水泥混凝土路面裂缝病害产生的原因及防治措施

2022-11-25庄广坤

科技创新与应用 2022年6期

庄广坤

（邳州远通公路工程有限公司，江苏邳州 221300）

近年来，随着国家“村村通”工程的实施，水泥砼路面因其具有的特点在我省农村公路建设中被广泛采用，基于此，有必要深层探究水泥混凝土路面施工技术，积极预防路面裂缝问题。从水泥混凝土路面应用过程来看，其病害类型多样，裂缝是其中之一；发展严重时会造成断板，破坏性很大，笔者2016 年参加了邳州市农村公路官孙线、姚小线、沙滩路、时光隧道的建设，现就水泥混凝土路面裂缝病害产生的原因及防治措施发表一点个人意见。

1 水泥混凝土路面裂缝的各种情况

1.1 裂缝类型

农村公路建设中，水泥混凝土路面应用范围广阔，受使用时间长、运维管理不当等诸多因素影响，此类公路容易出现路面裂缝问题，且裂缝类型多样。基于时间差异，水泥混凝土路面裂缝发生的时间段可分为早期、使用阶段和后期阶段；同时根据裂缝贯穿厚度的差异，表面裂缝和贯穿裂缝是两种基本的裂缝形态。此外，水泥混凝土路面在方向延伸上有较大差异，除横向、纵向裂缝外，有的路面还存在斜向、交叉裂缝。在行车等各种外界因素的作用下，裂缝破坏程度会不断加重，有的会发展成断板，影响公路的使用。

1.2 裂缝特征

横向裂缝和纵向裂缝是水泥混凝土路面裂缝中最常见的两种裂缝类型。就横向裂缝而言，其本身属于一种贯穿性裂缝，即横向裂缝多贯穿于板面全厚。从裂缝位置来看，除传力杆端头、两条伸缩缝之间，基层未对缝部位、护栏分缝部位均存在横向裂缝。这些裂缝或发生于施工期间，或在运营期间产生，对于公路运行的稳定性、安全性和耐久性造成了较大影响。纵向裂缝包含了直线型和圆弧形两种形态，直线型纵向裂缝的产生不仅和纯面层施工效果有关，而且受基层施工质量的影响。通常在路基稳定的情况下，直线型纵向裂缝的宽度较窄。而就圆弧形纵向裂缝而言，其不仅受填料差异、压实差异影响，而且与路基侧向滑移具有较大关系。相比于直线型纵向裂缝，圆弧形纵向裂缝对公路的危害更大，有必要深入分析裂缝成因，进行路面裂缝的预防和处理。

2 水泥混凝土路面裂缝产生的原因

2.1 设计原因

农村公路限于经费上的限制，设计标准往往较低，路面结构设置不够完善，这点应引起我们足够的重视。

（1）当基层设计厚度不合理时，自身的强度和水稳性会下降，导致路面出现裂缝。（2）路面强度不达标时，容易因外力作用引起裂缝、断板或破碎问题。（3）路面设计中忽视排水设计，致使路面排水不畅，积水浸泡路基，在降低路基强度、稳定性的同时，间接引起路面裂缝。

2.2 路基及基层的影响

（1）路基碾压不密实，导致路基发生不均匀沉降，致使混凝土路面开裂；（2）基层标高失控，造成路面厚度不一致，砼收缩不匀而产生开裂；（3）基层不平整，造成面层厚度不均匀，这样路面面层存在薄弱环节，该薄弱环节容易在多种作用力下开裂，引起路面裂缝；（4）基层松散材料较为干燥时，在铺设混凝土后，基层材料会吸收混凝土材料中的水分，此时混凝土材料和易性会受到影响，材料凝固后的强度也会随之下降，引起路面裂缝问题；（5）基层本身存在裂缝时，温度变化的收缩也会导致初期路面的开裂。

2.3 材料影响

水泥混凝土路面裂缝的形成与材料因素存在一定的关联性。（1）原材料质量不合格时，容易造成路面裂缝，常见的原材料问题包含水泥强度不够、砂石含泥超标等。（2）混凝土材料配置问题，如水灰比控制不当，投料顺序存在误差等，这些因素均会引起路面裂缝病害的发生。

2.4 施工原因

规范化地进行施工技术控制，能有效减少公路裂缝病害的发生。但结合施工实际可知，当前水泥混凝土路面施工中存在较多问题，这些问题会引起路面产生裂缝问题：（1）路面浇筑初期阶段，基层整体较为干燥，但施工人员未能及时洒水，这使得浇筑混凝土失水严重，水分蒸发不均引起收缩裂缝；（2）混凝土本身温度较高，这与原料温度、材料搅拌配置水化热反应有关，完成浇筑后，混凝土冷却硬化中，外部快速冷却而材料内部温度较高，由此产生温差收缩裂缝；（3）路面混凝土浇筑施工中，若施工中存在未能按要求连续浇筑、振捣不规范和养护不及时等问题时，也会产生一定的裂缝；（4）其他因素，如切缝不及时、过早通车等，均会导致路面过早开裂。

2.5 初期微裂缝的扩展

水泥混凝土路面浇筑完成后，其在硬化过程中会产生一定的收缩，在较短时间内，这些收缩变化并未在路面上表现出来，但是随着公路使用时间的延长，这些问题会逐渐反映出来，引起路面裂缝、断裂等。

2.6 其他因素

诱发水泥混凝土路面裂缝的因素较多，常见的因素包括：（1）基层排水不良，路基长期浸泡引起强度下降；（2）路面排水不畅，这些积水与裂缝相互作用，导致原有裂缝不断扩大；（3）超重车辆会使得公路的承载能力、抗疲劳能力受到较大破坏，致使路面产生裂缝进而过早损坏等。

3 水泥混凝土路面裂缝预防措施

3.1 优化设计

科学合理地开展工程设计工作，能有效预防路面裂缝问题的发生。在设计之初，首先应做好公路施工区域的勘察，准确掌握施工区域地质、水文和气候等因素，这样能为水泥混凝土设计工作的开展奠定良好的基础。其次在具体设计内容层面，除考虑路面结构、材料组成外，还需要深化对路基填料、碾压方案等要素的系统设计。此外，应考虑水泥混凝土路面的经济效益，实现工程项目经济、质量的有机统一。

3.2 施工工艺控制

3.2.1 路基施工

（1）严格控制路基压实施工，提升路基强度和压实度，并实现其弯沉值的精准控制；（2）做好路基排水施工，严禁路基长期遭受积水浸泡；（3）规范化地进行路基填土施工，要求填土中遵守分层填筑、逐层碾压的要求；（4）当施工区域群在软土地基上时，还需要规范化地进行软土换填处理。

3.2.2 基层施工

基层施工技术要点包括：（1）基层铺料中，要求严格控制基层料的厚度、平整度和标高，确保其施工满足项目设计要求；（2）项目施工中坚决禁止采用抛撒松散基层材料填补的方法，保证基层施工质量；（3）在面层施工前，需做好基层施工的养护管理，如使基层始终处于湿润状态，避免基层过多吸收混凝土材料水分；（4）尽可能使用水泥稳定基层，保证基层水稳定。

3.2.3 面层施工

面层施工工艺的应用对于水泥混凝土路面裂缝控制具有积极作用。（1）项目施工初期阶段，要求严格控制原材料质量，并按照设计要求进行材料配置，严禁材料搅拌时间过长或过短，同时避免混合料水灰比控制不当、温度过高等问题。（2）材料浇筑阶段，需控制浇筑方法、浇筑速度，同时控制材料坍落度。（3）做好混凝土振捣管理，避免出现漏振和超振现象，同时需确保施工连续性。若项目进行重新铺装，应按施工缝处理接缝。（4）当施工温度较高时，切缝时间不超过10 h，当天上午施工的砼应在夜间切缝。（5）重视路面养生，及时养护，防止砼表面失水后干裂。（6）准备遮阳棚、防雨棚，避免高温暴晒和雨淋。（7）正确使用拉力杆，保证其平直。（8）控制交通车辆，不能过早开放交通。

3.2.4 施工材料控制

严格控制施工材料能从源头上提升项目施工质量。（1）要求重视原材料质量控制，如在水泥材料使用中，严禁使用不合格水泥材料，同时避免出现不同批次、规格水泥的混用问题；（2）做好材料配置管理，严格控制混凝土配合比，提升混合料的整体性能。

3.2.5 其他控制措施

要进一步提升水泥混凝土路面保护质量，预防路面裂缝问题发生，还需要重视路面排水设计施工，并认真处理好路桥（涵）结合部，保证行车顺畅，不致因载荷冲击而破坏路面；同时应加强已发现病害的处理，做好过往车辆检查，严禁车辆超重等。

4 水泥混凝土路面裂缝处理措施

4.1 材料选择

规范化地选择处理材料，能为水泥混凝土路面裂缝处理奠定良好基础。从材料功能情况来看，用于水泥混凝土路面修理的材料大致可分为补强材料和密封材料2 种类型。若路面本身的强度不够，出现了贯穿裂缝问题时，应选择补强材料进行路面裂缝处理；当路面强度满足设计、使用要求，但是在干缩、温差等因素影响下路面出现裂缝时，应注意采用密封材料进行处理。

现阶段，环氧树脂类材料是较为常用的一种补强材料，该材料有较高的模量，环氧树脂类材料在使用中需满足JTJ 073.1-2001 的要求，即灌入稠度小于20 s，缆绳强度和黏结强度分别不低于5 MPa 和3 MPa，此外材料的断裂伸长率多保持在2%～5%。而在密封材料选择应用中，沥青、聚氨酯类是2 种较为常见的材料，这些材料的灌入稠度需保持在20 s，材料拉伸强度和黏结强度均不得低于4 MPa，此外要求密封材料的断裂伸长率不低于50%。

4.2 修补方法应用

4.2.1 压注灌浆法

该方法多用于水泥混凝土表面裂缝处理，这些裂缝多为非拓展性裂缝，且裂缝的宽度不超过0.5 mm。喷嘴灌入法、注射器注射法是压注灌浆法应用的2 种基本形态。

喷嘴灌入法应用中，（1）进行清缝处理，该操作需要通过特质喷嘴喷入压缩空气，同时应注意与铅丝小钩子的协调配合，确保缝隙中的泥土杂物能被快速清理干净。（2）埋设灌浆嘴阶段，要求灌浆嘴的间距保持在30 cm，然后按照1∶2 的要求配置松香和石蜡，进行灌浆嘴的安置、稳固处理。（3）按照设计要求进行关键材料的配置，要求在材料配置中考虑缝隙宽度及要求。（4）开始进行灌浆和封缝处理，使用压力灌浆期灌满配置浆料，在封缝过程中，要求在表层添加水泥浆或砂浆抹面并喷养护剂，实现修补路面的有效保护。（5）完成封缝后，还需要进行修补路面的加热增强处理，要求加热温度控制在50～60℃，加热的时间保持在1～2 h，然后道路可开放运行。

注射器注射法也是路面修补的重要方式，该方法按照表面处理、拌封缝胶、粘贴底座、封闭裂缝、配浆灌浆、堵塞底座和收面的顺序完成施工。在具体施工中，施工技术要点包括：（1）在配制浆料阶段，要求重视PcR 主剂与固化剂的比例控制。（2）注浆过程中，采用便携式灌浆设备完成注浆，要求按照由中线向两边的方式进行逐点注浆，为避免注浆料凝固，要求在完成材料配置后的90 min内完成注浆施工，以提升道路应用质量。

4.2.2 直接灌浆法

若公路裂缝的宽度保持在1.5～3 mm，则采用直接灌浆法进行处理。（1）要求先清理缝隙内的泥土和杂质，确保缝内无水且整体干燥。（2）在灌浆前需先铺设聚氨酯底胶层，要求底胶层的厚度保持在0.2～0.4 mm，底浆的用量保持在0.15 kg/m2。（3）直接灌入配置砂浆完成施工。

4.2.3 扩缝灌浆法

若公路裂缝的宽度小于3 mm，且裂缝处没有剥落的轻微裂缝，则可采用扩缝灌浆法进行施工。扩缝灌浆法施工技术要点包括：（1）在扩缝机的作用下完成扩缝，扩缝后沟槽宽度保持在1.0 cm，深度不超过板厚的2/3。（2）清理干净缝隙灰尘后，要求清洁石屑的粒径保持在0.3～0.6 cm，石屑的含水率需低于1%。（3）完成石屑清理后，配置填缝料，然后按照装料、灌封、清洗的方式进行施工，填缝料固化后即可开放交通。

4.2.4 斜植钢筋法

该方法按照钻孔、清孔、植筋的方式完成施工。施工中要求做好植筋间距的有效控制。通常路面裂缝宽度保持在5 mm，要求控制植筋的角度保持在30°，而当混凝土的容许应力保持在12 MPa 时，控制植筋的间距应保持在0.33 m 以下。