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水泥混凝土路面在使用中水泥混凝土路面會產生裂縫、表面損壞、接縫損壞、變形損壞等病害,產生這些病害的主要原因是材料性能不良、施工質量控制不嚴和養護不及時。因此應加強質量意識,嚴格基層和路基施工質量、優選水泥混凝土路面原材料、加強施工過程控制、及時對出現的病害進行修補,確保水泥混凝土路面正常運營。
一、水泥混凝土路面板破壞原因分析
1、設計原因分析。路面厚度設計的依據是設計年限內的累計當量軸次。筆者認為,實際上不管是按標準車的軸載還是非標準車的軸載,車輛的實際軸載遠大于設計軸載。由此得知,設計路面實際承受的當量軸次遠遠大于作為其設計依據的設計年限內的累計當量軸次,即現階段新建路面早期開裂破壞情況較多的癥結之一是公路在短期內已達到設計年限內的累計當量軸次。
2、路基路面施工方面的影響
(1)路基施工方面的原因:路基填筑使用了不適宜的材料;軟基處理不當;路基土石方填筑未按規范要求施工; 填切交界處未按規范要求施工;構造物臺背的回填不符合要求。
(2)基層的影響 。基層的強度及穩定關系面層的強度和穩定性。基層松鋪系數(或基層標高)控制不嚴而導致的二次補加層,因二次補加層與下層基層無法緊密連接,自身厚度又小,因而極易松散,進而引起路面破壞。地基強度不均勻,路基填料混雜或壓實不好,產生不均勻沉降,基層平整度差,導致混凝土面層厚度不勻,離散性大,在行車荷載及溫度翹曲應力作用下,使路面應力集中。當應力超過極限強度時,就會在厚度薄弱處產生裂縫。
3、路面水泥混凝土板施工方面的問題
(1)混凝土質量的影響 。a、集料質量的影響。b、攪拌質量的影響。攪拌時間過短,則拌合不均勻,造成面層強度相差過大,硬化時間及收縮量不同,從而導致裂縫產生;攪拌時間過長,則容易導致骨料破碎、離析,影響混凝土的強度。c、振搗質量的影響。振搗不足,易使混凝土中出現氣孔、蜂窩,在行車荷載及自然因素作用下產生應力集中而導致裂縫;振搗過量,則粗骨料下沉,混凝土離析,影響其強度。d、養護的影響。混凝土的養護對其早期強度增長和防止收縮裂縫極為重要。
(2)橫向縮縫質量的影響 。設置橫向縮縫是為了減小收縮應力和翹曲應力。切縫施工是混凝土施工中的一個重要環節,如不加強控制,極易引發裂縫。
a、切割時間。當混凝土達到設計強度的25%~30%時,應采用切縫機進行切割。切縫太早,粗骨料會從砂漿中跳脫;切縫太晚,如果產生的拉應力大于混凝土容許值,混凝土板就會開裂。氣溫高,混凝土強度增長快,切割時間要提早。溫差大,切割時間也要提早。
b、切割深度。切縫深度應控制為板厚的1/4~1/5。切得太深,板間的傳荷能力難以得到保證。切得太淺,混凝土截面的強度削弱得不夠,面層上會產生不規則裂縫。
(3)拉桿和傳力桿的影響 。脹縫傳力桿的質量控制主要有兩點:一是傳力桿的一端應涂瀝青,且加管套,以保證其伸縮距離;二是傳力桿必須與路面平行,以保證其伸縮方向。前者處理不好,縫端混凝土將被擠裂。傳力桿與路面不平行,混凝土板伸縮時,傳力桿對混凝土板產生壓應力,引起混凝土板拉裂。
a、橫向施工縫傳力桿。橫向施工縫傳力桿應用光圓趕緊,且一半涂瀝青,允許滑動。在實際應用中,施工單位為圖方便,經常使用螺紋鋼,且不涂瀝青。施工縫兩邊混凝土澆筑時間不同,凝結過程中產生的收縮不同步,傳力桿不能伸縮,形成薄弱環節。當混凝土板在荷載或自然因素作用下產生收縮,則在此薄弱環節處產生裂縫。
b、縱縫拉桿。縱縫一般有縱向縮縫和縱向施工縫兩種,兩種縱縫均應設置拉桿。拉桿應用螺紋鋼,長度達到設計要求,以保證其與混凝土間的粘接力,并且拉桿的直徑與間距也應得到保證。如此,拉桿不能提供足夠的拉力,混凝土面板收縮時,縱縫被拉開而形成裂縫。
(4)水泥混凝土路面結構層防水或排水未進行有效的處理。 路面板遭到破壞,人們想到的總是路基、路面基層施工質量或臺背回填質量或水泥混凝土板本身的澆筑質量等,而未足夠重視結構表面滲入到路基中的水對路基的侵害。
4、外部因素的影響
1、溫度變化引起的裂縫 。混凝土具有熱脹冷縮性質,當外部環境或內部溫度發生變化,混凝土將發生變形。若變形遭到約束,則在結構內將產生應力,當應力超過混凝土抗拉強度時,即產生溫度裂縫。溫度裂縫區別其他裂縫最主要是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有年溫差、日照、驟然降溫、水化熱、蒸汽養護等。
2、過早開放交通 。開放交通過早,混凝土的強度尚低,不足以承受行車荷載,在荷載作用下,混凝土路面很容易產生裂縫。
二、水泥混凝土路面板破壞的防治
1、設計方面:設計單位應嚴格按照設計規范要求,認真驗算,根據不同地區和當地氣候條件,確定一個合理且比較符合實際的水泥混凝土路面厚度,延長路面的使用壽命。
2、路基施工方面。路基工程的質量是非常關鍵的,由于路面板遭到破壞后,要對路基有質量問題的地段返工是非常困難的,且水泥混凝土板難修補。故在路基施工時應著重注意以下幾點:(1)清表要徹底。不適宜的材料應全部清除且按規范要求搞好基底壓實。(2)軟基處理要慎重。并采用合理的施工方案和施工工藝。(3)路基填筑過程中,要嚴格按規范要求選好填料,控制松鋪厚度和粒徑,控制壓實含水量與最佳含水量之差在規定的范圍內,每層填筑要用平地機等機械整平后壓實,形成橫向路拱,做好臨時排水使路基干燥等。(4)臺背回填施工,要求選用監理工程師或圖紙要求的回填料,保證每層填筑厚度及壓實度,回填時在臺背可考慮做排水設施。
3、路面施工方面。(1)路面基層施工要嚴格按規范要求選好合格材料,保證路面基層設計厚度及頂面標高,保證壓實度,嚴格控制施工質量。(2)路面混凝土板施工要嚴格按規范要求選好材料及材料的級配,保證混凝土質量并充分地密實,搞好施工縫、縮縫、脹縫的處治,防止路表水滲入路基。
4、水泥混凝土路面板破壞后的處治。(1)對于水泥混凝土板錯臺、沉陷的現象,由于修補困難,以往人們總是用瀝青混凝土進行填補壓實,實際上這種修補方案是不可取的。因為水泥混凝土路面與瀝青混凝土路面顏色不一致,這樣的局部修補,會給汽車駕駛員造成錯覺,且在高速行駛的公路上可能發生交通事故。所以,對于錯臺、沉陷的水泥混凝土板最好是鏟除,用摻入混凝土快速修補劑的同標號的混凝土進行修補。(2)對于水泥混凝土板裂縫的現象,可采用合格的補裂縫材料進行灌漿處理,四小時后能開放交通。(3)對于水泥混凝土龜裂、網裂及脹縫、施工縫、縮縫處的局部破壞現象,可采用局部換板進行修補并加入混凝土快速修補劑。
綜上所述,水泥混凝土路面病害成因,不僅與設計、施工等路面形成前的環節有關,而且與路面形成后的使用、養護等聯系緊密。因此,要預防水泥混凝土路面破壞,延長水泥混凝土路面的使用周期,提高投資效益,需要設計、施工、養護管理各方主體各負其責,分頭把關,嚴格按照行業規范標準,結合工程實際,嚴格履行各自職能,提高水泥混凝土路面的使用功能。
參考文獻:
[1]王君,水泥混凝土路面板破壞的原因及防治[1].森林工程,2002.