水泥混凝土路面在使用年限内开裂的原因及处理措施

2022-04-22赵慧清ZHAOHuiqing

价值工程 2022年15期

赵慧清ZHAO Hui-qing

（昆明市政工程设计研究院（集团）有限公司，昆明 650228）

0 引言

水泥混凝土路面具有刚度大、承载能力强；耐久性优良、耐高温性强；抗弯拉强度高、扩散荷载能力强、疲劳寿命长；耐腐蚀性强；稳定性好、使用寿命长；日常养护费用低等优点，上世纪90 年代被广泛应用于市政道路建设[1]。但在长期的运营过程中，由于水泥混凝土面板受当地气候和温湿度变化、交通货载和交通量的增加等因素的影响，导致各种病害也随之涌现，直接影响着路面的美观，甚至严重影响到道路的承载力和耐久性及使用性能。在这些病害中，最严重的就是路面开裂破坏。

常见的水泥混凝土路面开裂可分为表面裂缝和贯穿板全厚度裂缝（简称贯穿裂缝）。

①表面裂缝：混凝土浇筑后，因材料自身沉降和混凝土混合料则早期过快失水干缩和碳化收缩而产生的裂缝，这种裂缝一般仅止于面层，是常见的裂缝，对路面结构层和路基的承载能力及使用寿命影响不大。

②贯穿裂缝：因路基沉降导致水泥混凝土路面产生的裂缝，这种裂缝不仅表现在面层，而且从路基反射到面层，为贯穿板全厚度的裂缝，主要表现为垂直于行车方向的不规则裂缝（横缝）、沿道路前进方向的裂缝（纵缝）、与混凝土板角两边接缝相接的贯穿板厚的裂缝等。路面裂缝不断变宽，甚至出现错台现象，形成滑裂面，这种裂缝根在路基，危害较大，会导致路面基层和路基的承载能力下降，危及行车安全。

本文以曲靖经济技术开发区现状混凝土道路改建工程为例，对水泥混凝土路面贯穿性开裂（主要为纵向裂缝）的原因及工程处理措施进行分析总结，经处理后的道路路面开裂情况得到解决。

1 工程概况

曲靖经济技术开发区某道路位于经济技术开发区北部片区，是开发区基本路网骨架中一条南北向的主要干道。道路长1.3km，现状道路红线宽度20m。

1.1 主要技术标准

道路等级：城市次干路

红线宽度：40m（改扩建后）

路面类型：沥青混凝土路面

路面结构设计使用年限：15 年

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路面计算标准轴载：BZZ～100

排水体制：雨、污水分流制

排水管道设计重现期：5 年

桥涵荷载等级：城—A

设计地震烈度：Ⅶ度

1.2 道路现状

该道路为市政道路，根据片区产业的开发，于2004 年修建了10m 机动车道（因两侧地块未启动开发，无人行需求，故仅实施了10m 宽机动车道），机动车道建成后开始通车，经过十多年的运营，路面出现了不同程度的开裂，水泥混凝土路面出现了细小的横向和纵向裂缝。从2013 年3 月出现纵向裂缝，在进行临时灌缝处理后，2014 年3 月开始，路面纵向裂缝有了加剧的趋势，纵向裂缝不断变宽，在最严重处宽度达到10cm，而且纵向开裂处路面已经形成了错台，高差达5cm 左右。道路出现裂缝家具之后，道路主管单位对出现的裂缝进行了临时处理，对纵向裂缝采用C35 混凝土进行了灌缝处理。

根据现场踏勘分析，道路纵向裂缝开裂较为严重的路段均出现在道路西半幅，而道路西侧有一片桉树林，距离道路机动车道仅10m，东侧半幅道路未发现纵向裂缝，仅有部分细小横向裂缝。（图1-图2）

图1 现状道路路面开裂状况

图2 2013 年2 月出现路面开裂经过临时处理后情况

在道路进行了临时处理之后约1 个月，临时处理过的裂缝再次出现裂缝，路面出现了滑移现象，西侧半幅道路有了路面倾斜。地质专家对现场再次进行了踏勘，一致认为该道路纵向裂缝属于路基沉降引起的路面开裂情况，路基出现裂缝从而反射到了路面，从而引起路面纵向开裂，甚至于滑坡现场。

因此经济技术开发区启动了该道路改扩建工程，改扩建后的道路红线宽40m，道路等级为城市次干路，设计速度为40km/h。（图3）

图3 道路改扩建后标准横断面图

2 路面开裂的原因分析

2.1 气候因素影响

曲靖市内地形多由山地、丘陵和坝子等组成，喀斯特地貌发育典型。据气象资料统计，自2009 年以来，云南全省连续3 年年平均降水偏少。而曲靖2010 年的年平均降水量为1025 毫米，偏少于往年年平均降水量。2011 年曲靖市麒麟区年降水量516.2 毫米，比历年平均偏少383.6毫米（偏少40%左右）。2012 年1-7 月降水量达465.3 毫米，但仍比历年同期水平要低6%。曲靖市2012 年降水量与历年平均值相比，仍偏少10%～20%，属于偏少范围。连续三年的降水量减少，造成地下水得不到补充，地下水位下降严重。2013 年~2014 年降雨量虽有回升，但连续3 年的干旱造成的地下水位下降还未得到有效的缓解。

2.2 路基地质影响

曲靖经济技术开发区大部分片区均有不同程度厚度的中～弱膨胀土，根据周边地质的调查以及对该道路地质勘查报告的查阅：道路片区内存在第②层黏土（膨胀土）（N），灰白、灰红、灰黄色，可-硬塑，湿，切面光滑，干强度高，自由膨胀率平均58%，一般为50-80，为弱—中膨胀潜势。沿线一般有分布，局部缺失，压缩系数a1-2=0.33MPa-1，压缩模量Es1-2=6.74MPa，为中压缩性土，力学性质一般较好，经处理后可作路基持力层。顶板埋深0.60-5.20m，层厚0.60-6.60m，平均厚3.02m。

不良地质对路基质量是一个较危险的影响因素，膨胀土由吸水膨胀性和失水收缩性黏土矿物组成，该土具有较大的塑性指数。在坚硬状态下该土的工程性质较好，承载力较高。但其显著的吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性可是路基发生变形、位移、开裂、隆起等严重破坏。原道路路基对该层膨胀土基本未做处理，而在其上直接铺设路面垫层，因此长时间干旱后，导致路基失水收缩，产生侧向力，引发路面开裂[2]。

2.3 周边环境影响

桉树是速生丰产林，只要3-5 年的时间就能长成参天大树，在生长过程中会吸收大量的水分和养分，所以会造成周围环境的生态平衡。这一段时间也是桉树林需水、需肥最多的时候。在这之后，桉树的干物质积累速率明显减慢，其需水、需肥量也就迅速减少，反过来，蓄水作用开始体现，而且因为要通过老叶脱落等形式返还营养元素，很快就能达成植物体和周边环境间的养分平衡，也即蓄肥作用也开始体现。因此，所谓“抽水机”、“抽肥机”之类的负面效应，至多是发生在造林初期。引种桉树会导致地下水位下降，保持水的能力很差，时间长了，土地表面板结，还出现土地沙化现象。

现状道路西侧桉树林种植于2008 年，长势很好，面积约为13000m2，正是对土壤的水分、肥料需求极大的时段，再加上该片桉树林面积较大，且集中在道路西侧200m 左右的路段上。道路出现纵向裂缝的地方为靠近桉树林一侧的西侧半幅道路，在2014 年3 月，该幅道路出现了滑裂面。（图4）

图4 2014 年3 月经过临时处理路面再次出现裂缝加剧的情况

综合以上三个因素，道路纵向裂缝产生的原因为：由于曲靖市遭遇连续多年的干旱以及道路西侧桉树林吸水导致路基下的膨胀土失水收缩，形成道路纵向开裂，从而反射到路面，造成了道路路面纵向裂缝的形成。

3 工程处理措施

3.1 对桉树林的处理

根据曲靖市总体规划，道路两侧主要为居住用地，随着周边地块的开发，桉树保留的价值不大，建议将桉树砍伐，最好连根刨除，避免再造成桉树林周边地下水的流失。

3.2 对路基的处理

根据本道路地勘资料显示，第②层：黏土（膨胀土）（N）灰白、灰红、灰黄色，可-硬塑，湿，切面光滑，干强度高，自由膨胀率平均58%，一般为50-80，为弱—中膨胀潜势。沿线一般有分布，局部缺失，压缩系数a1-2=0.33MPa-1，压缩模量Es1-2=6.74MPa，为中压缩性土，力学性质一般较好，经处理后可作路基持力层。顶板埋深0.60-5.20m，层厚0.60-6.60m，平均厚3.02m。

第③层：黏土（N）深灰色，可塑，湿，切面光滑，干强度高，韧性好。道路沿线一般有分布，局部缺失，压缩系数a1-2=0.43MPa-1，压缩模量Es1-2=6.07MPa，为中压缩性土，力学性质一般，可作路基持力层。顶板埋深2.20-10.20m，揭露厚度最大13.4m，未揭穿。

膨胀土的处理方法较多，可采用的措施有桩基对膨胀土进行加固和改良；也可采用开挖换填、堆在预压对路基加固。根据地勘资料显示，膨胀土层较厚，无法全部挖除，根据曲靖开发区的当地建筑材料及经济比较，结合以往的工程经验，对道路范围内膨胀土采取换填垫层法对路基进行加固。

①对现状路基处理方法：本道路为改扩建工程，在现状道路基础上两侧加以扩宽改建，改建后的道路红线宽40m。现状道路的西侧半幅道路由于纵向裂缝的产生，已经出现滑坡的现象。对于西侧半幅道路路面结构已经不可能再利用，但经过十多年的运营，路基工后沉降已趋于稳定，该处道路路基处理办法：刨除破损的路面结构，路床底超挖50cm，采用片石换填，片石换填后加铺一层钢塑土工格栅，在铺筑一层路床填料（当地填料为中粗砂）后加铺一层钢塑土工格栅，压实度要求达到94%以上。

②对扩建部分路基处理方法：新建路基部分膨胀土清除100cm，片石换填后加铺一层钢塑土工格栅，在铺筑一层路床填料（当地填料为中粗砂）后加铺一层钢塑土工格栅，压实度要求达到94%以上。（图5）

图5 改建后新老路基搭接

3.3 对路面结构的处理

由于水泥混凝土路面有行车舒适性差、噪声大，损坏修复难度大等缺点，近年来城市道路多采用行车舒适性好、噪声小、后期养护简单的沥青混凝土路面。因此道路改扩建工程路面结构采用了沥青混凝土路面，路面结构设计按照重交通等级进行设计。路面结构设计如下：

4cm 细粒式沥青混凝土（AC-13C）加0.3%专用抗车辙剂、玻纤格栅））；5cm 中粒式沥青混凝土（AC－20C）；6cm粗粒式沥青混凝土（AC－25C）；36cm 水泥稳定碎石层（水泥掺量5.5%，K≥98%）；15cm 级配碎石（K≥96%）；80cm中粗砂（含泥量≤5%，K≥94%）（路床）（加铺两层土工格栅）。