乌鲁木齐市水泥混凝土路面病害成因分析及对策.pdf

第 2 6卷 第 3期 2 0 1 0年 9月 北 京 建 筑 工 程 学 院 学 报 J o u r n a l o f B e i j i n g Un i v e r s i t y o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e VO 1 2 6 NO 3 Se p 2 01 0 文 章 编 号 ：1 0 0 46 0 1 1 ( 2 0 1 0) 0 30 0 1 70 4 乌鲁木齐市水泥混凝土路面病害成 因分析及对策 罗晓辉 ， 王伟 ( 北京建筑工程学院 土木与交通工程学 院，北京 1 0 0 0 4 4 ) 摘 要：水泥混凝土路 面的病 害对于行车速度、 安全及舒适性 具有重要影响对乌鲁木市三条主 要 水泥混凝土道路( 河滩路、 外环路 、 阿勒泰路) 的路况进行调查、 分析 ， 总结 出鸟鲁木齐市水泥混 凝土道路的典型病害， 分析其成 因， 在此基础上给 出了相应的预防措施 关键词 ：水泥混凝土路 面；路面病 害；裂缝 ；养护管理 中 图分 类号 ： U 4 1 8 6 文献 标 志码 ： A Ca us e An a l y s e s a n d Re s e a r c h S t r a t e g i e s o n t he Da ma g e o f Po r t l a n d Ce me nt Co nc r e t e Pa v e m e n t i n Ur umq i L u o Xi a o hu i ， W a ng W e i ( S c h o o l o f C i v i l a n d T r a ffic E n g i n e e r i n g ，B U C E A， B e ij i n g 1 0 0 0 4 4 ) A b s t r a c t ： T h e a m o u n t s o f d a m a g e i n P o r t l a n d C e me n t C o n c r e t e( P C C )p a v e me n t h a v e s i g n i f i c a n t e f f e c t s o n p e r f o r ma n c e d e t e r i o r a t i o n， s uc h a s t r a ffi c s p e e d，s a f e t y a n d c o mf o r t Ba s e d o n pa v e me n t c o n di t i o n e v a l u a t i o n i n t h e U r u m q i S t h r e e m a j o r P C C r o a d( H e t a n R o a d ，O u t e r R i n g R o a d a n d A h a y R o a d )a n d t r a ffic s u r v e y s ， t h e t y pi c a l d i s e a s e s o f PCC p a v e me n t a r e s u mma r i z e d a n d t he c o r r e s p o n d i n g t r e a t me n t me t h o d s ha v e b e e n r e c o mme n d e d a c c o r d i n g t o me c h a n i s m o f d i s e a s e s Ke y wo r d s：p o l a n d c e me n t c o n c r e t e p a v e me n t ；p a v e me n t d a ma g e；f r a c t u r e；ma i n t e na n c e a nd ma n a g e m ent 随着经济的发展 ， 乌鲁木齐市道路交通量迅速 增 加 ， 水 泥砼 路 面发生 病 害成 为普 遍现 象 ， 已建 的水 泥 混凝 土路 面 由于 受严 重 的路 面 病 害 ( 裂 缝 、 啃 边 、 碎 角 、 错 台 、 麻面 等 ) 、 产 生 过 度 的行 车 颠 簸 ， 已难 以 适 应交 通快捷 、 安 全 、 舒 适 的交 通 需 要 随着 近年 来 城市道路里程不断增加 ， 所暴露出来 的施 工技术 问 题 也 日益严 重 ， 再加上 乌 鲁 木齐 ( 以下 简 称 乌 市 ) 市 的交通 量增 长迅 速 ， 设 计 方 法 依 然停 滞 于 多年 前 的 经 验 ， 主要表 现 在施 工 工 期 不 科 学 和原 料 控 制 不 到 位 ， 同时后期 管 理手 段 落 后 等 众 多 因 素致 使 路 面使 用 年 限明显 降低 1 乌市水泥混凝土路面病 害调查 对 乌市 内三 条 主要 的水 泥 混凝 土 道 路 ， 即河滩 路 、 外 环路 、 阿勒 泰路进 行 了如 下几 个方 面 的调查 ： 表 1调查 内容 技术资料 调查 现场调查 路 面结构组合设计 前期设计情况 接缝设计 地勘情 况 路 面破损状况 结构承载能力 行驶质量 施 工工 艺及控 制情况 抗滑 能力 交 通 状 况 养 护历史 调查 路 基和路 面排水设计及使用状况 地下管线状况 收稿 日期 ： 2 0 0 1 0 61 7 作考 介： 罗晓辉( 1 9 6 6 一) ， 女， 副教授， 硕士， 研究方向： 道路与交通工程 l 8 北京 建 筑工 程 学院 学 报 2 O 1 O年 通过 调查 ， 现将 河 滩 路 、 外 环 路 、 阿勒 泰路 的调 查结 果汇 总 ， 如表 2 、 3所 示 表 2河滩路、 外环路 、 阿勒泰路技术资料调查结果汇总 接缝设计 板面划分 水泥混凝土板尺寸为 4m宽 、 5 m长 水泥砼 面层施工工艺采用插入式及平板器振捣技术 ， 切缝时 间基本 在成模 后 81 2 h或 2 0 3 4 温度 一一 时 ， 养生采用草袋覆盖、 洒水养护 ， 养生期 1 42 8 d 养 护 历 史 调 查 舸维 呈 潞 胖护 竺 结 构 承平 均 弯 叭 最 大 值 为平 均 弯 沉 值 l 0 5 ( 0 0 1 ra m ) 载 力 1 9 6 最小值为 5 6 交通状况 排水状况 靠近市区路段交通 量大 ， 双 向高峰小 时 交通量达 到了 1 0 0 0 0 p c u以上其他路 段交 通 量 呈 递 减趋 势 ， 最 低 仅 为 7 l 6 p c u ； 车型以小 客车为 主； 实际交 通量 比 预测交通量高出 3 0 以上 现状排水方式较为通 畅 平均弯沉值 1 0 5 ( 0 O 1 m m) ， 最 大值为 2 2 8 ，最小值为 1 1 7 双 向 、 时 交 通 量 最 ， 交通以客运为主， 流量分布不均匀 ； 交通 “ 苎 ： 为 ， 。 1 、8 p c u ， 交 通量 双 向 分 布 均 匀 ； 交 通 等 级 较 重 量 差 异 不 大 ； 交通 主要以小车为主 现状调查雨水 口的使用情况不容乐观 2 乌市水 泥混凝土路面典型病害成 因 分析 通 过调 查发现 乌市水 泥路 面的破 坏主要 形式是 纵横 向裂缝 ， 其次是 板边接 缝碎裂 、 脱 空 、 错 台 、 填缝 料丧失和脱落等病害以下针对存在的典型病害成 因进行 分析 2 1纵 向裂 缝成 因分析 水泥混凝土路面 的传荷顺序 为面层、 基层 、 垫 层 、 路基 面层板传 到路 基顶 面 的荷 载应 力值 很小 ， 一 般不 超过 0 0 5 MP a ， 因此路 基 的 支撑 均 匀性 显 得 第 3期 罗晓辉等 ：乌鲁木齐市水泥混凝 土路 面病害成因分析及对策 1 9 很重要调查显示外环路和阿勒泰路路均存在路基 换 填 土 的情 况 从 目前 存在 的 严重 纵 向裂 缝 可 以判 断 ， 可 能存 在填 料土 质不 均匀 、 湿 度不 均匀 、 冻胀 、 压 实不足等多种原因， 导致路基支撑不均匀 ， 在浇铸混 凝 土前 未 严 格 检 查 基 底 弹性 模 量 是 否 符 合 规 范 要 求 ， 在路基稍有沉降的情况下 ， 在板块 自重和行车压 力 作用 下 而产 生 纵 向开 裂 开 始 裂 缝 很 细 ， 一 般 在 0 0 5 mm， 但随着雨雪水浸入 和浸泡基层 ， 使基层表 面层浸软 、 液化而产生唧泥 、 淘空， 导致 应力集 中而 裂 缝加 大 2 2横 斜 向裂 缝成 因分 析 从 调查 钻 芯取样 可 以看 出横斜 向裂 缝 有 的是温 缩 裂缝 ， 有些 是 施 工 原 因造 成 的由表 2显 示 三 条 路 的路 基均 不 同程度 地存 在 土基 强度不 够 或不 均匀 及 混凝 土浇 注后 切 缝 不及 时 的现 象 ， 因 此造 成 板 底 各 断 面磨擦 系数 不 等 ， 在 没 切 缝 前 出 现 混凝 土 板 收 缩 ， 拉应 力 和温 度应力 集 中 ， 导 致 温缩裂 缝 出现 在 施 工 过程 中插 入 振捣 棒 时 应 是梅 花形 ， 如 果 在 一个 断 面插入 过多 ， 造 成这 一断 面浆 体过 多 ， 骨料 下沉集 中的分层离析 ， 至使下沉骨料集 中， 浆体含量 少 ， 收缩值小 ， 上层浆体集 中骨料少 ， 收缩值大 ， 这个 断 面很 容易 出现 收缩 的斜 横 向裂缝 由调 查 知道 施 工 时存 在 不 断 交 通 ， 半 幅施 工 的 情况 ， 这样便导致混凝土浇注在塑性强度时， 由于旁 边 重 型车辆 的行 驶 ， 产生 的振 动 ， 导致 混凝 土板 出现 裂缝 施 工 时 两 车料 相 接 处振 捣 时 没 有 特别 注 意 ， 振 捣 密度 不够 ， 蜂 窝较 多 ， 因而形 成 一个 强度 薄弱 的横 断 面 ， 也 容 易在 断面 上 出现横 向裂 缝 施 工 中因养 生不 及 时 ， 出现干 缩裂 缝 ， 这种 裂缝 窄 、 短 、 浅 ， 尽 管 它在 一 般 情 况 下 不会 影 响路 面 的正 常使用 ， 但它降低路面的耐磨性 ， 耐腐蚀性并加剧混 凝土的风化 ， 影响使用寿命 2 3接 缝破 损原 因 接 缝 是水 泥混 凝 土 路 面 的薄 弱 环 节 ， 出现病 害 的机率 大类 型 也多 ， 接缝 病 害 ， 损 坏 的形态 和影 响范 围主 要 包 括 ， 接 缝 挤 碎 ， 拱 起 ， 唧 泥 和 板 底 脱 空 ， 错 台、 填缝料丧失和脱落等几种病害 接缝破损主要是 由于接缝施工不 当( 包括缝板 不垂直上宽下窄 ， 传力 杆 ， 拉杆设 置不当等 ) ， 或者 因填缝 料剥 落 ， 挤 出 ， 老 化 ， 接 缝被 硬石 子 阻塞 ， 则 当 混 凝 土伸胀 时 ， 混凝 土板 的上 部产 生集 中压 实力 ， 在 超过 混凝 土 的抗 剪 强 度 时 ， 板 即发 生 剪 切 挤 碎 此 外 ， 板边混凝土振捣不密实 ， 强度降低 ， 或者接缝 中 渗入 水后 ， 导 致基 层 ， 路 基 软 弱 和唧 泥 ， 造 成 沿 接 缝 边缘 处板 底小 范 围 的脱落 ， 在行 车 荷载 反复 作用下 ， 也导 致接 缝 出现 碎裂 唧 泥和板 底脱 空 病害 是指板 接 裂缝 或边 缘下 的 基层细料被渗人并滞留在板底的有压水从缝 中或边 缘处 唧 出 ， 并 由此 造 成 板 底 面 与基 层 顶 面 出现 局 部 范围脱空接缝填缝料失效 ， 基层材料不耐 冲刷， 接 缝传荷能力差和重载反复作用是引起唧泥的主要原 因 调查 发 现 由 于养 护 不 到位 ， 排 水 系 统 有 大 部 分 已经 堵塞 造成 路基 排水 不 畅 ， 路 基 、 路面 被水 长期 浸 泡使 路 面产生 唧 泥现 象 ， 进 而 出现板 底脱 空 ； 另外 由 于基层材料局部松散 ， 路基 土压实 不均匀或基底不 均匀沉降同样会导致底板出现脱空在板缝填缝料 失效 和 车轮行 走 振 动 的作 用 下 ， 填 缝 料 会 被 挤 出 而 被车 轮带 走 2 4 小 结 通 过对 乌 市 三 条 水 泥混 凝 土 道路 的前 期设 计 、 施工 、 养护情况及现状病害的实地调查 ， 针对其出现 的病害特征 ， 联 系设计 、 施工及养护 中存在的问题 ， 对水 泥路 面病 害 的产 生 与发 展 大 致 分 析 ， 可 以得 出 结论 ： 病 害成 因受 三方 面 因素影 响 ， 与设计 、 施 工 、 养 护均 有一 定关 系 1 )设 计 ： 通 过调查 发 现设计 对 未来 交 通量 的预 测缺乏科学分析及认识 ， 如河滩路实 际交通量 比预 测值最高达到 4 3 9 ， 最小是 2 5 1 ， 预测交通量 严重 不 足 ， 由此 造 成设 计 面板偏 薄 、 路面 结构 强度偏 低 ， 不能适应及满足交通的结构承载要求 ； 三条路的 混凝 土板 抗压 强 度设 计 值 均 低 于 规 范 规 定值 ， 砼 板 厚度不满足规范要求 ， 水泥稳定沙砾 2 0 c m 回弹模 量均 达不 到设 计值 ， 导 致路 面 出现结 构性 损坏 2 )施工 ： 调查发现虽 然各标段是 同一设计 、 同 类环境下施工 ， 但产生不同病害， 说明施工工艺与质 量控 制对 病 害 的产 生起 着 重 要 的影 响 作 用 ， 主 要 表 现为 混凝 土 强度 达不 到设 计要求 、 压 实度 不 够 、 养 生 方法 不 当和养 生 时 间短 、 切 缝 时间控 制 不严 等方 面 3 )养护 ： 调查发现三条路均存在养护维修不及 时、 对各种病害没有采取针对性 的处理方法 ， 或在养 护中未对病害处理直接加铺沥青层造成反射裂缝存 在严 重 、 接缝 处 的填 料 基 本 损 失造 成 路 面 水 进 入 基 层 ， 加 速 了道 路病 害 的发 生 、 发 展 2 0 北京 建 筑工 程 学院 学 报 3 水泥混凝土路面病 害的对策研究 3 1设计 方面 我 国在水泥 混凝 土 路 面 的设计 计 算 理论 中 ， 尽管考虑了温度疲劳应力等因素 ， 但设计的板厚依 然较 薄 ， 难 于承受 巨大 的荷载 动力 破 坏作 用另外 ， 在实际应用 中， 过于相信应力计算， 而对水泥混凝土 路 面的典 型结构 物的研究 和实 际观 测 的较 少为此 在水 泥混凝 土路 面设 计 中， 应 该 由静 力 学 向动 力 学 发展 在 充分 考虑 冲击 动 荷 载对 路 面 的 作 用后 ， 适 当提 高技术 标准 和设 计 厚度 ， 以适 应 道 路不 断 增 长 的交 通量 的需要 在桥 头下挖 路 段 和填挖 路段 交换 频繁 的路基 上必须 深挖进 行补 强设计 并增加 相应 的 预算 ； 其次 ， 水泥混 凝土路 面基层 要达 到支撑 稳 固的 要求 ， 必须解 决基 层耐 冲刷和弯 沉均 匀性 问题 ， 即要 选用适 合本 地 区气 候特点 和交通 量要 求 的基 层材料 类型， 合理地设计性能优 良且适宜摊铺的集料级配 对台背填土进行认真处置的基础上， 如果可预见沉 降变形 过 大 ， 可采 用 薄层 沥 青 混凝 土 或 砌块 的过度 路 面形 式 ， 待 沉 降稳 定 后 ， 再 施 工 永 久 混 凝 土路 面 板 对 于乌市 ， 在路 基 基 层 下 建议 应 综 合 考 虑设 计 排水 和防冻 垫层 3 2施工方 面 传力杆 、 拉杆 的规格 、 位置 、 间距必须符合设计 要求 ， 必须 与接缝 侧壁 垂 直 与路 面 板 和路 面 中心线 平行嵌缝处的混凝土因受嵌缝板和传力杆的影响 一 般很 难一 次浇 注成 型且 不 易 振 捣密 实 ， 致 使 接缝 处 的混 凝土 强度偏 低 ， 为 此 应加 强 接缝 和板 角处 的 振捣 板件 成 型后 ， 根 据 施 工 时 的气 温 条 件及 时切 割并严格养生， 避免因切割不及时出现整体断裂或 养生不 及时水 泥混 凝 土在 水 化 作用 下 出现 空 隙 ， 造 成强度 不足 应尽 量断 交施工 ， 如 有 困难 ， 那么 现场 便道一 定要平 整 ， 避 免有 大的坑槽 和石块 ， 以免造成 混凝土 板在初凝 期 因行车振 动造 成 板体 断裂 当路 线纵坡 超过 2 时应 及 时 调 整摊 铺 ， 一定 要 顺 着 上 坡方向进行摊铺 ， 以免 因塌落度问题造成板体细小 的横缝 和板体 断裂 拆 除模板 一定 要注 意避 免 碰掉 板角 ， 以免造成 对称 的啃边 基 层施工 时 ， 应将 基层 材料集 中进行 厂拌 ， 并采 用摊铺机进行摊铺 ， 待基层整平压实后 ， 严格进行养 生 ， 防止基层 出现 干 缩 或 温缩 裂 缝 为 减少 路 基 土 的压 实变形 ， 增加 路基 强度和 稳定性 ， 必 须认真 进行 压实 ， 特别 是要加 强路 堤边部 的碾 压 ， 使 路堤横 向 的 密度 尽可能 均匀 不 要将两 种材 料性 质 差异 甚 大 的 路堤 相接 ， 而需要设 置 一个不 太长 的过 渡段 ， 在 桥头 或其它构造物与一般路堤相接处 ， 应进行加载 ， 甚至 超载预压加快地基沉降在可能的条件下 ， 可采用 透水性 砂砾 填筑 台背 后 的路堤 ， 以减 少 开放 交 通 后 的填 土沉 降 3 3管理 、 养护方 面 水 泥混 凝土路 面 的局部损 坏 ， 如 不及 时 、 有 效地 加以修复 ， 往往会引起损坏迅速发展 ， 其中最经常也 是最不能忽视的工作就是随时清扫和接缝 的养护 故对混 凝土 路面必 须 经 常 清扫 ， 不 让 路 面 上有 碎 石 及 其 它硬物 ， 以免受 车轮 反复碾 压而 破坏路 表面 ， 造 成麻 面 的产 生为 防止 接缝 的失 效必 须 及时 更换 已 老化 或损坏 的填缝 料 ， 使 接缝 填料保 持 良好 的状 况 ， 以防 止泥土 、 砂子 、 石子 、 水等进 入接缝 内 ， 从而 导致 路面的破坏对路面裂缝及早期病 害， 应及时进行 修复处理 ， 防止形成进一步的破坏再者 ， 还必须重 视路 面排水 系统 的养护 ， 经常疏 通路 面排水 设施 ， 防 止水通 过接缝 或裂缝 对路 面造 成破坏 公 路 的养 护 、 管 理 部 门 ， 除 了 日常 的养 护 工 作 外 ， 应 定时组 织有 资质 的检 测 或科 研 机 构进 行 路 面 状况调查， 及时制定养护工作计划， 确定养护 内容， 规范养护工作 ， 提高养护队伍素质和机械化的水平， 确 保公 路养 护的质量 此外 ， 还应 加 强路 政 的管 理 ， 严 格控 制超 载车辆 的行驶 参考 文献 ： 1 J T G F 3 0 -2 0 0 3 公路 水泥混 凝土 路面施 工技术 规范 s 北京 ： 人 民交通出版社 ， 2 0 0 3 2 J T J 0 7 3 1 2 0 0 1 公路水泥混凝土路面养护技术规范 s 北京 ： 人 民交通出版社 ， 2 0 0 1 3 J T G D 4 0 -2 0 0 2 公路水 泥混凝土 路面设计 规范 s 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 0 0 2 4 徐 宪 江最 新 公 路工 程 施 工 要 点 与通 病 防治 大 全 M 北京 ： 兵器工业 出版社 ， 2 0 0 1 5 郭 晓春 ， 张学 刚旧水泥混凝 土路面加铺 沥青罩 面前 的病害处理 J 山东交通科技 ， 2 0 0 6 ， 3 1 ( 2 ) ： 2 83 0 责任 编辑 ： 王克黎