（交通运输工程专业论文）平顶山市水泥混凝土路面破损预防和修补技术研究.pdf

东南大学工程硕士学位论文 摘要 水泥混凝土路面在使用过程中，由于荷载、环境、设计、施工等因素影 响，会出现路面的破损( 结构性破损和非结构性破损) ，常见的破损有：角裂、 横裂、接缝挤碎、错台、麻面、磨光等，对于这些破损，若不及时进行维修， 往往会造成水泥混凝土路面使用性能的下降，影响汽车行驶的安全性和舒适 性；为不影响正常的交通，提高水泥混凝土路面的使用质量、延长其使用寿 命，必须对其进行修补。本文根据结合工程调查的情况、结合一定的室内和 室外试验、参考相关文献资料，比较系统地研究了平顶山市水泥混凝路面 破损的特点、原因和各种预防措施、快速修补技术。主要内容包括： l 、系统总结了平顶山市水泥混凝土路面的特点，对水泥混凝土路面的破 损类型进行了归纳，并对工程实践中几种常见破损的原因进行了较深入的分 析。 2 、讨论了路基和基层对水泥混凝土路面的影响，并从设计、施工和养护 等方面提出了确保路基和基层质量的一系列工程措施。 3 、在对水泥混凝土路面破损原因分析的基础上，建议了预防水泥混凝土 路面破损，特别是路面开裂的若干较为实用的技术措施，并简要介绍了工程 中几种常用的水泥混凝土路面破损修补方法。 4 、通过大量的室内试验和试验路现场测试，研究了水泥混凝土路面薄层 快速修补技术。对不同胶粘剂、不同表面处治方法、不同配比的修补材料的 粘结抗压强度和粘结抗折强度进行了试验研究，并得出了合理的结论。 关键词：水泥混凝土路面破损 预防修补技术 东南大掌工程硕士学位论文 a b s t t a c t i nt h ec o u l s eo fu s i n gt h ec o u c i e tp a v e m e n t ，t h ep a v e n l e n tm a yd a l n a g e ( c o n s t r u c t i o nd a m a g ea n dn o n c o l l s t a c t i o nd a m a g e ) b e c a u s eo ft h e l o a d ， e n v i l o n n l e n t ，d e s i g n a n dc o n s t l u c t i o n t h ec o m m o n d a m a g e i sa s f o ll o w i n g ：c r o c o d i n g ，t r a n s v e r s ec l a c k ，c l e s c e n tc r a c k i n g ，f a u l t e ds l a b s ，1 o u g h s u | f a c e dp a v e m e n t ，p o l i s h i n g a sf o j - l h et h i n g sm e n t i o n e da b o v e ，i fn o tp r o p m l y l _ e p a i l e d ，t h e yw i l ld e c t l e a s et h el i f i eo fc o n c l e tp a v e m e n ta n da f f e c tt h es a f e t ya n d c o m t b l to l 、c a l d r i v i n g i no l d e rt op r o h m gh ep a v e m e n t sl i f e 1 e p a i ri n u s tb ed o n e a c c o r d i n gt o t i l ee n g i n e e l i n gi n v e s li g a t i o n ，i n d o o ra n do u t d o m e x p m i m e n t3 1 1 d r e l a t e dr e t e r e n c e s ，t h i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l ys t u d i e st h ec h a r a c t e r i s t i c s ，c a u s ea r , da s e l i e so l p t 。e v e n t i o nn l e a s u l e s ，r a p i d l yl e p a i t l i n gm e t h o d sf o rt h ec o n c t e tp a v e m e n t d a m a g e sa tp i n g d i n g s h a nc i t yh e n a j 1i i o v i n c e t h em a i nc o n t e n to f t h i sa l t i c l ei sa s t b l l o w i n g ： 1 t h ea l t i c l e s y s t e m a t i c a l l y s t l l l l l n a l i z e st h ec h a r a c t e l i s t i c sa n dd a m a g e c l a s s i f i c a t i o no fc o l l c l e lp a v e m e n lo l 、i i n g d i n g s h a nc i t ya n dd e e p l ya n a l y s i z e st h e c o l l l l l l o l ld a m a g ec a u s ei l l e n g i n e e , l u g 1 1 a c t i c e ， 2 f i l ea l 。t i c l ed i s c u s s e st h ee t l 爸c i so fs u b g l a d ea n db a s ec o u r s e0 1 1c o i c i e t p a v e l n e n t ，p u t t i l l gi m w a l das e r i e so l e n g i n e e l i n gn a e a s t l r e so fe n s t l l i n gt i l eq u a l i t y o fs u b g l a d ea n db a s ec o u l l s ei nt h el i g h to l d e s i g n c o a s t ! u c t i o na n dm a i n t e n a n c e ( t h ei o a d 3 o nt h eb a s i so l a n a l y s i so l 、d a m a g ec a u s eo fc o b c ! e tp a v e m e n t ，t h ep a l ) c i s u g g e s t s t h e p l a c t i c a l m e a s t l r e so t p t l e v e n t i n gp a v e n l e t l t sd a m a g e ，e s p ，s u b gm a d o c l a c k i n g a n di n t l o d u c e ss e v e r a lc o i l l n l o l l r e p a i l 。s o fc o n c r e tp a v e m e n ti n e n g i n e er i n g 4 t l u o u g h hg r e a td e a lo 、h a d o oz e x p e l i m e n ta n de x p e l i m e n t i n gi - ( ) a d s p o t t e s t i n g ，t h ep a p e r s t t l d i e st h e , - a p i d1 a p a i t i n gt e c h n o l o g yo t lt i l ec o n c r e tp a v e n l e n t t h i nl a y e l ，i td l a w sas o t l n dc o i l c u s i o na c c o l d i n gt ot h es t u d i e so fd if r e t e n t c o l l o i d i z i n ga g e n t ，e a t m e n to l 、l l o a dn i i l l t h c e ，j - e p a ij i n gm a t e l 。i a l sa n db o n ds t r e n g t h a g a i n s ti l l e s s t l l ea n dh i e a k a g e k e y w o l d s ：c o i i c i 。e tp a v e m e n t ；d a m a g e ；p l e v e n t i o n ；1 e p a i t i n g m e t h o d 东南大学工程硕士掌位论文 东南大学学位论文独创性声明 水人声叫所! 连交的学位沦文是我个人往导帅指导i 、进行的研究j l 。作成墩甜的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标往和致谢的地方外，沦文中刁i 包含其他人已经发表或 撰写过的形f 究成果，也不包含为获得东幽火学或其它教行机构惮学位或证邶m 使用过的材 料。与我一一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论义l ，作了j 确的酏咧并表_ i 了 谢意。 研究生签名 稍辑日期：一 东南大学学位论文使用授权声明 东南大事、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密沦文外，允许论文被查阅和借i 列，可以公枷 ( 包括刊登) 沦文的全部或部分内容。论文的公嘶j ( 包括刊臀) 授权东南大学研究驯皖办 理。 东南大掌工程硕士学位论文 第一章概述 第一节研究背景 公路是国民经济的命脉，由于其特有的优越性和灵活性，发挥着其他运 输方式不可替代的作用。公路建设又是国家主要的基础产业之一，它的迅速 发展，对于促进国民经济发展，拉动其他相关产业发展具有非常重要的意义。 国内外对公路建设的发展非常重视，世界上许多发达国家，如美国、法 国、德国、英国的公路运输占相当重要的地位。我国在十一届三中全会以来， 特别是“八五”以来，公路建设取得了长足的发展，截止2 0 0 2 年底，高速公 路、高等级公路的通车里程已超过2 万公里，其它公路达2 0 0 多万公里，公 路建设技术水平也不断提高。一个以国家高等级公路干线为骨架连接大、中 城市辐射乡村的公路网正在形成，公路事业的发展，为振兴经济，提高全国 各族人民的物质文件生活水平起到了极大的推动作用。 作为高级路面两大类型的沥青混凝土( 黑色) 路面和水泥混凝土( 白色) 路面，各有其优点和不足。在世界各国长期存在着所谓“黑白之争”。我国的 公路路面一直以沥青路面为主。由于我国沥青资源有限，沥青含蜡量高，数 量和质量均难以满足修筑高等级路面的需要，用于重交通的道路石油沥青大 量依靠进口，因此，9 0 年代以来，根据我国“水泥产量大、分布广、就地取 材”的资源条件和公路事业发展需要，交通部提出了“黑白并举”的路面发 展战略。对发展水泥路面又采取了“因地制宜，积极稳妥，确保质量，加快 发展”的十六字方针，水泥混凝土路面的发展速度明显加快。根据统计，1 9 9 4 年以来，每年的修建里程超过了1 0 0 0 0 k m 。 但是，随着社会的发展，公路交通量猛增，特别是重载车辆的增加，不 良地理环境的影响及施工质量等因素，造成了这些水泥混凝土路面的严重破 损，并且水泥混凝土路面维修困难、维修时间较长。如果不对这些破损产生 1 东南大掌工程硕士学位论文 的原因进行深入分析研究、根据分析的原因进行预防和修补，将严重制约水 泥混凝土路面的使用和发展。 第二节研究目的和主要内容 平项山市位于河南省中、西、南经济带的结合部，地理位置比较优越。 全市土地面积8 8 6 7 平方公里，人口5 3 9 万。平顶山是一个以煤、电、钢、轻、 化、纺为主的新兴工业城市，辖区内拥有丰富的煤、电、矿产、烟叶和旅游 资源，具有很大的发展潜力。但是，与其工业、资源城市不相协调的是平顶 l ij 市没有航空、海运和主要铁路运输条件，公路运输在平顶山市的交通运输 结构中占据着重要的位置。由于平顶山市在河南所处的特殊地理位置，使得 其在全省公路网中起着沟通南北、联结东西的重要作用。因此，为满足平顶 山市干线公路网发展的需要，上世纪八、九十年代，平顶山市投入了大量资 金修筑了几百公里高等级路面，其中水泥混凝土路面就有三分之一以上。 水泥混凝土路面具有强度高、刚度大、承载能力强等优点，但由于它是 种脆性材料，自身的变形能力较差，在弯曲断裂时表面相对拉伸变形很小。 混凝土路面板在受到超载、温度和湿度变化、基层强度降低、板下脱空及基 础彳i 均匀沉降等因素影响时最易产生断裂破坏。因此，平顶山市的水泥混凝 土路面经过几年或十几年的运营后均出现了不同程度的损坏，影响了公路交 通运输的安全效益。为了防止水泥混凝土路面破损的产生，就需要研究水泥 混凝土路面的特点和造成破损的原因、找到维修水泥混凝土路面破损的有效 措施，从而提高水泥混凝土路面的使用质量、延长其使用寿命。 水泥混凝土路面维修技术措施总的有：裂缝修补：接缝修补：局部或整 块板更换：表面局部损坏修补；板底灌浆抬高板块或加固地基；错台处理： 恢复抗滑能力等。裂缝修补主要足对于轻微断裂、裂缝无剥落或轻微剥落、 裂缝宽度小于3 姗的断板，采用灌入粘结剂的方法进行修补，粘结剂灌入力 2 东南大掌工程硕士学位论文 法分为：直接灌入法、喷嘴灌入法、钻孔灌浆法、注射器注射法。接缝修补 主要是对纵横缝的损坏进行修补，以防止灌缝料老化损失、雨雪水渗入路基 造成板块唧泥和坚硬石子落入缝内将板边挤碎。局部或整块板更换是指由于 接逢、裂缝渗水软化基层造成局部水泥板出现程度不同的裂缝而对损坏进行 的修补。表面局部损坏修补是指对坑洞、磨光、剥落等损坏的修补。板底灌 浆抬高板块或加固地基是对水泥混凝土路面和基层之间出现脱空而导致的路 面沉陷进行的修补。错台处理是对水泥混凝土路面板接缝两边出现的高差进 行的修补。恢复抗滑能力是对磨光的水泥混凝土路面板刻槽或锉痕形成粗糙 面的修补。 综上所述，角裂、横裂等几种开裂破损已有了比较成熟的修补技术，并 已经取得了较好的效果；其他几种破损( 如麻面、错台、坑洞、磨光、剥落 接缝挤碎等) 的水泥混凝土路面板还具有相当的使用性能，为恢复、延长其 使用寿命，需要进行修复工作，而特别在交通繁重的道路或城市道路水泥路 面的修复工作中，缩短施工和养护时间、减少交通延误时间又是十分重要的， 很有必要使用快速修补的技术。薄层快速修补技术就是采用高分子聚合物乳 液粘结剂，按比例掺在混凝土或砂浆中，从而提高混凝土或砂浆的抗弯拉强 度，增加其韧性，降低其脆度系数，同时还能提高混凝土的粘结力。施工时 对水泥混凝土路面损坏处进行清洁、拉毛等处理后，将胶乳水泥混凝土帖补 上去。厚度控制在2 0 5 0 m m ，经过4 小时后即可通车使用。 本文研究的目的就是根据平顶山市交通状况、气候特点、施工情况等因 素系统分析平顶山市水泥混凝土路面破损类型及其造成这些破损的原因和维 修方法，并结合工程实例详细研究平顶山市水泥混凝土路面破损快速修补技 术及其应用和推广价值。 东南大学工程硕士掌位论文 第二章水泥混凝土路面的特点及破损原因分析 第节水泥混凝土路面的特点 水泥混凝土路面是指以水泥混凝土板作为面层的路面，由面层、基层、 垫层、路基、路肩和排水设施等组成。按组成材料和施工方法的不同，水泥 混凝土面层可分为：无筋混凝土( 常称素混凝土或水泥混凝土) 、钢筋混凝土、 碾压混凝土、钢纤维混凝土、滑模摊铺混凝土、连续配筋混凝土及预应力混 凝土等。水泥混凝土路面具有下述特点： 1 、刚度大、强度高水泥混凝土具有较高的刚度、弹性模量，路面用水泥 混凝土具有较高的抗弯拉强度，设计抗折强度标准为4 m p a 5 5 m p a ，而实 际c 3 5 号混凝土的抗弯拉强度可达5 m p a 6 m p a ，同时还具有很高的抗压强 度。因而具有较高的承载能力和扩散荷载的能力。 2 、稳定性好 水泥混凝土的水稳性和温度稳定性均优于沥青混凝土，而且其强度能随 时间而增长。因而水泥混凝土路面具有能适应气候条件急剧变化的稳定性。 3 、耐久性好 由于混凝土的强度高和稳定性好，所以水泥混凝土路面的抗疲劳特性 好，使用寿命长，一般可使用2 0 4 0 年以上。 4 、抗侵蚀能力强 水泥混凝土对油和大多数的化学物质不敏感，具有较强的抗侵蚀能力。 5 、养护费用少 实践表明：在正常设计、施工和养护的条件下，水泥混凝土路面的养护 工作量和养护费用均比沥青路面小，约为沥青路面养护费用的1 3 1 4 。 6 、接缝多 东南大学工程硕士掌位论文 接缝多是水泥混凝土路面的突出特点，接缝是水泥混凝路面的薄弱 处，一方面增强了施工的复杂性，另一方面由于施工、养护不当会导致唧泥、 错台和断裂等病害的出现；同时接缝易引起行车跳动，影响行车舒适性。 7 、对超载敏感 水泥混凝土是脆性材料，一旦外荷载超出了混凝土的极限强度，混凝土 板便会出现断裂。 8 、不能立即开放交通 除碾压混凝土外，其他混凝土路面需要一定的养生期，以获得足够的强 度增长。因此混凝土路面完工后，需要隔一定时间( 一般1 4 d 以后) 才能开 放交通。 9 、修补困难 混凝土路面出现损坏后，修补工作较沥青路面困难。 1 0 、行车噪声大 与沥青路面相比，水泥混凝土路面行车噪声大。特别是使用的中后期， 由于接缝变形( 如缝宽加大、错台等) ，路表平整度降低，车辆行驶时的噪声 更大。 第二节混凝土路面破损类型 水泥混凝土路面损坏可分为裂缝类、接缝类、变形类、松散类和其它类 等几种类型。裂缝类主要指纵、横、斜向裂缝；变型类主要指唧泥、错台、 拱起；接缝类主要指纵缝和横缝的损坏；松散类主要指坑洞和层状剥落；其 它类主要指修补损坏。其损坏的分类分级见表2 1 。 东南大学工程硕士掌位论文 水泥混凝土路面损坏分类分级表表2 一】 损坏类型损坏特征分级标准计量单位 轻 缝隙宽小于3 r a m 的细裂缝 纵向、横 边缝有中等或严重碎裂，高度小 向、斜向裂面板断裂成2 块 中于1 3 咖错台的裂缝，缝度小于2 5 唧m 和块 缝 的裂缝 1 3 咖以上错台或缝宽大于2 5 舯 重 的裂缝 破碎板或交面板破裂分为3 块 轻板被裂分为3 4 块 板被裂分为5 块以上，或被中等m 和块 叉裂缝以上 重 裂缝分为3 块以上 轻 缝隙宽小于3 唧的细裂缝 裂缝垂直通底，并边缘有中等或严重碎裂，高度小 从角隅到断裂两端 由 于1 3 衄错台的裂缝，缝宽小于2 5 咖 板角断裂m 和块 的距离等于或小于的裂缝 板边长的一半 1 3 岫以上错台或缝宽大于2 5f i i 】 重 的裂缝 接缝或裂缝两边出 轻 错台量6 1 2 i l i j 错台处 现高差重 错台量 1 2 n i l i l 荷载通过时板发生 弯沉，接缝或裂缝 唧泥不分等级处 附近有污染或沉积 着基层材料 邻近接缝6 0 e r a轻 剥落发生在边角附近8 锄之内 内，或板角1 5 锄剥落范围大于8c 【1 1 ，碎块扳动， 边角剥落中 处 内，混凝土开裂或但不影响行车安全或不易损害轮胎 成碎块重影响行车安全或极易损害轮胎 接缝材料 填缝料剥落、挤 轻 约1 3 缝长出现损坏，水和杂 出、老化和缝内无 物易渗入或进入 条 破损 2 3 缝长出现损坏，水和杂物可 填缝料重 以自由进入，需立即更换填缝料 面板表面出现直径 坑洞为2 5 一l o c m 、深为不分等级块 1 2 5 c m 的坑洞 轻修补功能尚好，四周有轻微剥落 面板损坏修补后，中四周有中等剥落，且内部有裂缝 修补损坏块 重新又损坏 四周严重剥落，修补已损坏，需 重 重新修补 横缝两侧的板体发 拱起不分等级 处 生明显抬高 表面裂缝与 路面表层有网状浅 轻 面积小于等于2 0 板块面积 而细的裂纹或层状块 层状录8 落重面积大于2 0 板块面积 剥落 6 东南大学工程硕士掌位论文 第三节混凝土路面破损原因 水泥混凝土路面破损的发生，可分为外界因素、设计缺陷、施工缺陷以 及各种因素互相影响而引起的。因此，必须充分做好调查，查明原因，采取 针对性治理对策。各种破损原因分析如下： 一、水泥混凝土路面断板 由纵向、横向、斜向裂缝发展而产生的己完全折断成两块以上的水泥混 凝土路面板，称为断板。其特征是裂缝贯通全厚和板面。但斜向裂缝虽垂直 通底，而其从角隅到断裂两端的距离等于或小于板边长度一半的称为板角断 裂。混凝土路面板浇筑完成后，未完全硬化和开放交通就出现的断板称为早 期断板或施工断板。混凝土路面开放交通后出现的断板称为使用期断板或后 期断板。 温度应力与荷载应力超过混凝土的抗拉强度，水泥混凝土路面板就会产 生断裂并发展为断板。这些断裂，有的是在施工期间由于混凝土的初期收缩 受到阻碍而产生的拉应力超过了混凝土的抗拉强度而引起的横向裂缝；有的 是由于板块尺寸过大所产生的温度翘曲应力超过了混凝土的抗弯拉强度而引 起的横向裂缝；有的是由于地基的不均匀沉降或地基受侵蚀而使板底出现脱 空后，致使应力增加而引起的纵向、横向或角隅断裂；有的是由于车辆荷载 的多次重复作用，所产生的重复荷载应力超过了混凝土的疲劳强度而引起的 纵向或横向裂缝。 有的研究认为：水泥混凝土路面开裂的主要原因是混凝土的自身收缩( 包 括干燥收缩和温度收缩) 及其与基层问的强大的摩阻力( 包括静摩擦力和层 间粘结剪应力) ，因此减少或改善混凝土的自身收缩及其与基层的摩阻力，就 能有效地防止开裂。 下面将早期开裂断板和使用期开裂断板的原因作进一步的分析： 1 、早期开裂断板原因 7 东南大掌工程硕士掌位论文 ( 1 ) 、原材料不合格 a 、水泥安定性差，强度不足。水泥中的游离氧化钙( f - c a o ) 在凝结过 程中水化很慢，水泥凝结硬化后还在继续起水化作用，当f - c a o 超过一定限 量时，就会破坏已经硬化的水泥石或使抗拉强度下降。水泥强度不足也会影 响混凝土的初期强度，使开裂断板的机率大大增加。水泥的水化热高、收缩 大，也易导致开裂。 b 、集料( 砂、碎石等) 含泥量及有机质含量超标。水泥混凝土中水泥石 与骨料的界面粘结不良，往往是产生初期开裂的薄弱部位。集料的含泥量和 有机质含量超过规范要求，必然会造成界面缺陷，容易开裂。另外，有资料 表明，在同样的水灰比条件下，石灰岩、石英岩等亲水性骨料与水泥石界面 粘结力大，花岗岩等亲水性差的骨料则反之。 ( 2 ) 、基层标高失控和不平整 a 、基层标高失控，造成路面厚度不一致，过薄或厚薄交界处将成为薄弱 断面，在混凝收缩时，难以承受拉应力而开裂。 b 、基层不平整会大大地增加其与混凝土界面的摩阻力，易在较薄弱路面 开裂。 c 、用松散材料处理基层标高失控或不平整时，上层混凝土拌和物的水分 或砂浆会下渗或被基层吸收，使下部混凝土变得疏松，强度下降。 ( 3 ) 、混凝土配合比不当 a 、单位水泥用量偏大。混凝土中引起收缩的主要是水泥石部分，过多的 水泥用量，必须会导致较大的收缩。 b 、水灰比偏大。水泥完全水化的最低水灰比约为0 2 6 o 2 9 ，施工中 采用较高的水灰比是为了满足和易性需要。但偏大的水灰比，增大了水泥水 化初期骨料表面的水膜厚度，影响了混凝土强度。 c 、施工中计量不准，尤其是未根据集料中的含水量及时调整用水量，会 东南大学工程硕士掌位论文 影响混凝土的配合比的准确性，从而影响其初期强度。 d 、般情况下，混凝土配合比按“饱和面干”状态设计，如使用长期在 日光爆晒下的过干骨料，会大量吸收拌和用水而影响水灰比的准确性，影响 混凝土强度。 ( 4 ) 、施工工艺不当 a 、搅拌不足或过分，振捣不密实，形成的混凝土强度不足或不均匀，易 导致早期开裂断板。振捣时间不易过长，否则会造成分层，粗骨料沉入底层， 细骨料留在上层，强度不均匀，表面收缩裂缝增加。 b 、混凝土拌和时，如果水泥或集料温度过高，再加上水泥的水化热，会 使混凝土拌和物的温度很高，在冷却、硬化过程中会使温差收缩加大，导致 开裂。 c 、混凝土浇筑间断。因停电、机械故障、运输不畅、气候突变、停料等 原因使混凝土浇筑作业中断，再浇筑时未按施工缝处理，新旧混凝土由于结 合不良和收缩不一致会形成一条不规则的接缝。 d 、养生不及时或养护方法不当。尤其是气温高，湿度小，风速大的不利 条件下，就会使混凝土表面水分蒸发太快，从而形成干缩裂缝。 e 、切缝不及时。由于机具故障或操作人员切缝时间掌握不准确或切缝深 度不足，造成混凝土内应力集中，在混凝土板的薄弱处形成不规则的贯穿裂 缝。 f 、施工车辆过早通行。某些施工作业面，由于受到地理条件的限制或因 混凝土养护作业需要在混凝土强度不足条件下过早地通车，产生荷载应力， 这是产生裂缝的又一个原因。 g 、采用真空吸水工艺时，如果因两吸垫之间未重叠而导致漏吸，则漏吸 处水灰比较两侧大，混凝土强度较低，收缩也大，会形成薄弱环节而开裂。 h 、传力杆安装不当，上下翘曲，则在混凝土伸缩和传力过程中混凝土就 东南大学工程硕士掌位论文 会被破坏，形成裂缝损坏。 i 、在曰温差较大的季节和地区，混凝土表面修整过程中，要避免阳光直 射，整修后要及时覆盖养生，防止混凝土白天过多的升温，造成夜间降温时 收缩过大。 ( 5 ) 、边界原因 a 、在双幅路面施工中，已浇筑一边的缩缝在另一边未开始浇筑前已经裂 通，气温下降一定幅度时，断裂的缩缝两边混凝土板收缩，这样后浇筑还未 切割的混凝土板受到极大的拉应力，而这时其混凝土强度还较低，当拉应力 大于混凝土初期抗拉强度时，就会在先浇筑板缩缝对应位置发生不规则裂缝。 b 、有中央分隔带路缘石等的高速公路和街道施工中，路缘石常设有混凝 土平基背座，由于路缘带先于路面施工，当温度下降时路缘带本身会收缩， 路缘带下半部具有粗糙面会带动初期强度很低的混凝土面板在路缘带裂缝处 产生边界裂缝。 c 、同样原因，如果基层稳定层已经发生裂缝，裂缝两边基层在气温下降 时收缩，由于摩擦力作用，同样也会带动上面初期混凝土面板开裂。 2 、使用期开裂断板原因 ( 1 ) 、设计不当 a 、路面厚度偏薄。根据美国的研究资料，路面的使用寿命与路面厚度成 五次方关系，如果设计时交通量调查不准，路基、底基层、基层的模量和材 料参数选用不当等原因而使路面厚度偏薄，就会使路面寿命缩短，过早地出 现开裂、断板。 b 、板块平面尺寸不当。水泥混凝土路面直接暴露在大气之中，一年四季 大气温度、湿度周期性的变化，以及每一昼夜气温的变化，都会使得混凝土 路面板在不断的伸缩和翘曲中处于拉应力和压应力的反复交替作用状态，此 拉、压应力称为温度应力。混凝土板越长，温度应力就越大。若设计时板块 东南大学工程硕士掌位论文 过长或长宽比例不当，温度应力超出容许范围，路面板即产生开裂断板。 c 、混凝土原材料的配合比不当，混凝土产生碱集料反应或抗冻融差等耐 久性问题。 d 、排水设计不当。 ( 2 ) 、超重车的影响 由于交通运输业的迅速发展，大吨位车辆逐年增多，单轴轴载比原设计计 算轴载增加几倍，由于轴载等效换算系数，= ( 詈) ”，即超重轴载与标准轴载 换算成1 6 次方关系，所以，超重车的增加是水泥混凝土路面使用期开裂断板 的重要原因。 ( 3 ) 、路基不均匀沉降 路基不均匀沉降主要发生在： a 、填挖相交断面处，半填半挖结合处，新老路基交接处，土基密度不同 部位。 b 、软弱地基、湿陷性黄土以及采空区、陷穴等特殊路段。 c 、桥涵、构造物附近压实机械难以施工的部位。 d 、路基不同填料的界面或层面。 e 、压实度不足。压实不均匀路段，在路面长期使用过程中，由于水温条 件的变化和行车荷载作用，路基产生不均匀沉降，致使沉降量不同的结合面 产生错台，面板由于荷载作用导致断裂。 ( 4 ) 、基层失稳 a 、基层施工质量不好，强度不均匀或较低，使用中基层松散或在渗水作 用下材料被吸往一边，面层脱空，当受到弯拉应力大于混凝土板强度时面板 即发生断裂。 b 、面层接缝填封料失效，板的弯沉使空隙内的积水变成有压水，侵蚀冲 刷基层，并沿接缝缝隙喷出，即产生唧呢。如果唧泥现象不断产生，面板边 东南大学工程硕士学位论文 缘部分将失去支承，在荷载作用下产生断裂。 ( 5 ) 、初期微裂缝的扩展 初期混凝土收缩形成未反映到表面的微小裂缝，使用一段时间后，受行 车荷载及温度应力的双重作用，部分裂缝将逐渐增长、变深，以至造成面板 断裂。 ( 6 ) 、排水不良 a 、路基及基层排水不良，长期受水浸泡，引起路基失稳或强度不足，使 路面产生不规则断裂。 b 、裂隙水或边沟水等渗入路基、基层和底基层，冬季冻胀时使路面产生 纵向开裂。 ( 7 ) 、桥( 涵) 面铺装损坏 钢筋混凝土明盖板桥涵上的水泥混凝土路面铺装层，由于厚度不足或与 盖板、涵台结合部处理不当，在行车作用和盖板胀缩下，产生层间搓动和面 板断裂。 某些产生初期断板的原因也会在使用期继续强化，导致路面开裂、断板 或使破损更趋恶化。 二、裂缝 裂缝包括纵向、横向、斜向和交叉裂缝。纵、横、斜向裂缝的损坏特征 是指通底的裂缝，将板块分割为两块或三块，初期可能未贯通板面，但终将 发展为贯通板面；交叉裂缝是裂缝相互交叉，将板割为三块以上( 又称破碎 板) 。产生裂缝的原因是： l 、重复荷载应力、翘曲应力及收缩应力等综合作用。 2 、水的浸蚀及过大的竖向位移的重复作用，使基层受到侵蚀产生脱空。 3 、土基和基层强度不够。 4 、接缝拉开后，丧失传荷能力，在板的周边产生过大的荷载应力。 东南大学工程硕士掌位论文 5 、水泥质量差、不稳定；粗细集料质量差。 6 、施工操作不当，养生不好。 三、板角断裂 板角断裂是一条垂直通底且与板角两边接缝相交的裂缝，从板角到裂缝 两端点间的距离分别等于或小于端点所在板长的一半。其损坏原因通常是由 于板角处连续荷载作用，基础支撑强度不足或翘曲应力等因素综合作用而产 生。 四、接缝材料破损 水泥混凝土路面的接缝分为纵缝和横缝。横缝又分为胀缝( 真缝) 和缩 缝( 假缝) 两种。胀缝在使用中随气温而变化，气温上升时填缝料会被挤出； 当气温下降填缝料不能恢复使缝中形成空隙，泥、砂、石屑等杂物侵入，成 为再次胀伸时的障碍，且雨雪水亦能沿此空隙渗入，损坏基层和垫层，造成 路面接缝处的变形和破损。缩缝的变化较小，但经过若干次收缩，能把假缝 折断成真缝，填缝料自身的老化，也会造成象胀缝一样的后患。施工、养护 不规范，切缝、清缝不及时或没有达到规定的深度，也是造成接缝破损的原 因之一。 五、边、角剥落 边、角剥落是指接缝两侧各6 0 c m 宽度内或板欠角1 5 c m 范围内的碎裂。 其原因是： l 、接缝落入坚硬的杂物，板在膨胀时产生了超应力，边缘被硬物挤碎。 2 、重交通荷载的重复作用。 3 、传力杆设计或施工不当。 4 、接缝处混凝土强度低。 六、错台 错台是指接缝处相邻面板的垂直高差。其产生的原因是： 东南大学工程硕士掌位论文 1 、路面板在车辆轴载的作用下，造成接缝处板块不均匀下沉。 2 、在温度和湿度梯度作用下，板在接缝处产生翘曲。 3 、横缝处未设置传力杆。 4 、施工操作不当。 七、唧泥 唧泥是指车辆通过时基层细料和水一起从板接缝处挤出，逐渐使基础失 去支撑能力，在荷载的重复作用下，最终将产生板断裂的现象。产生的主要 原因是填缝料损坏，雨水下渗和路面排水不良。 八、拱起 拱起是指横缝两侧的板体发生明显抬高的现象。其产生原因主要是缝被 硬物阻塞，或胀缝设置不当，使板受热时不能自由伸长。 九、表面裂纹与层状剥落 表面裂纹是指浅而细或发丝状的网状裂纹，仅产生在路面表层。在车辆 荷载的作用下，它会发展为深度6 1 2 r a m 的表层层状剥落。其产生的原因是 水灰比过大、过度抹面、养护不及时、用盐化冰雪、冻融循环和集料质量低 劣、水泥中的碱( 氧化纳及氧化钾) 与集料中的某些特定矿物质发生碱硅反 应等。 十、坑洞 路面板表面呈现孔洞状的破损现象。直径一般为2 5 l o c m ， 深为 l 5 c m 。其原因是： 1 、施工质量差或混合物材料中夹带朽木、纸张和泥块等杂物。 2 、某些车辆的金属硬轮或掉落硬物的撞击。 十一、修补损坏 修补损坏是路面板损坏修补后的再次损坏。其主要原因是： 1 、原有病害没有根治。 2 、修补质量差。 3 、交通荷载过大。 东南大学工程硕士掌位论文 第三章路基对水泥混凝土路面破损的影响 第一节路基的基本特点 路基是公路工程的重要组成部分，它既是路面的重要主体，又是路面的 基础。它是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构筑物，承受由路面传 递的荷载，必须具有足够的强度和稳定性。路基的强度和稳定性是保证路面 强度和稳定性的基本条件，同时，提高路基的强度和稳定性，又可以减少路 面厚度，进而降低路面造价。 通常根据公路路线设计确定的路基标高与天然地面标高的不同，即填挖 情况的不同，路基横断面可归纳为四种类型：路堤、路堑、半填半挖、不填 不挖。路堤是指全部用岩土填筑而成的路基，根据填土高度又可分为矮路堤、 高路堤和一般路堤；路堑是指全部在天然地面开挖而成的路基；上述两种路 基是路基的基本类型。当天然地西横坡大，且路基较宽，需要一侧开挖而另 一侧填筑时，称为半填半挖路基，它是丘陵或山区公路路基的主要形式。不 填不挖路基是指在标高与原地面标高大致相同的路基，主要用于干旱的平原 区和丘陵区以及山岭区的山脊线。 路基要具有足够的强度、足够的水稳定性及足够的冰冻稳定性。 第二节路基质量对水泥混凝土路面的影晌 一、路基的质量问题 路基裸露在大气中，经受土体自重、行车荷载和各种自然因素的作用， 路基的各个部位将产生变形。路基的变形分为可恢复的变形和不可恢复变 形，路基的不可恢复变形将引起路基标高和边坡坡度、形状的改变。严重时， 造成土体位移，危及路基的整体性和稳定性，造成路基的各种破坏，引发基 层和混凝土面板的各种病害。路基的主要病害有以下几种。 】s 东南大学工程硕士掌位论文 第一种是路基沉陷 路基沉陷是指路基表面在垂直方向产生较大的沉落。路基的沉陷可以有 两种情况，一是路基本身的压缩沉降；二是由于路基下部天然地面承载能力 不足，在路基自重的作用下，引起沉陷或向两侧挤出而造成。 路基的沉缩是因路基填料选择不当，填筑方法不合理，压实度不足，在 路基堤身内部形成过湿的夹层等因素，在荷载和水温的综合作用之下，引起 路基沉缩。 地基的沉陷是指原天然地面有软土、泥沼或不密实的松土存在，承载能 力极低，路基修筑前未经处理，在路基自重作用下，地基下沉或向两侧挤出， 引起路基下陷。 第二种是边坡滑塌 路基的边坡滑塌是最常见的路基病害，根据边坡土质类别、破坏原因和 规模的不同，可分为溜方和滑坡两种情况。 l 、滑方：由于少量土体沿土质边坡向下移动所形成。溜方通常是指边坡 上表面薄层土体下溜。主要是由于流动水冲刷边坡或施工不当而引起的。 2 、滑坡：一部分土体在重力作用下沿某一滑动面滑动。滑坡主要是由于 土体的稳定性不足所引起的。 路堤边坡坡度过陡，或边坡坡脚被冲刷淘空，或填土层次安排不当是路 堤边坡发生滑坡的主要原因。 路堑边坡滑坡的主要原因是边坡高度和坡度与天然岩土层次的性质不相 适应。粘性土层和蓄水的砂石层交替分层蕴藏，特别是有倾向于路堑方向的 斜坡层理存在时，就容易造成滑动。 第三种是路基沿山坡滑动 在较陡的山坡填筑路基，若路基底部被水浸湿，形成滑动面，坡脚又未 进行必要的支撑，在路基自重和行车荷载作用下，整个路基沿倾斜的原地面 东南大学工程硕士掌位论文 向下滑动，路基整体失去稳定。 第四种是不良地质和水文条件造成的路基破坏 公路通过不良地质条件( 如泥石流、溶洞等) 和较大自然灾害( 如大暴 雨) 地区，均可能造成路基的大规模破坏。 第五种是路基的冻融破坏 我国季节性冰冻地区的路基，不仅受到交通荷载的作用，同时受到季节 性冰冻作用，使路基出现周期性的冻融循环状态，并同时引发以下冻胀病害 的产生：路面不均匀冻胀破坏路面平整度，路面产生裂缝及融化时路基强度 急剧降低。 第六种是桥台台背、涵洞两侧及涵顶、挡土墙墙背的填筑，由于场地狭 窄，又要保证不损坏构造物，填筑压实比较困难，而且容易积水。如果填筑 不良，完工后填土与构造物连接部分出现沉降差，就会发生跳车，影响行车 的速度、舒适与安全，甚至影响构造物的稳定。 第七种是路床顶面凹凸不平、平整度差，而在下道工序路面基层施工时， 使路面基层( 半刚性基层) 厚薄不均( 形成变截面) ，在温度应力及汽车动荷 载作用下极易断裂，造成反射裂缝导致路面开裂。 二、路基的质量问题对水泥混凝土面板破损产生的影响 1 、路基的不均匀沉降和路基排水不良均可引发水泥混凝土面板的不规则 断裂。 2 、路基的填挖相交断面处、半填半挖结合处、新老路基交接处，土基密 度不同部位，桥涵、构造物附近难以压实部位，路基的不同填料的界面或层 面，压实不均匀路段，以及冻融地基、软弱地基、湿陷性黄土、采空区、陷 穴等特殊路段，均能导致路基不均匀沉降，致使沉降量不周的水泥混凝土面 板部位产生较大的弯拉应力，导致板的断裂。 3 、路基排水不良，长期受水浸泡，引起路基失稳或强度不足，致使水泥 东南大学工程硕士学位论文 混凝土面板失去支撑的基础，进而产生路面的不规则断裂。另外，裂隙水或 边沟水等渗入路基，冬季冻胀时易使水泥混凝土面板产生应力集中，导致面 板开裂。 第三节路基质量控制措施 为提高路基的稳定性，防治各种质量问题的产生，避免引发基层和混凝 土面板的各种病害，平顶山市主要从路基排水、路基开挖和填筑、路基土方 压实、桥涵构筑物处的土方填筑、路基整体弯沉控制等方面着手，认真做好 路基的质量控制。 一、路基排水 1 、路基施工中，各施工层表面不应有积水，填方路堤应根据土质情况和 施工时气候状况，做成2 4 的排水横坡。挖方施工中路基各层顶面的纵、 横坡，应根据路堑横断面形状、路线纵坡的大小、路堑施工断面长度和施工 方法等因素确定，确保在施工过程中，能及时使雨水排走。 2 、雨季施工或因故中断施工时，必须将施工层表面及时修理平整并压实。 3 、当地下水位较高而设计未做出具体方案时，应采取疏导、堵截、隔离 等工程措施。 4 、施工过程中，当路堑或边坡内发生地下水渗流时，应根据渗流水的位 置及流量大小设置排水沟、集水井、渗沟等设施降低地下水位或将地下水排 走。 5 、路基施工前应先做好截水沟、排水沟等排水及防渗设施，特别是多雨 地区和雨季施工更应加强这方面的工作。排水沟的出口应通至桥涵进出口 处；排、截水沟挖出的废土应堆放在沟与路堑边坡顶一侧，并予以夯实。 二、路基的填筑、开挖及压实 ( 一) 、填方路基 东南大掌工程硕士学位论文 1 、原地面清除干净。填土前，必须将原地面上杂草、树根、农作物残根、 腐殖土、垃圾杂物全部清除，并应根据填筑范围内清理留下的坑、洞、墓穴 填平，用原地的土或砂性土回填，分层夯实至填筑高程。 2 、注意选用填方材料。 ( 1 ) 、填筑路堤的土方，不得使用淤泥、腐殖土，或含杂草、树根等以及 含水饱和的湿土，所用填土应与旧路堤相同最好，否则，宜选用透水性较好 的土。 ( 2 ) 、液限大于5 0 、塑性指数大于2 6 的土，以及含水量超过规定的土， 不得直接作为路堤填料。需要应用时，必须采取满足设计要求的技术措施， 经检查合格后方可使用。 ( 3 ) 、钢渣、粉煤灰等材料，可用作路堤填料，其他工业废渣在使用前应 进行有害物质的含量试验，避免有害物质超标，污染环境。 ( 4 ) 、捣碎后的种植土，可用于路堤边坡表层。 ( 5 ) 、路基填方材料，应有一定的强度。高速公路及一级公路的路基填方 材料，应经野外取土试验，符合表3 1 的规定时，方可使用；二级及二级以 下的公路路基填方材料，亦宜按表3 1 的规定选用。 路基填方材料最小强度和最大粒径表表3 1 项目分类填料最小强度( c b r ) ( )填料最大粒径 ( 路面底面以下深度) 高速公路及一级公路二级及二级以下公路 ( c m ) 上路床( o 3 0 c m )8 0 6 o1 0 路 下路床( 3 0 8 0 c m ) 5 o4 01 0 上路堤( 8 0 1 5 0 c m ) 4 0 3 0 1 5 堤 下路堤( 1 5 0 c m )3 02 01 5 零填及路帮路床o 3 0 c m ) 8 06 ，01 0 3 、防止路中积水。填土过程中，应由路中向路边进行。可分段分层填筑， 先填低洼地段，后填一般路段，须保持有一定的路拱和纵坡，随时防止雨水 1 9 东南大掌工程硕士学位论文 聚积，影响填方质量。 4 、分层填筑，防止贴坡。填方必须根据路基设计断面分层填筑、分层压 实。采用机械压实时，分层的最大松铺厚度，高速公路和一级公路不应超过 3 0 c m ；其他公路，按土质类别、压实机具功能、碾压遍数等，经过试验确定。 但最大松铺厚度，不宜超过5 0 c m 。填筑至路床顶面最后一层的最小压实厚 度，不应小于8 c m 。路基填筑压实的宽度应不小于设计宽度，以便最后削整 边坡。严禁边坡不足，进行帮宽贴坡。 5 、加宽旧路堤时，阶梯相互搭接。为使新、老土密结粘合，旧路加宽必 须挖成向内倾斜的阶梯以利分层搭接，各阶宽度不小于1 米；加宽材料宜与 旧路相同或用透水性较好的土；当新填土方纵向划分若干路段施工时，亦应 留有阶梯，以便逐层相互搭接进行压实。 6 、排水清淤填筑路基。当路基穿过河洼、水塘等，应在路基坡脚以外两 侧筑土坝( 由土袋堆筑) ，排除坝与坝之间积水，并清除淤泥后，在河床( 或 塘底) 可先铺一层砾石砂、粗砂或碎石( 透水性良好的材料) ，厚约1 5 c m 3 0 c m ，作为隔离层，然后分层填筑分层夯实。 7 、当路堤稳定受到地下水位影响时，应在路堤底部填以水稳性优良、不 易风化的砂、砂砾、碎石等材料或采用无机结构料( 生石灰粉、水泥等固化 材料) 进行加固处理，使基底形成水稳性