（道路与铁道工程专业论文）水泥混凝土路面病害分析及防治研究.pdf

摘要 摘要 近年来我国公路建设得到迅猛发展，作为公路工程的关键技术的路面工程 同样得到迅速发展，其中包含水泥混凝土路面的广泛推广和使用。但随着水泥 混凝土路面的广泛推广应用，也相应暴露出一些与设计、施工及使用相关的病 害。这些病害处理不好，将会严重影响行车速度、行车安全、行车舒适性，增 加油耗，加速车辆损坏。因此研究各种病害的机理，做到在设计、施工中如何 防止该类路面病害，并对使用中可能出现的病害采取适当的措施加以治理，一 直是公路建设者们追求的目标。 本文结合石家庄地区3 0 7 国道石家庄市区至良村段、3 0 7 国道石家庄西复线 ( 石获北线) 植物园路至鹿泉海山大街段等几条水泥混凝土路面病害调查，在进 行大量现场调查、资料查阅的基础上，对水泥混凝土路面病害进行了分析、归 类、评定，对产生这些病害的原因( 包括设计、施工、使用等方面) 进行了分 析，研究了水泥混凝土路面病害机理，从结构组合设计、路面排水系统、缩缝 传力杆设置、原材料质量控制和大型机械化施工等方面详细阐述了如何预防这 些病害的出现。结合张石高速石家庄段鹿泉连接线、石闫公路石家庄至平山县 城段、京赞线白砂至鹿泉县城段、羊曲线曲寨至大河段等几条水泥路面不同类 型病害的处治，对已有水泥混凝土路面病害的处治提出了有益的建议。 关键词：水泥混凝土路面病害预防 处治机理 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h eh i g h w a yc o n s t r u c t i o nh a sb e e nr a p i d l yd e v e l o p e d ，a st h ek e y t e c h n o l o g y ，t h ep a v e m e n th a sb e e na l s or a p i d l yd e v e l o p e d ，w h i c hi n c l u d e st h ew i d e l y p r o m o t e da n du s e do ft h ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t h o w e v e r , 、析t 1 1t h ec e m e n t c o n c r e t ep a v e m e n tb e i n gp r o m o t e daw i d er a n g eo fa p p l i c a t i o n s ，i ta c c o r d i n g l y e x p o s e ds o m ed i s e a s e si nt h ed e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n du s i n g i ft h e s ed i s e a s e s c o u l d n tb eh a n d l e dp r o p e r l y , t h e yw o u l ds e r i o u s l ya f f e c tt h et r a f f i cs p e e d ，t r a f f i c s a f e t y , d r i v i n gc o m f o r t ，i n c r e a s e df u e lc o n s u m p t i o na n ds p e e du pt h ed a m a g e d v e h i c l e s s ot h es t u d yo ft h ev a r i o u sd i s e a s e so ft h em e c h a n i s m ，p r e v e n t i n gt h e d i s e a s ei nd e s i g na n dc o n s t r u c t i o n ，a n dt a k i n ga p p r o p r i a t em e a s u r e st og o v e r n a n c et h e p o s s i b l ed i s e a s e si st h ep u r s u i n gg o a lo ft h er o a db u i l d e r s b a s e do nt h ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n td i s e a s es u r v e yo ft h e3 0 7n a t i o n a lr o a d f r o ms h i j i a z h u a n gt ol i a n g c u n ，t h e3 0 7n a t i o n a lr o a ds h i j i a z h u a n gw e s tp i p e l i n e ( t h en o r t hl i n eo fs h i ji a z h u a n gt ol u q u a n ) b o t a n i c a lg a r d e nr o a dt ol u q u a n h a i s h a ns t r e e te t c o nt h eb a s i so fl a r g e - s i t ei n v e s t i g a t i o na n di n f o r m a t i o na c c e s s ，t h e c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n td i s e a s e sh a v eb e e na n a l y z e d ，c l a s s i f i e da n da s s e s s e d t h e c a u s e so ft h e s ed i s e a s e s ( i n c l u d i n gd e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n du s i n ge t c ) h a v eb e e n a n a l y z e d ，t h em e c h a n i s mo fc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n td i s e a s e h a sb e e ns t u d i e d h o wt op r e v e n tt h ee m e r g e n c eo ft h e s ed i s e a s e sh a sb e e nd e s c r i b e di nd e t a i lf r o mt h e c o m b i n a t i o no fs t r u c t u r a ld e s i g n ，r o a dd r a i n a g es y s t e m s ，j o i n t f o r c e r e d u c t i o ns e u i n g s ， q u a l i t yc o n t r o lo fr a wm a t e r i a l sa n dl a r g e s c a l em e c h a n i z a t i o no ft h ea r e a s b a s e do n d i f f e r e n tt y p e so fd i s e a s et r e a t m e n to fz h a n gs h 。ih i g h w a ys h i ji a z h u a n gt ol u q u a n c o m b i n i n gl i n e ，s h iy a nr o a ds h i j i a z h u a n gt op i n gs h a n ，j i n gz a nr o a db a i s h at o l u q u a n ，y a n gq ur o a dq u z h a it od a h e ，e t c ，s o m eu s e f u ls u g g e s t i o n sh a sb e e ng a v e t ot h ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n td i s e a s et r e a t m e n t k e yw o r d s ：t h ec e m e n t c o n c r e t ep a v e m e n t ，d i s e a s e ，p r e v e n t i o n ，t r e a t m e n t ， m e c h a n i s m i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 年月日 第1 章绪论 1 1 问题的提出 第1 章绪论 近年来我国公路建设得到迅猛发展，公路罩程迅速增加，作为公路工程的 关键技术的路面工程同样得到迅速发展，其中包含水泥混凝土路面的广泛推广 和使用。我国水泥混凝土路面始建于2 0 世纪6 0 年代中期，8 0 年代后水泥混凝 土路面在全国迅猛发展，到2 0 0 5 年底，全国水泥混凝土路面总里程己超过3 0 万公里，这对提高我国公路路面质量、增强公路的抗灾能力、改善公路行车条 件、提高客货运输效益，均起到积极的作用。与其它类型路面相比，水泥混凝 土路面具有明显的优点： 1 、刚度大、承载能力强； 2 、耐水性、耐高温性强： 3 、强度高、疲劳寿命长； 4 、耐候性、耐久性优良； 5 、平整度衰减慢、高平整度维持时间长； 6 、粗集料磨光值和磨耗值的要求低、集料易得： 7 、环保性能好 8 、可不设路缘石； 9 、耐油、酸、碱腐蚀性强； 1 0 、使用寿命长； 1 1 、养护费用少、经济效益高； 1 2 、有利于夜间行车。 但是水泥混凝土路面的缺点也是比较明显的： 1 、纵、横缝多，灌缝难度大，效果差； 2 、平整度、行车舒适性差； 3 、水易侵入基层，从而损坏基层，进而损坏路面； 4 、路面损坏后修复难度大； 5 、对水泥和水的需求量大： 第1 章绪论 6 、开放交通较迟。 随着交通量大幅度增长、车辆荷载日益重型化，现有的许多水泥混凝土路 面都不同程度地发生了损坏。由于设计、材料、施工技术、施工管理等方面的 不足，特别是超载和水损坏的原因，水泥混凝土路面投入使用5 8 年后，往往 会出现唧泥、断板、接缝破坏、抗滑性降低等问题，从而导致交通事故率增加、 行车速度降低、道路通行能力达不到设计要求，给行车带来安全隐患，造成不 良的经济损失和不良的社会影响。 水泥混凝土路面的损坏首先多为局部损坏，但无论何种损坏，及时、合理 地进行修补是非常重要的。由于结构、施工、环境及交通因素不同，损坏的状 况、原因也很复杂。而如果不是在对损坏充分了解的基础上进行，则水泥混凝 土路面的修复不可能取得良好地效果。因此，为了满足交通运输发展的需要， 提高道路服务水平，对旧水泥混凝土路面进行及时地改造处理，已经成为当前 一个迫切的任务。 1 2 国、内外研究进展1 在欧美发达国家高速公路网中，水泥混凝土路面总量占5 0 左右，且绝大 多数水泥混凝土路面使用现状达到设计要求n 引。特别是德国、比利时等国的水 泥混凝土路面表现出非常卓越的长期使用性能。美国高速公路网中，水泥混凝 土路面占到4 9 左右，经过多年使用，洲际公路和干线公路水泥混凝土路面已 进入修复期，调查分析表明，除正常的疲劳破损外，造成水泥混凝土路面使用 质量下降的主要原因有： 1 、集料不耐久； 2 、设计不合理，板厚偏薄，未考虑排水等； 3 、接缝处理不好，造成碎裂。 相反，采用了排水基层，设置完全的排水系统、水泥混凝土路肩设置拉杆、 减少板长、7 传力杆防锈等措施的水泥混凝土路面使用寿命较长。 近年来我国公路发展迅速，随着水泥混凝土路面的广泛推广应用，也相应 暴露出一些与设计、施工及使用相关的病害n6 1 。很多水泥混凝土路面远未达到 设计使用寿命期就出现了大面积严重的损坏现象，这些病害处理不好，将会严 重影响行车速度、行车安全、行车舒适性，增加油耗，加速车辆损坏，影响了 2 第1 章绪论 水泥混凝土路面在我国的声誉和使用前景。因此研究各种病害的机理，做到在 设计、施工中如何防止该类路面病害，并对使用中可能出现的病害采取适当的 措施加以治理，一直是公路建设者们追求的目标。通过与欧美国家水泥混凝土 路面的对比分析，可以发现我国水泥混凝土路面主要存在以下严重不足啪1 ： l 、水泥混凝土路面设计中排水设计极为薄弱，基层及边缘排水不畅，导致 基层软化，造成唧泥、错台、断板现象严重。 2 、路面结构整体强度不足，横向缩缝设置传力杆这一关键技术一直未能得 到推广应用，导致错台严重，大大降低了水泥混凝土路面的行车舒适性。 3 、原材料质量控制较差，机械化施工水平低，先进的滑模施工技术普及程 度不够，小型机具、人工施工的水泥混凝土路面质量严重失控。 我们应认真学习和借鉴欧美发达国家水泥混凝土路面设计、施工中的成功 经验，深刻总结我国水泥混凝土路面大面积早期损坏的惨痛教训，从结构组合 设计、路面排水系统、缩缝传力杆设置、原材料质量控制和大型机械化施工等 方面全面提升水泥混凝土路面的长期使用性能，从而奠定我国水泥资源大国的 水泥混凝土路面应有的优势和地位。 我国现行的养护规范，对水泥砼路面损坏状况的评定主要依据是路面破损 率、平整度和抗滑性等指标，没有强度和基础支撑条件的指标。破损率是路段 中断裂板块当量加权和占板块总数的比例。破损率反映了路面板损坏的程度， 是路面状况的主要指标。影响水泥砼路面使用性能的的主要因素有路面结构、 交通荷载、环境因素、施工水平、养护水平。完全准确地描述水泥混凝土路面 使用性能的变化规律，必须考虑全部影响因素，但在现有条件下，实现这一点 是比较困难的。所以目前暂时侧重考虑路面结构状况和交通荷载状况两种因素。 对水泥混凝土路面的破损及维修问题，国外开展这方面的研究较早，如美 国联邦公路管理局在1 9 8 5 年根据研究成果已出版了水泥混凝土路面修复手 册，该手册在水泥混凝土路面的排水、全深及部分深度裂缝的修补、旧混凝土 路面材料的再生利用等方面都作出了具体的规定。国内外许多学者也采用弹性 层状体系理论、线弹性断裂力学、能量原理等对混凝土等效结构进行了计算分 析，提出了各自的理论方法【3 1 1 。这些方法通常能够结合当地的实际情况给出合 理的设计结果。但与我国传统的理论方法相差较大，不能照搬，只能在理论分 析的基础上参考借鉴。我国水泥混凝土路面快速修复技术通常是在不改变施工 工艺的前提下，选用优质的水泥基材，或者选用合适种类的外加剂，降低水泥 3 第1 章绪论 混凝土的水灰比，调整混凝土的配合比，从而提高水泥混凝土的密实度，增加 水泥与骨料问的界面粘结作用，以尽可能减少中断交通时间。对于水泥混凝土 的快速修复的研究取得了一些成果，研制了许多快速修补材料，但实际效果如 何，没有较系统的比较，导致设计、施工单位无法选择，而且这些研究只是短 时性的，主要偏重于对某项技术的某个环节，没有针对不同的破坏形式，提出 系统定量的指标和相应处治技术。 1 3 主要研究内容 本文根据石家庄市部分公路水泥混凝土路面的使用情况，结合已通车使用 的石家庄市几条公路进行了详细的调查，从现有水泥混凝土路面病害入手，对 水泥混凝土路面病害进行了分析、归类，对产生这些病害的原因( 包括设计、 施工、使用、养护等方面) 进行分析，研究水泥混凝土路面病害机理，探讨如 何预防这些病害的工程措施及处治对策。 1 、结合石家庄市几条水泥混凝土路面使用情况，进行了水泥混凝土路面病 害的调查研究。 2 、旧水泥混凝土路面的状况是反映旧路面使用现状的基本资料，根据路面 病害调查情况，进行路面结构状态的评价及分类。 3 、分析水泥混凝土路面病害产生的原因，研究水泥混凝土路面病害机理。 4 、分析路面现有结构状况和承载力，预估剩余使用寿命，针对不同的水泥 混凝土路面病害，提出相应的预防措施及处治对策。 4 第2 章水泥混凝十路面病害调查 第2 章水泥混凝土路面病害调查 2 1 病害类型和分级标准阳1 水泥混凝土路面损坏可分为：断裂类、竖向位移类、接缝类和表层类四种 类型。断裂类主要指纵、横、斜向裂缝和交叉裂缝、断裂板等；竖向位移类主 要指沉陷和胀起；接缝类主要指接缝的填缝料损坏、唧泥、错台和拱起等；表 层类主要指坑洞、露骨、网裂和起皮、粗集料冻融裂纹、修补损坏等。 水泥混凝土路面病害类型和分级标准如下： 2 1 1 断裂类病害 1 、贯穿水泥混凝土面层的断裂裂缝，按裂缝出现的方位和面板断裂的块数， 分为下列四种病害： ( 1 ) 平行或近于平行路面中心线的纵向裂缝，计量单位为m 和块。 ( 2 ) 垂直或斜向路面中心线的横向或斜向裂缝，计量单位为m 和块。 ( 3 ) 从板角隅到斜向裂缝两端的距离小于1 8 m 的角隅断裂，计量单位为m 和块。 ( 4 ) 两条以上裂缝交叉，使板断裂成3 块以上的交叉裂缝和断裂板，计量 单位为m 和块。 2 、纵向、横向或斜向裂缝和角隅断裂病害，按裂缝缝隙边缘碎裂程度和缝 隙宽度，可分为下列3 个轻重程度： ( 1 ) 轻微一缝隙边缘无碎裂或错台的细裂缝，缝隙宽度小于3 m m ；或者， 填缝良好、边缘无碎裂或错台的裂缝。 ( 2 ) 中等一缝隙边缘中等碎裂( 或) 错台小于l o m m 的裂缝，且缝隙宽 度小于1 5 m m 。 ( 3 ) 严重一缝隙边缘严重碎裂或错台大于l o m m ，且缝隙宽度大于1 5 m m 。 3 、交叉裂缝和断裂板病害，按裂缝等级和板断裂的块数可分为下列3 个轻 重程度等级： ( 1 ) 轻微一板被轻微裂缝分割成2 - - , 3 块。 5 第墨章水泥混凝土路面病害调查 ( 2 ) 中等一板被中等裂缝分割成3 4 块， 块以上。 ( 3 ) 严重一一板被严重裂缝分割成4 - - - , 5 块， 块以上。 2 i 2 竖向位移类病害 或被轻微裂缝分割成5 或被中等裂缝分割成5 l 、水泥混凝土面层的竖向位移，按产生原因的不同分为下列2 种病害： ( 1 ) 沉陷，计量单位为处。 ( 2 ) 胀起，计量单位为处。 2 、沉陷和胀起病害，按其对行车的影响可分为下列3 个轻重程度等级： ( 1 ) 轻微车辆以限速驶过时仅引起无不舒适感的轻微跳动。 ( 2 ) 中等车辆驶过时有产生不舒适感的较大跳动。 ( 3 ) 严重一车辆驶过时产生过大的跳动，引起严重不舒适或不安全。 2 1 3 接缝类病害 1 、水泥混凝土路面板接缝处的损坏，按损坏的形态和影响范围可分为下列 6 种病害： ( 1 ) 接缝填缝料损坏，计量单位为条。 ( 2 ) 纵向接缝张开，计量单位为条。 ( 3 ) 唧泥和板底脱空，计量单位为条。 ( 4 ) 错台，计量单位为处。 ( 5 ) 接缝碎裂，计量单位为条。 ( 6 ) 拱起，计量单泣为处。 2 、接缝填缝料损坏j 按填缝料出现老化、挤出、缺损的情况，可分为3 个 轻重程度等级： ( 1 ) 轻微一一整个路段接缝填缝料情况良好，仅有少量接缝出现上述损坏。 ( 2 ) 中等一整个路段接缝填缝料情况尚可，i 3 以下的接缝长度出现上 述损坏，水和硬质材料易渗入或挤入。 ( 3 ) 严重一接缝填缝料情况檬差，1 3 以上的接缝长度出现上述损坏， 水和硬质材料能自由渗入或挤入，填缒料需立即更换。 第2 章水泥混凝路面病害调查 3 、纵向接缝张开病害，按接缝的张开量可分为2 个轻重程度等级： ( 1 ) 轻微一接缝张开l o m m 以下。 ( 2 ) 严重一接缝张开l o m m 以上。 4 、唧泥和板底脱空病害，可分为2 个轻重等级： ( 1 ) 轻微车辆驶过时，有水从板缝或边缘外唧出，或者在板接( 裂) 缝或边缘的邻近表面残留有少量唧出材料的沉淀物。 ( 2 ) 严重一在板接( 裂) 缝或边缘的表面残留有大且唧出材料的沉淀物， 车辆驶过时，板有明显的颤动和脱空感。 5 、错台病害，按相邻板边缘的高差大小可分为3 个轻重程度等级： ( 1 ) 轻微一一错台量小子5 m m 。 ( 2 ) 中等一一错台量5 - l o m m 。 ( 3 ) 严重一错台量大于l o m m 。 6 、按缝碎裂病害，按碎裂范围和程度可分为3 个轻重程度等级： ( 1 ) 轻微一一碎裂仅出现在接缝或裂缝两侧8 c m 范围内，尚未采取临时修 补措施。 ( 2 ) 中等一碎裂范围大于8 c m ，部分碎块松动或散失，但不影响安全或 危害轮胎。 ( 3 ) 严重一影响行车安全或危害轮胎。 2 1 4 表层类病害 1 、水泥混凝土面层的表层损坏，可分为下列6 种病害： ( 1 ) 磨损和露骨，计量单位为块。 ( 2 ) 纹裂、网裂和起皮，计量单位为块。 ( 3 ) 活性集料反应引起的网裂，计量单位为块。 ( 4 ) 粗集料冻融裂纹，计量单位为块。 ( 5 ) 坑洞，计量单位为块。 ( 6 ) 修补损坏，计量单位为块。 2 、磨损和露骨病害，按磨损或露骨的深度分为2 个轻重程度等级： ( 1 ) 轻微一磨损、露骨深度小于等于3 m m 。 ( 2 ) 严重一磨损、露骨深度大于3 m m 。 7 第2 章水泥混凝土路面病害调查 3 、纹裂、网裂和起皮病害，按是否出现起皮和起皮病害的面积，可分为3 个轻重程度等级： ( 1 ) 轻微一板的大部分面积出现纹裂或网裂，但表面状况良好，无起皮。 ( 2 ) 中等一一板出现起皮，面积小于等于混凝土板面积的1 0 。 ( 3 ) 严重一板出现起皮，面积大于混凝土板面积的1 0 。 4 、活性集料反应病害可分为3 个轻重程度等级： ( 1 ) 轻微一一板出现网裂，面层可能变色，但未出现起皮和接缝碎裂。 ( 2 ) 中等一出现起皮和( 或) 接缝碎裂，沿裂缝和接缝有白色细屑。 ( 3 ) 严重一一出现起皮和( 或) 接缝碎裂的范围发展到影响行车安全或危 害轮胎，路表面有大量白色细屑。 5 、集料冻融裂纹病害可分为3 个轻重程度等级： ( 1 ) 轻微裂纹出现在缝或自由边附近0 3 m 范围内，缝末发生碎裂。 ( 2 ) 中等一裂纹出现在缝或自由边附近，范围大于o 3 m ，受影响区内缝 出现轻微或中等碎裂。 ( 3 ) 严重一裂纹影响区内裂缝出现严重碎裂，不少材料散失。 6 、坑洞病害不分轻重程度等级。 7 、修补损坏病害，按修补处再次出现的损坏情况，分为3 个轻重程度等级： ( 1 ) 轻微一轻微破损，或边缘处有轻微碎裂。 ( 2 ) 中等一轻微裂缝或车辙、推移，边缘处有中等碎裂和l o m m 以下错 厶 口o ( 3 ) 严重一出现严重裂缝、车辙、推移或错台，需重新进行修补。 2 2 石家庄市部分水泥混凝土路面使用情况调查 根据石家庄市范围内水泥混凝土路面的使用情况，对已通车使用的石家庄 市部分水泥混凝土路面边行了详细的勘查。以公路水泥混凝土路面养护技术 规范删( j t j0 7 3 卜2 0 0 1 ) 为依据，按照混凝上路面病害类型和分级，沿着整 个调查路段逐板块进行调查。调查工作采用目测和仪具量测方法，详细记录各 种损坏类型、损坏程度和数量。 根据公路水泥混凝土路面养护技术规范嘲( j t j0 7 3 1 - 2 0 0 1 ) ，路面状 况调查内容包括： 8 第2 章水泥混凝土路面病害调查 l 、路面破损状况 路面破损状况以病害类型、轻重程度和出现的范围或密度三项属性表征。 各种病害和轻重程度出现的范围或密度，以调查路段( 或子路段) 内出现该种 病害和轻重程度等级的混凝土板块数占该路段( 或子路段) 板块总数的百分率 计。同一块板内存在多种病害或轻重程度等级时，以显著的种类或最重的程度 计入系数。为了有的放矢地进行旧路处治，有必要确切地掌握路面的现况，首 先根据道路的地区特性及交通条件确定观测要点及观测项目的重要程度；进行 路面结构损坏状况调查，掌握路面状态、损坏方式和损坏原因。 2 、结构承载能力 调查测定采用无破损试验和破损试验二者结合的方式进行。无破损试验主 要采用承载板、静态弯沉仪或落锤弯沉仪等仪器，测定试验荷载作用下的路表 挠度曲线，评定接缝传荷能力，判断板底脱空情况。、破损试验为钻取各结构层 的试样，量取其厚度，并在室内进行强度和模量的测定。 3 、行驶质量 行驶质量调查采用反应类仪器或断面类仪器进行路面平整度测定。不同类 型仪器的测定结果，应按预先经过试验建立的关系曲线，统一换算成国际平整 度指数( i r i ) 。平整度测定沿调查路段的各个车道逐公里进行。 4 、抗滑能力 抗滑能力调查包括路面表面摩阻系数个构造深度测定两项。摩阻系数采用 摆式仪测定路表面抗滑值( s r v ) ，路表面构造深度采用砂容量法测定。 5 、交通状况( 车辆组成和轴载) 6 、路基和路面排水状况 7 、路面修建和养护历史 2 2 13 0 7 国道石家庄市区至良村段 3 0 7 国道是石家庄的主要进出市口，是晋煤东运的一条主要通道。石家庄市 区至良村段，是石家庄市和平路东延部分，起点位于石家庄东城郊管养界，即 石安高速公路分离立交桥下，桩号为k 8 + 9 6 0 ，终点为藁城市良村，桩号为 k 1 7 + 4 1 0 5 ，全长8 4 5 0 5 米。该路段始建于1 9 8 6 年，路基1 5 米，1 9 9 6 年对本 路段进行了改建。改建后，路基断面型式为三块板。其中k 8 + 9 6 0 一k 9 + 3 6 0 段长 4 0 0 米路基宽3 3 米，快车道宽1 5 米，两侧分隔带、慢车道分别为2 米、7 米。 9 第2 章水泥混凝土路面病害调查 路面结构快车道、慢车道均为沥青砼路面。k 9 + 3 6 0 一k 1 7 + 4 1 0 5 段长8 0 5 0 5 米， 路基宽为3 5 5 米，快车道宽1 6 米，分隔带、慢车道宽分别为2 米、7 7 5 米。 快车道路面结构为水泥砼路面，慢车道为沥青砼路面。 表2 - 13 0 7 国道石家庄市区至良村段病害调查情况 路段长度：8 4 5 0 5 m 改建时间：1 9 9 6 年 路混凝土路面厚度：2 4 c m极面尺寸：长宽= 5 r e x 3 7 5 m 面纵缝是否设拉杆：是横缝是否设拉杆：是 基横向涨缝间距：2 0 0 - 5 0 0 m填缝材料种类：硅橡胶 本 上基层：水泥稳定碎石上基层厚度：1 5 c m 情 上基层回弹模量：4 2 0底基层材料：石灰土 况 底基层厚度：2 0 c m底基层回弹模量：3 5 0 m p a 路基土同弹模量：2 0 3 0 m p a ( 1 ) 断板：断板率1 9 2 主( 2 ) 唧泥、脱空：轻微 、 要 ( 3 ) 角隅断裂：中等 病( 4 ) 错台：严重 病 害 ( 5 ) 填缝料损坏：严重 害( 6 ) 坑洞： 情 病 ( 1 ) 断板：整块凿除后重新浇筑混凝土面板 况 害 ( 2 ) 唧泥、脱空：压浆，接缝处灌浆 处 ( 3 ) 破边：用沥青混合料式接缝材料修补平整 理 ( 4 ) 错台：凿低补平和填补 方 ( 5 ) 接缝料损坏：清除更换接缝填料 法 ( 6 ) 坑洞：清除杂物后用片j 水泥砂浆填充式薄层修补 通过调查发现，该路段由于建设期年代较长，且超载车辆偏多，造成病害 较多，主要表现在： l 、快车道路面断板、错台严重，纵横裂缝较多。 2 、接缝填料损坏严重 3 、路面坑洞及板边碎裂 2 2 23 0 7 国道石家庄西复线( 石获北线) 植物园路至鹿泉海山大街段 3 0 7 国道石家庄西复线( 石获北线) 植物园路口至鹿泉海山大街段路面结构 形式为水泥混凝土路面，板厚2 2 c m ，板宽4 5 m 长6 m ，路面为双车道，道路宽 9 m 。通过调查发现该段水泥混凝土路面板损坏严重的重要原因是超限车辆较多 1 0 第2 章水泥混凝十路面病害调查 和沿线居民堵塞排水边沟，路面排水不畅以致雨水进入基层而使路面损坏。水 泥混凝土路面横坡为1 5 ，基层为1 2 石灰土，是透水性较差的基层，雨天 观察时，排水不畅，有明显的唧泥现象。 表2 - 2石获北线水泥混凝土路面病害调查 路 路段长度：7 1 9 5 m改建时间：1 9 9 6 年 面 混凝士路面厚度：2 2 c m板面尺寸：长x 宽= 5 m x 4 5 m 基纵缝是否设拉杆：是横缝是否设拉杆：是 本 横向涨缝间距：2 0 0 5 0 0 m填缝材料种类：硅橡胶 情 基层材料：石灰士基层厚度：2 0 c m 况 基层同弹模量：3 5 0 m p a路基土同弹模量：2 0 - - , 3 0 m p a ( 1 ) 断板：断板率z 6 2 主要 ( 2 ) 唧泥、脱空：轻微 ， 病害 ( 3 ) 角隅断裂：严重 病 ( 4 ) 错台：严重 害 ( 5 ) 填缝料损坏：严重 情 ( 1 ) 断板：整块凿除后重新浇筑混凝- 十面板 况 ( 2 ) 唧泥、脱空：压浆，接缝处灌浆 病害处( 3 ) 破边：用沥青混合料式接缝材料修补平整 理方法( 4 ) 错台：凿低补平和填补 ( 5 ) 接缝料损坏：清除更换接缝填料 ( 6 ) 坑洞：清除杂物后用用水泥砂浆填充式薄层修补 2 31 日水泥混凝土路面状况的评定 2 3 1实例分析 本文结合河北省道正港公路深泽收费站至深泽县城段( k 5 5 + 4 0 9 一k 6 1 + 0 0 0 ) 水泥混凝土路面病害调查、评定、维修为例，来详细说明并研究旧水泥混凝土 路面病害的调查评定及维修。 正港公路是河北省省道之一，是连接石家庄市北部和东部正定、无极和深 泽县与衡水市安平县的重要通道，对促进石家庄东北部几个县的区域经济有很 大意义。该路段始建于1 9 8 7 年，1 9 9 8 年对该路段进行了改建，起点位于正港公 路深泽收费站，桩号为k 5 5 + 4 0 9 ，终点位于深泽县城，桩号为k 6 1 + 0 0 0 ，全长 5 5 9 1 k m ，公路等级为二级路，路基宽度1 2 0 i i l ，路面宽度为9 0 m ，路面为双向 1 1 第2 章水泥混凝土路面病害调查 双车道，板宽4 5 m ，长度6 米，水泥混凝土板厚2 2 c m 。水泥混凝土路面横坡1 5 。路面结构为：2 5 c m 灰土，2 0 c m 水泥混凝土面板。 由于道路两侧居民较多，路边排水边沟堵塞严重，导致路面排水不畅而进 入透水性较差的灰土基层，再加上近几年车流量猛增，造成路面板已经多处出 现裂缝、翻浆，甚至是严重碎裂等病害。 路面平整度的调查指标为国际平整度指数i r i ，国际平整度指数i r i 是以标 准车l k m 行使距离车身纵向位移的累计值表示路面的平整度。由于试验条件的 限制，本次调查采用有经验的评估人员主观评估的方法估计国际平整度指数i r i 值。评估的依据是对不同平整度的路面在路表形状和行驶感觉等方面的特性描 述，平整度调查结果的平均值见表2 - 3 。 表2 - 3平整度调查结果 i起点桩号终点桩号i r i i k 5 5 + 4 0 9k 6 1 + 0 0 08 2 路面损坏状况调查，调查结果见表2 4 。 表2 4路面损坏状况调查结果 计量 轻重程度 编号病害类型不分 单位轻中重 等级 l 纵、横、斜向裂缝块5 28 4 4 1 2角隅断裂块4 15 42 6 3 交义裂缝、断裂板块 6 54 33 9 4 沉陷处 3 4 3 52 8 5胀起处91 68 6 唧泥条 4 72 7 7 错台处 6 3 4 46 1 8 接缝碎裂条4 05 22 4 9 拱起 处2 31 47 1 0 纵向接缝张开条 3 1 9 1 1 接缝填料损坏条3 72 12 3 1 2 起皮块 2 42 l1 0 1 3 露骨块 3 21 1 1 4 坑洞块2 2 1 5 修补损坏块 1 l2 19 注：表中数据为水泥混凝土路面板的损坏数量 1 2 第2 章水泥混凝土路面病害调查 结构承载能力的测定一般可分为无破损试验和破损试验两类。由于1 日水泥 混凝土路面接缝的传荷能力和脱空情况是沥青加铺层设计时重点考虑的内容， 因此本次调查采用破损试验和无破损试验相结合的方式。研究路段的代表弯沉 值计算结果见表2 5 。 表2 - 5研究路段的代表弯沉值 检测路段 桩号代表弯沉值( 0 o l m m ) k 5 5 + 4 0 9 k 5 7 + 0 0 0 2 3 7 左幅 k 5 7 + 0 0 0 k 5 9 + o o o2 6 4 k 5 9 + 0 0 0 k 6 1 + 0 0 04 0 1 k 5 5 + 4 0 9 k 5 7 + 0 0 0 2 5 5 右幅 k 5 7 + o o o k 5 9 + 0 0 0 2 7 9 k 5 9 + o o o k 6 1 + 0 0 0 3 1 6 测定接缝的传荷能力，原则上应选择在研究路段的每一条横缝处，进行相 邪板块的弯沉差测量。测量资料经过整理后，结果见表2 6 a 表2 - 6 弯沉差测量结果表、 传荷系数数量比例 测定路段桩号 弯沉差( o 0 1 t o o ( )( 条) ( ) o l r 6 8 02 2 3 58 0 1 上行线 k 5 5 + 4 0 9 一k 5 9 + 0 0 06 l r 1 05 6 - 8 02 8 11 0 1 1 0 l r 8 02 1 7 27 7 8 下行线 k 5 5 + 4 0 9 - k 5 9 + 0 0 06 l r 1 05 6 - 8 03 2 81 1 8 1 0 l r 的计算 根据路段破损状况的调查得到的病害类型、轻重程度和密度数据，按 照下列公式确定该路段的路面状况指数( p c i ) ，以1 0 0 分制表示。 p c i = 1 0 0 - 码 ( 2 1 ) 础j = 厶易产1 ( 2 2 ) l 2 5 r r ， o 2 1 = t l o 5 + + o 0 7 4 0 6 2 8 6 8 ( 似r 1 ，二0 n 5 2 5 )。0 ：2 5 5 鬈芸8 5 亿3 ) ” + 一 欠， 8 05 6 - 8 03 1 5 5 3 l 根据交通量的调查可知，目前旧水泥路面承受的交通等级为重交通，结合 表2 4 的调查结果，由公路水泥混凝土路面设计规范( j t gd 4 0 - 2 0 0 2 ) 可知， 板厚不足，水泥混凝土的抗折强度满足要求，抗弯拉强度不满足5 o m p a 的要求， 1 8 第2 章水泥混凝土路面病害调查 路面的结构承载力有所下降。 3 、路面行驶质量评定 路面行驶质量采用行驶质量指数( r q i ) 进行评定，以1 0 分制表示。行驶 质量指数同路面平整度指数i r i 之间的关系，应由有代表性的成员组成的评定 小组通过实地评定试验建立。也可参照下列关系确定行驶质量指数。 r q i = i o 5 - 0 7 5 i r i ( 2 6 ) 行驶质量分为五个等级。各个等级的行驶质量标准见表2 - 1 5 。 表2 - 1 5行驶质量等级评定标准 i评定等级优 良中 次 差 l 行驶质量指数( r q i ) 8 58 4 7 06 9 - 4 54 4 - 2 0 2 0 根据表2 3 的平整度调查结果，i r i = 8 2 ，由公式( 2 - 6 ) 可以计算出：r q i = 4 4 ，对照表2 - 1 5 的评定标准，行驶质量等级为“差 。 4 、路面表面抗滑能力评定 抗滑能力是影响路面行车安全的重要因素。本文对路况调查内容中的行驶 质量和抗滑能力没有进行重点调查，只进行了目测和主观评价。 根据公路水泥混凝土设计路面规范( j t gd 4 0 - 2 0 0 2 ) ，路面表面抗滑能 力采用侧向力系数s f c 或抗滑值s r v 以及构造深度两项指标评定。路面抗滑能 力分为五个等级。各个等级的评定标准见表2 - 1 6 。根据目测的结果，抗滑能力 的等级评定为“次”。 表2 - 1 6路面抗滑能力等级评定标准 评价等级优良中次差 构造深度( 唧)0 80 7 - 0 60 5 - 0 4o 3 一o 2 o 2 抗滑值s r v 6 56 4 5 55 4 4 5 4 4 - 3 5 3 5 横向力系数s f co 5 50 5 4 - 0 4 50 4 4 - 0 3 80 3 7 - 0 3 0 0 3 0 2 3 3 评定结果 从以上的调查结果进行分析，可以得出以下结论： ( 1 ) 路段总体上破坏比较严重，断板率达到了1 6 9 ； ( 2 ) 从破坏类型来看，水泥混凝土路面的各种破坏类型在该路段上均有发 生，其中裂缝的破坏最为普遍和严重，有些路段甚至出现了连续的板块断 裂： 1 9 第2 章水泥混凝十路面病害调查 ( 3 ) 路段大多数胀缝、缩缝及施工缝填缝不彻底，部分路段甚至未进行填缝 处理，以至于雨水进入基层，这也是导致路面板破坏的一个主要原因。 正港公路深泽收费站至深泽县城研究路段( k 5 5 + 4 0 9 一k 6 1 + 0 0 0 ) 的综合评定 结果见表2 一1 7 0 表2 - 1 7 旧水泥混凝土路面综合评定结果汇总表 评定项目 等级评定 p c i中( p c i = 6 3 7 4 ) 路面破损状况 d b l 次( d b l = 1 6 9 ) 结构承载能力 板厚不足，弯拉强度不足 行驶质量 次 抗滑能力次 根据公路水泥混凝土路面设计规范( j t gd 4 0 2 0 0 2 ) 的要求，二级公路 的路面破损状况等级为次及次以下时，应采用全路段修复或改善措施，包括破 碎稳压、铺筑沥青混合料加铺层或水泥混凝土加铺层；路面的行驶质量等级或 抗滑能力等级为次及次以下时，应采取刻槽、罩面或加铺层等措施来改善路面 平整、提高路表面的抗滑能力。因此研究路段采取沥青混合料加铺层的措施改 善就水泥混凝土路面是合适的。 2 0 第3 章水泥揽凝十路面面病害机理及预防 第3 章水泥混凝土路面面病害机理及预防 3 1 水泥混凝土路面唧泥产生原因及预防措拖 7 ，斡、- 一 j t 。： 瞄3 - l 唧泥 311水泥混凝土路面唧泥损坏的原因 唧泥是在车辆荷载作用下。面板接缝、裂缝和板边下部产生的水和细粒士 混合物的强制性位移造成的。车辆通过时基层细料和水一起从板接缝处挤出， 逐渐使基础失去了支撑能力，在荷载的重复作用下，最终将产生板断裂的现象。 它的产生原因是水泥面板直接铺筑在细粒高缩性土和易冲刷的基层上产，| 三的， 其结果一是产严重的错台二是接缝附近的断板破坏，这是混凝土路面的主 要常见病害。产生的主要原因是填缝料损坏。雨水下渗和路面排水不良。 研究表明，路面产生唧泥需具备以下条件： 1 、路基或基层的土壤处于松散状态，办即存在松散之细粒土； 2 、在而板与基层及路面之m 有自由水存在，该自i i 水一般山路面产生并 第3 章水泥混凝土路面面病害机理及预防 与松散细粒土混合形成泥浆； 3 、频繁的重载车辆轴载的作用，在此作用下，水泥混凝土路面面板产生泵 吸作用将泥浆吸出。如图3 2 所示。 图3 2 混凝土路面唧泥示意图 3 1 2 水泥混凝土路面唧泥损坏机理n 钔 1 、我国现行水泥混凝土路面设计规范接缝设计原则 水泥混凝土路面在凝结硬化过程中具有较大的干缩变形和温缩变形，从而 要求混凝土路面设置间