B性。因此，應(yīng)盡快建立基層耐沖刷性的評(píng)價(jià)辦法及檢測(cè)方法，應(yīng)對(duì)各類基層檢測(cè)其耐沖刷性，并提出抗沖刷性的定量技術(shù)指標(biāo)要求。

（2）在多雨地區(qū)高速公路和一級(jí)公路上，宜建貧混凝土基層，提高基層的抗沖刷能力。貧混凝土基層，水泥用量約為8%～11%。若采用525號(hào)水泥，其水泥用量約為175kg/m3。

（3）提高水泥穩(wěn)定粒料的拌和質(zhì)量。目前采用的穩(wěn)定土廠拌設(shè)備，其計(jì)量精度偏低，攪拌時(shí)間偏短，質(zhì)量波動(dòng)較大，導(dǎo)致水泥或膠凝材料不均勻，局部基層不耐沖刷或產(chǎn)生了斷裂現(xiàn)象。為提高基層質(zhì)量的均勻性和抗沖刷性，應(yīng)提高攪拌設(shè)備的計(jì)量精度和使用性能。并應(yīng)對(duì)基層材料中膠凝材料進(jìn)行快速定量檢測(cè)和控制。

（4）高等級(jí)公路水泥混凝土路面上基層必須在施工過程中進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的灑水覆蓋養(yǎng)生，提高和保證基層上表面的強(qiáng)度、耐沖刷性和對(duì)面層施工車輛的抗磨性。

2.3上基層表面使用瀝青防水封閉層

為防止?jié)B漏水對(duì)基層的沖刷破壞，可在鋪水泥混凝土路面板之前，在現(xiàn)有的水泥穩(wěn)定粒料類上基層表面上做5～10mm厚的瀝青防水封閉層，瀝青封閉層上面撒砂或石屑并碾壓，以利于防水、封水與防止唧泥、掏空。此外，瀝青防水封閉層可大大降低面板內(nèi)的拉應(yīng)力水平，有利于防止斷板;在施工期間，可保護(hù)基層不被車輛壓壞，也可保護(hù)基層越冬。增加該結(jié)構(gòu)層的作法已經(jīng)廣泛使用在近年來南北方各省新建高速公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)中，該措施將被正在修訂的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)和施工規(guī)范采納。

2.4嚴(yán)格控制基層施工橫坡度

建議新修訂的水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范增大偏載系數(shù)。

它不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何增大，而是高重載卡車長(zhǎng)期在2%橫坡的路面上顛簸行駛，車廂上的高重物質(zhì)的重心產(chǎn)生了較大偏移，實(shí)測(cè)高重載卡車外側(cè)車輪的荷載可達(dá)平均荷載的1.36倍。

3結(jié)束語(yǔ)

通過合理設(shè)置邊緣排水系統(tǒng)和排水基層排水系統(tǒng)，將路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部積滯水迅速、有效地排除到路面和路基結(jié)構(gòu)外，有利于改善路面的使用性能，并大大提高路面結(jié)構(gòu)使用壽命。

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[2]黃立葵，何慧斌，張迎春，萬劍平.水泥混凝土路面的水沖刷破壞[J].中南公路工程，2003（03）：18-22.

（作者單位：聊城市東昌府區(qū)交通運(yùn)輸局）

作者簡(jiǎn)介：姓名：?jiǎn)坞p紅（1984-）;性別：女，民族：漢，籍貫：山東高唐人，學(xué)歷：本科 ;現(xiàn)有職稱：助理工程師;研究方向：公路工程。