水泥混凝土路面水毀及對策
嚴士軍
【吳江市公路管理處 吳江215200】
摘 要 水泥混凝土路面受水的侵蝕，在綜合因素及環境、氣候等影響下基層失穩，產生病害。本文通過分析水毀原因，從設計、施工、養護三個環節提出防治辦法。
關鍵詞 水泥混凝土路面 水毀 對策
近幾年來，我國城鄉各地修筑了大量的水泥混凝土路面，毋庸置疑，這對提高我國的公路路面質量，增強公路的抗災能力，改善公路行車條件，提高客貨運輸效益均起到了積極的作用。但是在重交通荷載、超載、水毀、其它自然環境等諸多外部因素的影響下，近期修建的水泥混凝土路面行車后不久就出現了許多不同程度的病害，導致路面的使用性能迅速下降，嚴重地影響了車輛快速、安全行駛，而且給養護和維修帶來了巨大的壓力。國內外對水泥混凝土路面病害開展了大量的研究，提出了許多對策，收到了一定的效果。現根據318國道吳江段水泥混凝土路面水毀情況作一分析。
1 情況介紹
1.1 路面結構體系
318國道是連接上海和西藏方向的主要干線，吳江段自1995～1996年陸續進行改建。該路段全長52.26Km，其中，90％為雙向四車道的水泥混凝土路面，機動車道和非機動車道之間設置了機非隔離墩。路面結構為：24cmC35水泥混凝土面層，18cm二灰碎石基層，20cm12％石灰土基層，50cm土基處理。到目前為止，機動車道路拱中間的兩個車道路面病害板塊較少，而機非隔離墩一側兩個車道的嚴重病害的板塊竟然達到22.5％，加上通車幾年養護維修的板塊，其壞板率共達到30％以上。由于當初設計時排水體系不完善，再加上江南雨水較多，使得全線積水現象比較普遍，給養護帶來了很多困難。
1．2 路面病害特點
(1)板塊連續縱向裂縫較多，離機非隔離墩約2m左右的地方積水都較為嚴重；
(2)板塊角隅斷裂現象較多，斷裂位置接縫材料剝落嚴重，且積水嚴重；
(3)斷板和嚴重破碎板較多，基本上都是在前兩種病害基礎上進一步發展而產生；
(4)唧泥現象較多，在病害位置車輛行走時縫隙冒出的水頭高達30cm以上，雨后很長時間病害位置仍有唧泥擠出；
(5)病害嚴重位置的輔道瀝青面層損壞較嚴重，由于積水和凍融作用使瀝青砼松散。
1．3 路面病害處治情況對照
(1)對混凝土板塊鑿除重新修復，未實施橫向排水體系的，通車時間不長，病害仍然很快產生，實施橫向排水體系的，通車一年半時間基本沒有病害發生；
(2)對裂縫板和板底脫空的板塊進行壓漿灌縫處治后，未實施橫向排水體系的，通車時間不長，病害仍然繼續發展成嚴重破碎板，實施橫向排水體系的，通車一年半時間后病害仍然比較穩定；
(3)在板塊完好而積水嚴重位置處設置了橫向排水體系的，經過一年觀測，發現基本沒有裂縫、破碎板等病害發生，而未設橫向排水體系的，經過半年行車就出現了縱向連續嚴重裂縫和其它病害現象。
2 水毀分析
2．1 水泥混凝土路面結構層水的來源
水毀的防治，必須先了解積水產生原因（見圖1），切斷積水的產生渠道，及時處理、排除積水，增強對水的抵抗力，就能達到防治的目的，混凝土路面結構層水的來源主要有以下幾方面：
(1)冬、春季節地下水位升高，路面設計標高較低；
(2)路面水從路面“三帶”、接縫和裂縫中滲入；
(3)毛細管中的水位上升或相互連通水膜中水的垂直運動；
(4)路肩、綠化帶水的滲入。
2.2 路面積水原因
(1)機非隔離墩
機非隔離墩施工埋設時，兩側砂漿封閉不嚴、質量不合格，泄水孔標高不準，日久封閉口松動漏水；養護時泄水孔疏通不及時，造成積水。
(2)非機動車道
施工時，非機動車道橫坡控制不好形成反坡；通車后，機動車道沉降量大于非機動車道，導致非機動車道偏高，產生積水。
(3)接縫滲水
填縫料剝落，導致路面雨水滲入基層。
2．3 路面結構層處于水飽和狀態，在重載頻繁作用下，基層條件惡化
實踐和研究表明，路面過早的破壞在很大程度上是由于水滲入路面結構層引起的。水滲入路面結構層，得不到及時有效排除和處理，就會使得路面結構層長期處于水飽和狀態，這是引起路面早期破壞的主要原因。
受綜合因素、環境、氣候等的影響，使得混凝土路面基層條件惡化，導致面層唧泥、裂縫、斷板、錯臺、拱起等各種病害的發生，進而造成混凝土路面破壞，失去其應有的功能。
路面結構層長期處于水飽和狀態，在重載、水泥混凝土板塊收縮應力、翹曲應力等重復作用下，使得路基發生唧泥、凍融現象，路基土不均勻膨脹和沉降，細粒材料的沖刷及流失，導致基層脫空，使混凝土板塊支承條件惡化。
2．3．1 唧泥作用
在路基基層處于水飽和狀態時，重載壓低了受彎的路面板邊緣，重復作用就會產生唧泥現象。在重載車輛的作用下，車輪使得后板回彈時形成真空，這種負壓進一步將水泵入業已形成的原始空隙中，車輛載荷再一次作用，擠出空隙中的水和粒料，這就是唧泥現象。唧泥使得細粒材料發生沖刷、流失、移動等產生唧泥病害。細粒材料移動積存在路面板的末端，導致路面的錯臺、不均勻支撐以及路面板破壞、斷裂。細粒材料沖刷、流失，使路面板底沿橫向接縫位置脫空，路面板受彎產生橫向裂縫；沿路面外邊緣位置脫空，使路面板產生縱向扭距而產生縱向裂縫；板角位置脫空，產生板角斷裂縫、沉陷等。
2．3．2 凍融作用
路基基層在凍融作用下松散、破碎，失去支撐能力，從而產生各種病害。
2．3．3 水沖刷路堤作用
一側為溝、渠的高填方路堤，由于溝、渠中的水對路堤浸蝕坡腳，造成邊坡下滑，基層失穩，引起路面縱向裂縫、側移等病害。
2．3．4 基層失穩
養護規范中提到的常見水泥混凝土路面破壞形式，根據其原因分析基層失穩是板破壞的一個重要原因，而水的作用則是造成基層失穩的一個重要原因。
3 防治措施
水毀原因特別復雜，要想有效防治，必須從設計、施工、養護三個環節入手，加強重視。
3．1 設計階段
3．1．1 橫斷面
為了保證路面水能夠及時排除，機非隔離墩最好不要設置，即使設置也應采取放在路表面的隔離體系。非機動車道路面標高要比機動車道標高低5cm為宜，因為通車多年后，機動車道沉降量大于非機動車道約3cm左右。非機動車道橫坡要大，以3％為宜，目前橫坡設計多為1.5％～2％，由于下沉和施工等原因，常出現平坡甚而反坡現象。
3．1．2 排水體系
路面下排水不足是引起路面性能不佳和路面早期破壞的主要原因。所以，設計時應考慮一個合理有效、切實可行的排水體系來及時排除路表、路面下各層次的水，以及切斷地下水浸入。
3．1．3 接縫
必須選用滿足功能要求的密封、接縫材料，選擇合理的接縫構造尺寸，以切斷路面水的浸入。
3．1．4 基層
為了增強對水的抵抗力，提高結構的整體效能，必須設計合適的基層體系，提高基層的水穩性。
3．2 施工階段
3．2．1 把好“四關”
施工過程中，要嚴格把好原材料進場關、施工工藝關、現場旁站監理關、各環節驗收檢測關，必須嚴格按照公路有關規范、標準要求施工，必須嚴格按照設計要求施工。
3．2．2 接縫施工
必須做好接縫的清洗和表面處理工作。一方面，低質量的密封材料受熱時流淌，受冷時脆裂、粘結性低，使接縫喪失防水性。另一方面，施工不當也會使密封材料的性能降低，甚至喪失防水作用。如果接縫壁上粘附有水泥漿、灰塵或潮濕，即使性能好的密封材料也難以粘結牢固。接縫壁粗糙有利于提高粘結強度，混凝土強度低時切割的縫壁會具有較粗糙的表面；強度高時，切縫表面較光滑，所以切縫要選擇合適的時機。
3．2．3 基層施工
提高基層的施工質量，在路基施工中，應嚴格按照操作規程進行，做到分層填筑、分層壓實、分層檢驗。每層質量指標都必須滿足設計要求和規范要求，以提高基層的水穩性。
3．2．4 面層施工
嚴格控制混凝土板厚和混凝土實際彎拉強度。因為板厚和彎拉強度是影響混凝土路面使用壽命的兩個重要因素，板厚的減少和強度的降低都成倍地縮短板塊的使用壽命。板塊提前損壞使得路表水浸入結構層，進一步形成負面連鎖反應。
3．3 養護階段
3．3．1 318國道水泥混凝土路面水毀處治方法
對于出現的病害，我們采取了灌漿、開設橫向排水溝、鑿除重澆等相結合的方法進行處治，取得了較好的效果。
（1）鑿除重澆。對于破損成3塊以上的嚴重破碎板，可鑿除后重新澆筑混凝土板塊。對于基層松軟的問題，可使用素混凝土和夯實相結合的補強方法，局部設置鋼筋網進行補強。
（2）灌漿。對于板底脫空積水的板塊和嚴重裂縫板塊進行灌漿處理。對于孤立的一塊板采取鉆4個孔，對于許多連續板塊的，考慮到板塊之間的相互聯系，采用3孔或2孔的形式。每個孔距板邊大約0.5m左右，鉆孔深度大約比板厚深4～5cm，成孔直徑為42～45mm，壓漿壓力控制在2Mpa以內，保養時間約為5～7天。布孔位置如圖2所示。
（3）設置橫向排水管。對于排水不暢的地方每隔10m設置一道橫向排水PC管（Φ50），與機非隔離墩相接處設置一小積水井，將水排到路基以外，定期進行疏通。
（4）灌縫。加強對水泥混凝土路面日常養護灌縫的控制，采用水泥混凝土灌縫機灌縫，嚴格按照規范進行灌縫的養護，尤其要加強雨季之前的養護工作。
3．3．2 養護防治要求
（1）對路面原有的排水體系，要加強縱、橫向疏通，不能滿足實際要求的，就應修改完善，以及時有效地排除路面結構層的積水。
（2）加強對路面結構層觀察，及時發現問題，一旦有積水，必須立即采取措施，盡快排除。
（3）對路面出現的病害及時處理，以防止路表水進一步滲入結構層。如用樹脂修補裂縫、剝落及板邊碎裂，用刻槽或瀝青混凝土罩面等方法恢復路面抗滑性能。
（4）對接縫密封材料要加強養護，如接縫中的密封材料流失或老化，應及時補充或更換密封材料，以保持良好的彈性和防水性能。
（5）應建立混凝土路面的日常養護制度，研究和制定修理各種病害的方法、工藝和配置相應的養護設備，嚴格進行規范化養護。路面的養護應以預防性養護為主，修補性養護為輔，要在路面尚未出現病害或嚴重病害之前進行養護。應堅持“預防為主，防治結合”的方針，應防微杜漸，做到早補、小補、徹底補。
4 建議
鑒于目前的體制，養護部門不能參與道路的設計和交竣工驗收，而設計單位、施工單位對通車后道路出現的問題往往不甚了解，因而造成了許多工程遺留問題。建議今后能讓養護部門參與到工程項目從設計到施工的各個主要環節中去，以有效地解決道路的養護和長效管理問題。
參考文獻
〔1〕公路養護技術規范(JTJ073－96)
〔2〕錢章久摘譯，曾竟成校?瀝青處治的透水基層?國外公路，1992，6
嚴士軍
【吳江市公路管理處 吳江215200】
摘 要 水泥混凝土路面受水的侵蝕，在綜合因素及環境、氣候等影響下基層失穩，產生病害。本文通過分析水毀原因，從設計、施工、養護三個環節提出防治辦法。
關鍵詞 水泥混凝土路面 水毀 對策
近幾年來，我國城鄉各地修筑了大量的水泥混凝土路面，毋庸置疑，這對提高我國的公路路面質量，增強公路的抗災能力，改善公路行車條件，提高客貨運輸效益均起到了積極的作用。但是在重交通荷載、超載、水毀、其它自然環境等諸多外部因素的影響下，近期修建的水泥混凝土路面行車后不久就出現了許多不同程度的病害，導致路面的使用性能迅速下降，嚴重地影響了車輛快速、安全行駛，而且給養護和維修帶來了巨大的壓力。國內外對水泥混凝土路面病害開展了大量的研究，提出了許多對策，收到了一定的效果。現根據318國道吳江段水泥混凝土路面水毀情況作一分析。
1 情況介紹
1.1 路面結構體系
318國道是連接上海和西藏方向的主要干線，吳江段自1995～1996年陸續進行改建。該路段全長52.26Km，其中，90％為雙向四車道的水泥混凝土路面，機動車道和非機動車道之間設置了機非隔離墩。路面結構為：24cmC35水泥混凝土面層，18cm二灰碎石基層，20cm12％石灰土基層，50cm土基處理。到目前為止，機動車道路拱中間的兩個車道路面病害板塊較少，而機非隔離墩一側兩個車道的嚴重病害的板塊竟然達到22.5％，加上通車幾年養護維修的板塊，其壞板率共達到30％以上。由于當初設計時排水體系不完善，再加上江南雨水較多，使得全線積水現象比較普遍，給養護帶來了很多困難。
1．2 路面病害特點
(1)板塊連續縱向裂縫較多，離機非隔離墩約2m左右的地方積水都較為嚴重；
(2)板塊角隅斷裂現象較多，斷裂位置接縫材料剝落嚴重，且積水嚴重；
(3)斷板和嚴重破碎板較多，基本上都是在前兩種病害基礎上進一步發展而產生；
(4)唧泥現象較多，在病害位置車輛行走時縫隙冒出的水頭高達30cm以上，雨后很長時間病害位置仍有唧泥擠出；
(5)病害嚴重位置的輔道瀝青面層損壞較嚴重，由于積水和凍融作用使瀝青砼松散。
1．3 路面病害處治情況對照
(1)對混凝土板塊鑿除重新修復，未實施橫向排水體系的，通車時間不長，病害仍然很快產生，實施橫向排水體系的，通車一年半時間基本沒有病害發生；
(2)對裂縫板和板底脫空的板塊進行壓漿灌縫處治后，未實施橫向排水體系的，通車時間不長，病害仍然繼續發展成嚴重破碎板，實施橫向排水體系的，通車一年半時間后病害仍然比較穩定；
(3)在板塊完好而積水嚴重位置處設置了橫向排水體系的，經過一年觀測，發現基本沒有裂縫、破碎板等病害發生，而未設橫向排水體系的，經過半年行車就出現了縱向連續嚴重裂縫和其它病害現象。
2 水毀分析
2．1 水泥混凝土路面結構層水的來源
水毀的防治，必須先了解積水產生原因（見圖1），切斷積水的產生渠道，及時處理、排除積水，增強對水的抵抗力，就能達到防治的目的，混凝土路面結構層水的來源主要有以下幾方面：
(1)冬、春季節地下水位升高，路面設計標高較低；
(2)路面水從路面“三帶”、接縫和裂縫中滲入；
(3)毛細管中的水位上升或相互連通水膜中水的垂直運動；
(4)路肩、綠化帶水的滲入。
2.2 路面積水原因
(1)機非隔離墩
機非隔離墩施工埋設時，兩側砂漿封閉不嚴、質量不合格，泄水孔標高不準，日久封閉口松動漏水；養護時泄水孔疏通不及時，造成積水。
(2)非機動車道
施工時，非機動車道橫坡控制不好形成反坡；通車后，機動車道沉降量大于非機動車道，導致非機動車道偏高，產生積水。
(3)接縫滲水
填縫料剝落，導致路面雨水滲入基層。
2．3 路面結構層處于水飽和狀態，在重載頻繁作用下，基層條件惡化
實踐和研究表明，路面過早的破壞在很大程度上是由于水滲入路面結構層引起的。水滲入路面結構層，得不到及時有效排除和處理，就會使得路面結構層長期處于水飽和狀態，這是引起路面早期破壞的主要原因。
受綜合因素、環境、氣候等的影響，使得混凝土路面基層條件惡化，導致面層唧泥、裂縫、斷板、錯臺、拱起等各種病害的發生，進而造成混凝土路面破壞，失去其應有的功能。
路面結構層長期處于水飽和狀態，在重載、水泥混凝土板塊收縮應力、翹曲應力等重復作用下，使得路基發生唧泥、凍融現象，路基土不均勻膨脹和沉降，細粒材料的沖刷及流失，導致基層脫空，使混凝土板塊支承條件惡化。
2．3．1 唧泥作用
在路基基層處于水飽和狀態時，重載壓低了受彎的路面板邊緣，重復作用就會產生唧泥現象。在重載車輛的作用下，車輪使得后板回彈時形成真空，這種負壓進一步將水泵入業已形成的原始空隙中，車輛載荷再一次作用，擠出空隙中的水和粒料，這就是唧泥現象。唧泥使得細粒材料發生沖刷、流失、移動等產生唧泥病害。細粒材料移動積存在路面板的末端，導致路面的錯臺、不均勻支撐以及路面板破壞、斷裂。細粒材料沖刷、流失，使路面板底沿橫向接縫位置脫空，路面板受彎產生橫向裂縫；沿路面外邊緣位置脫空，使路面板產生縱向扭距而產生縱向裂縫；板角位置脫空，產生板角斷裂縫、沉陷等。
2．3．2 凍融作用
路基基層在凍融作用下松散、破碎，失去支撐能力，從而產生各種病害。
2．3．3 水沖刷路堤作用
一側為溝、渠的高填方路堤，由于溝、渠中的水對路堤浸蝕坡腳，造成邊坡下滑，基層失穩，引起路面縱向裂縫、側移等病害。
2．3．4 基層失穩
養護規范中提到的常見水泥混凝土路面破壞形式，根據其原因分析基層失穩是板破壞的一個重要原因，而水的作用則是造成基層失穩的一個重要原因。
3 防治措施
水毀原因特別復雜，要想有效防治，必須從設計、施工、養護三個環節入手，加強重視。
3．1 設計階段
3．1．1 橫斷面
為了保證路面水能夠及時排除，機非隔離墩最好不要設置，即使設置也應采取放在路表面的隔離體系。非機動車道路面標高要比機動車道標高低5cm為宜，因為通車多年后，機動車道沉降量大于非機動車道約3cm左右。非機動車道橫坡要大，以3％為宜，目前橫坡設計多為1.5％～2％，由于下沉和施工等原因，常出現平坡甚而反坡現象。
3．1．2 排水體系
路面下排水不足是引起路面性能不佳和路面早期破壞的主要原因。所以，設計時應考慮一個合理有效、切實可行的排水體系來及時排除路表、路面下各層次的水，以及切斷地下水浸入。
3．1．3 接縫
必須選用滿足功能要求的密封、接縫材料，選擇合理的接縫構造尺寸，以切斷路面水的浸入。
3．1．4 基層
為了增強對水的抵抗力，提高結構的整體效能，必須設計合適的基層體系，提高基層的水穩性。
3．2 施工階段
3．2．1 把好“四關”
施工過程中，要嚴格把好原材料進場關、施工工藝關、現場旁站監理關、各環節驗收檢測關，必須嚴格按照公路有關規范、標準要求施工，必須嚴格按照設計要求施工。
3．2．2 接縫施工
必須做好接縫的清洗和表面處理工作。一方面，低質量的密封材料受熱時流淌，受冷時脆裂、粘結性低，使接縫喪失防水性。另一方面，施工不當也會使密封材料的性能降低，甚至喪失防水作用。如果接縫壁上粘附有水泥漿、灰塵或潮濕，即使性能好的密封材料也難以粘結牢固。接縫壁粗糙有利于提高粘結強度，混凝土強度低時切割的縫壁會具有較粗糙的表面；強度高時，切縫表面較光滑，所以切縫要選擇合適的時機。
3．2．3 基層施工
提高基層的施工質量，在路基施工中，應嚴格按照操作規程進行，做到分層填筑、分層壓實、分層檢驗。每層質量指標都必須滿足設計要求和規范要求，以提高基層的水穩性。
3．2．4 面層施工
嚴格控制混凝土板厚和混凝土實際彎拉強度。因為板厚和彎拉強度是影響混凝土路面使用壽命的兩個重要因素，板厚的減少和強度的降低都成倍地縮短板塊的使用壽命。板塊提前損壞使得路表水浸入結構層，進一步形成負面連鎖反應。
3．3 養護階段
3．3．1 318國道水泥混凝土路面水毀處治方法
對于出現的病害，我們采取了灌漿、開設橫向排水溝、鑿除重澆等相結合的方法進行處治，取得了較好的效果。
（1）鑿除重澆。對于破損成3塊以上的嚴重破碎板，可鑿除后重新澆筑混凝土板塊。對于基層松軟的問題，可使用素混凝土和夯實相結合的補強方法，局部設置鋼筋網進行補強。
（2）灌漿。對于板底脫空積水的板塊和嚴重裂縫板塊進行灌漿處理。對于孤立的一塊板采取鉆4個孔，對于許多連續板塊的，考慮到板塊之間的相互聯系，采用3孔或2孔的形式。每個孔距板邊大約0.5m左右，鉆孔深度大約比板厚深4～5cm，成孔直徑為42～45mm，壓漿壓力控制在2Mpa以內，保養時間約為5～7天。布孔位置如圖2所示。
（3）設置橫向排水管。對于排水不暢的地方每隔10m設置一道橫向排水PC管（Φ50），與機非隔離墩相接處設置一小積水井，將水排到路基以外，定期進行疏通。
（4）灌縫。加強對水泥混凝土路面日常養護灌縫的控制，采用水泥混凝土灌縫機灌縫，嚴格按照規范進行灌縫的養護，尤其要加強雨季之前的養護工作。
3．3．2 養護防治要求
（1）對路面原有的排水體系，要加強縱、橫向疏通，不能滿足實際要求的，就應修改完善，以及時有效地排除路面結構層的積水。
（2）加強對路面結構層觀察，及時發現問題，一旦有積水，必須立即采取措施，盡快排除。
（3）對路面出現的病害及時處理，以防止路表水進一步滲入結構層。如用樹脂修補裂縫、剝落及板邊碎裂，用刻槽或瀝青混凝土罩面等方法恢復路面抗滑性能。
（4）對接縫密封材料要加強養護，如接縫中的密封材料流失或老化，應及時補充或更換密封材料，以保持良好的彈性和防水性能。
（5）應建立混凝土路面的日常養護制度，研究和制定修理各種病害的方法、工藝和配置相應的養護設備，嚴格進行規范化養護。路面的養護應以預防性養護為主，修補性養護為輔，要在路面尚未出現病害或嚴重病害之前進行養護。應堅持“預防為主，防治結合”的方針，應防微杜漸，做到早補、小補、徹底補。
4 建議
鑒于目前的體制，養護部門不能參與道路的設計和交竣工驗收，而設計單位、施工單位對通車后道路出現的問題往往不甚了解，因而造成了許多工程遺留問題。建議今后能讓養護部門參與到工程項目從設計到施工的各個主要環節中去，以有效地解決道路的養護和長效管理問題。
參考文獻
〔1〕公路養護技術規范(JTJ073－96)
〔2〕錢章久摘譯，曾竟成校?瀝青處治的透水基層?國外公路，1992，6
