公路路面目前主要有柔性路面（瀝青混凝土路面）和剛性路面（水泥混凝土路面）兩種類型。水泥混凝土路面具有剛度大、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐久性好、造價(jià)適中、抗滑性好、有利行車、日常養(yǎng)護(hù)量小、水泥資源相對豐富和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢，但是，由于受季節(jié)、氣候、原材料供應(yīng)、施工條件、管理水平、施工經(jīng)驗(yàn)等諸多因素的影響，在綜合耐久性和接縫等問題方面存在著較突出的問題。筆者根據(jù)多年的觀察，將對水泥混凝土公路路面出現(xiàn)破損的問題進(jìn)行初步探討。
一、路面破壞的形式
根據(jù)破壞嚴(yán)重程度可以分為3 種形式：一是斷裂型。通常指交叉裂縫將路面分割成兩塊以上，情況嚴(yán)重時(shí)即屬破碎板。若塊角到裂縫兩端的距離小于邊長的一半，全部斷塊或裂縫發(fā)生在一個(gè)角隅內(nèi)，裂縫面豎直并貫穿整個(gè)板厚應(yīng)屬角隅斷裂。二是裂縫型。根據(jù)裂縫處剝落程度、未封縫的裂縫寬度、板被分割成的塊數(shù)，以及裂縫的走向、間距等，將裂縫分為縱向、橫向和斜向裂縫、脹裂、縮縫和持久性裂縫。由于裂縫的存在，使面板發(fā)生脫空、板塊活動(dòng)和唧泥，將造成混凝土面板出現(xiàn)錯(cuò)臺、剝落、起皮和龜裂以及傳力桿失效等問題。三是坑洞、露石和填縫料損壞。由于受到施工、材料供應(yīng)以及設(shè)計(jì)等諸多的因素的影響，造成了面板處出現(xiàn)了如坑洞、露石等質(zhì)量缺陷。填縫料損壞是指因填縫料的剝落、擠出、老化碎裂等原因，接縫內(nèi)逐漸被砂石、土等堵塞，阻礙了板的膨脹，引起板的壓軸、破碎和接縫剝落等損壞，表面水流入基礎(chǔ)，可導(dǎo)致基礎(chǔ)軟化或凍脹。
二、道路面板破壞原因分析
影響道路面板結(jié)構(gòu)質(zhì)量的因素較多，耐久性和強(qiáng)度是最重要的決定因素。道路面板既是功能層也是結(jié)構(gòu)層，其強(qiáng)度是決定道面結(jié)構(gòu)承載能力、耐久性和層面所需厚度的關(guān)鍵因素，面層板承受行車荷載和溫度應(yīng)力的彎曲作用，面層底面所產(chǎn)生的彎拉應(yīng)力和混凝土彎拉強(qiáng)度控制了面板厚度，而面板的做面工藝也應(yīng)滿足道面功能使用性要求，即必須有一定厚度的質(zhì)量均勻水泥砂漿，確保道面板能有效抵抗表面磨粒磨損和疲勞磨損。疲勞破壞是路面混凝土主要破壞形式，提高抗疲勞性能，延緩使用性能退化，其疲勞特性取決于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性和完整性，與選擇的混凝土和施工有關(guān)，保證減少混凝土的原生缺陷至關(guān)重要。另外，由于水泥混凝土的脆性和體積敏感性，降低彈性模量、減少溫度和濕度變形，對道面混凝土意義重大。具體而言，要控制好道面的溫度應(yīng)力、溫度翹曲變形、干縮應(yīng)力和荷載應(yīng)力，使其綜合應(yīng)力小于混凝土抗彎拉強(qiáng)度；要降低混凝土彈性模量、提高韌性，以減少脆性和體積敏感性；降低路面與基層接觸面的摩阻力，減少約束，降低應(yīng)力，以及提高基層的支承和傳荷能力。
1. 斷板
在荷載應(yīng)力作用下，道面板產(chǎn)生的抗疲勞應(yīng)力與變形產(chǎn)生的應(yīng)力總和超過了混凝土極限強(qiáng)度而產(chǎn)生的橫向或縱向以及板角的拉斷和折斷裂縫，縱縫、橫縫、斜向裂縫發(fā)展而折斷成兩塊以上的水泥混凝土路面板稱為斷板，基本特征是裂縫貫通面板全厚，嚴(yán)重的產(chǎn)生碎裂。
年溫差引起的脹縮應(yīng)力和日溫差引起的翹曲應(yīng)力，地基過大塑性變形，混凝土早期收縮變形，材料或施工引起的質(zhì)量（或強(qiáng)度）未達(dá)到要求，等等都有可能導(dǎo)致道面板出現(xiàn)斷裂。具體原因有以下幾點(diǎn)。
?。?I>1）路面板的厚度不足。在進(jìn)行公路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對交通量預(yù)測不準(zhǔn)，或者路基、基層、底基層的模量和材料參數(shù)選用不當(dāng)，或者由于投資等方面的原因而使路面厚度偏薄，當(dāng)荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力疊加超過混凝土的抗彎拉強(qiáng)度時(shí)．混凝土路面板就會產(chǎn)生裂縫并發(fā)展為斷板。
?。?I>2）混凝土配合比不當(dāng)。如果混凝土配合比不當(dāng)，或選用的原材料不符合要求，混凝土則會產(chǎn)生堿染料反應(yīng)或抗凍融性差。
（3）路基基層排水不良。如果路基及基層排水不良，使其長期浸泡于水中，會引起路基失穩(wěn)或強(qiáng)度不足。在自重和上部荷載的作用下，使路面產(chǎn)生不規(guī)則斷裂。如果裂隙水或邊溝水等滲入路基、基層和底基層，冬季凍脹時(shí)會使路面產(chǎn)生縱向開裂。
（4）行車超載不良影響。由于交通運(yùn)輸事業(yè)的不斷發(fā)展，大噸位車輛逐年遞增，單軸軸載比原設(shè)計(jì)計(jì)算的軸載增加幾倍，由于超重軸載與標(biāo)準(zhǔn)軸載的等級換算成16次方的關(guān)系，因此，超重超載車的增加是水泥混凝土路面使用期產(chǎn)生開列斷板的重要原因。
（5）路基的不均勻沉降。填挖相交結(jié)合處、土基密度不均勻部位、特殊地基路段、橋涵、構(gòu)造物附近、路基的邊緣等壓實(shí)機(jī)械難以施工的邊角部位，均可能發(fā)生不均勻沉降，由于路基產(chǎn)生不均勻沉降產(chǎn)生錯(cuò)臺，水泥混凝土路面必然會被架空，在行車荷載的作用下很容易出現(xiàn)斷板。
?。?I>6）基層水穩(wěn)定性不良。如果基層施工質(zhì)量不符合規(guī)范要求，強(qiáng)度不均勻或達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，在使用中基層松散或在滲透水作用下材料發(fā)生移動(dòng)，混凝土面板下脫空，當(dāng)受到的彎拉應(yīng)力大于混凝土板強(qiáng)度時(shí)，面板即發(fā)生斷裂。
?。?I>7）初期微裂縫的擴(kuò)展。在混凝土凝結(jié)硬化期間將發(fā)生收縮變形，在收縮中形成而未反映到表面的微小裂縫，經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，由于受到行車荷載及溫度應(yīng)力的雙重作用，原來微小裂縫逐漸發(fā)展、增長、變深，以致造成面板斷裂。
?。?I>8）由于脹縫板老化，破損，水泥混凝土面板的脹縫被泥沙、碎石等雜物填塞，或傳力桿失效等，阻礙了板塊的膨脹，過大的溫度應(yīng)力使面板邊緣脹裂破碎。
2. 唧泥、脫空、錯(cuò)臺
雨后基層中的細(xì)料從面板接縫和裂縫處與水一同噴出，并在接縫或裂縫附近有污跡存在，這種現(xiàn)象就是唧泥問題，由于唧泥造成沉陷、變形，使面板下產(chǎn)生脫空和錯(cuò)臺，在行車荷載作用下，產(chǎn)生斷板和角隅斷裂。其產(chǎn)生的原因主要是：
?。?I>1）路表排水不暢。
路表水沿著接縫或裂縫滲人基層或土基，使基層沖刷形成很多細(xì)粉料，在行車荷載的反復(fù)作用下，即發(fā)生唧泥問題。特別對于砂礫基層，其細(xì)料含量和塑性指數(shù)太高，則更會產(chǎn)生唧泥現(xiàn)象
?。?I>2）填縫料受到各種破壞。
如出現(xiàn)剝落、撤出、老化、碎裂，造成地表水從接縫處滲入基層，產(chǎn)生唧泥、沉陷、脫空和錯(cuò)臺。
?。?I>3）新加寬路面的沉縮。
舊路基因多年受到行車的碾壓，已處于變形穩(wěn)定狀態(tài)，而新加寬的路基在通車后有一個(gè)長時(shí)間的沉縮過程，因而在新舊路基交界處形成錯(cuò)臺。
（4）水泥混凝土路面防凍厚度不足。
當(dāng)冬季溫度下降到一定程度時(shí)，使路基產(chǎn)生冰凍，而在春季時(shí)路基中的冰凍開始融化，此時(shí)的水分不易向下或兩邊排出，路基便形成過濕狀態(tài)，此時(shí)路基的承載力降低，在受到行車荷載時(shí)，稀軟的泥漿便會從路面的裂縫中擠出。
（5）路基水土流失。
南方常年降雨量大，大量的地表水沖刷路基，造成路基水土流失，產(chǎn)生沉降、錯(cuò)臺。
（6）接合部路面錯(cuò)臺。
混凝土路面與橋頭接合部，由于橋頭路堤、引道及錐坡在施工時(shí)處理不當(dāng)、壓實(shí)度不夠等原因，橋頭路堤、引道錐坡產(chǎn)生沉陷，造成接合部路面錯(cuò)臺。
3. 路面板拱起
?。?I>1）由于脹縫板老化，破損，水泥混凝土面板的脹縫被泥沙、碎石等雜物填塞，或傳力桿失效、基層與面板之間的摩阻過大等，使板面的伸脹受阻，因而產(chǎn)生過大翹曲應(yīng)力而拱起。
?。?I>2）在凹形豎曲線的縱坡變換處沒設(shè)置脹縫，當(dāng)混凝土板發(fā)生膨脹時(shí)，在豎曲線兩端變形的板內(nèi)產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力，從而造成路面拱起。
?。?I>3）水泥混凝土路面防凍厚度不足，當(dāng)冬季溫度下降到一定程度時(shí)，使路基產(chǎn)生不均勻凍脹，而使路面板拱起。
（4）因地表水浸泡、沖刷，路基沉陷、膨脹變形，從而造成路面板拱起。
4. 表面磨損
表面磨損的原因是行駛的車輪不斷與道面板產(chǎn)生剪切與犁削作用和周期性擾動(dòng)，最終引起表層的局部斷裂和細(xì)骨料的脫落，破壞了道面功能性構(gòu)造特征。四、預(yù)防或降低水泥混凝土路面破壞的方法水泥混凝土道路作為一種特定的混凝土結(jié)構(gòu)暴露在自然環(huán)境中，不僅要受到水分、溫度等自然因素的影響，還要在車載作用下受到?jīng)_擊等作用，使路面結(jié)構(gòu)受力狀況更加復(fù)雜。筆者認(rèn)為，可從施工、材料供應(yīng)、設(shè)計(jì)等方面著手預(yù)防或降低水泥混凝土路面的破壞。
1. 設(shè)計(jì)方面
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，物流量大量增加，在混凝土新技術(shù)、新工藝和新材料日新月異的時(shí)代，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在水泥混凝土道路技術(shù)中的應(yīng)用尤為重要。
?。?I>1）路基的密實(shí)、均勻、穩(wěn)定及排水是路基設(shè)計(jì)時(shí)所必須妥善處理和解決的問題。路基是公路的重要組成部分，既是線路的主體，又是路面的基礎(chǔ)，路基質(zhì)量的好壞關(guān)系到整個(gè)公路的質(zhì)量及車輛的正常行駛。在設(shè)計(jì)路面時(shí)，一般要求路基處于干燥或中濕狀態(tài)，路基的干濕狀態(tài)在一定情況下也影響著路面厚度、土基回彈模量與路面材料回彈模量值，故公路路基充分壓實(shí)情況和使用要求是設(shè)計(jì)必須考慮的。要采用半剛性基層，適當(dāng)提高基層頂面回彈模量，以提高基層的支承和傳荷能力。基層剛度大，可減少板邊緣或角隅處撓度值，提高接縫的傳荷能力和耐久性，有效地防止唧泥、錯(cuò)臺、凍脹等病害，從而保證路面的整體性，延長路面的使用壽命。
?。?I>2）接縫設(shè)計(jì)和接縫材料?；炷涟逍柙O(shè)置各種類型的接縫，以減少伸縮變形和翹曲變形受到約束而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，并滿足施工的需要，在設(shè)計(jì)時(shí)要做到：
控制收縮應(yīng)力和翹曲應(yīng)力所引起的裂縫出現(xiàn)的位置；通過接縫提供足夠的荷載傳遞以及防止堅(jiān)硬的雜物落入接縫縫隙內(nèi)。同時(shí)在接縫材料的設(shè)計(jì)選擇上一定要大膽選用新材料、新技術(shù)和新工藝。
2. 施工方面
要合理安排好施工須序，嚴(yán)格做好配筋、模板工序質(zhì)量控制，應(yīng)振搗密實(shí)均勻，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格掌握混凝土路面的切縫時(shí)間、深度和位置，防止混凝土在早期強(qiáng)度較低的情況下產(chǎn)生收縮應(yīng)力導(dǎo)致混凝土板開裂或斷裂。
3. 材料方面
優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，控制好用水量和水泥用量，重視施工時(shí)混凝土的工作性，選用干縮較小的硅酸鹽水泥或普通水泥，級配合理、含泥量和有害成分較低的骨料，控制適當(dāng)?shù)纳奥?，?yīng)利用膨脹劑配制補(bǔ)償收縮混凝土，適當(dāng)摻加纖維材料等次要加筋材料來預(yù)防混凝土路面開裂。
