代微水泥混凝土路面板破坏的原因及其防治与加铺改造方案.docx

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代微水泥混凝土路面板破坏的原因及其防治与加铺改造方案

水泥混凝土路面板破坏的原因及其防治

与加铺改造方案

摘要：

根据我国已建成通车的高等级公路的使用情况，从路基施工前准备、路基施工、台背处理、路面施工及路表面排水处理等方面较全面地分析了水泥硷路面破坏的原因及其防治。

关键词：

水泥混凝土路面破坏原因防治

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由于公路具有机动、灵活、直达、迅速、适应性强、服务面广的特点，在社会主义现代化建设中发挥着巨大的作用，并且具有良好的发展前景。

目前，我国公路发展，特别是高等级公路的发展迅猛，高等级路面的舒适、平坦已日益为人们所注重。

但对于高等级水泥砼路面板，根据我国已建成通车的高等级公路使用情况看，有相当部分破坏，如开裂、断板、沉陷、错台等。

这里仅对刚性路面板破坏的原因及其防治，谈点个人看法。

1水泥砼路面板破坏的原因

　1.1路基施工方面的原因

1.1.1路基填筑使用了不适宜的材料公路路基施工规范规定，在通常情况下，不能被压实到规定的密实度和不能形成稳走填方的材料不能用于路基填筑。

如：

沼泽土，泥炭、含有树根、杂草和易腐朽物质等材料；液限指数大于50％，塑限指数大于25％的材料；有机质含量大于3％的材料；压实含水量和最佳含水量之差大于2％的材料等等。

但是，由于施工单位在路基填筑材料方面控制不严，使用了不适宜材料从而造成路基下沉或塌方，以致影响路面直到路面硷砼板破坏。

1.1.2软基处理不当在软土地段路基填筑前，应该首先探明地基承载力，然后采取合理的软基处理有案和施工工艺。

软基处理方案一般有:

淤回填土方、石方、上石混合料或砂砾,袋装砂井，塑料排水板，土工布，上工格栅或以上两种方案的组合等，施但是工时，往往是由于取的软基处方案或施工工艺不合理或施工时未认真按要求处理或处理不完善等；这样给路基的稳定z造成了隐患，使成形的路基沉陷或滑移等，最终影响路面砼板。

1.1.3路基土石方填筑方面的问题往往在施工过程中,

（1）施工单位未严格按规范要求的每层填料松铺厚度控制，有时填料的松铺厚度达60～80cm,这样路基填方的密实度很难达到规范要求的低限值;

（2）路基填筑的有效宽度和超宽填筑不够,有的部分在路基填筑完成时,才发现填筑宽度不够,为达到路基的有效宽度,施工单位往往没有按规范要求挖台阶分层填筑压实至路基要求的宽度,而是将一些松散的土倾倒在边坡上；用人工摊铺拍实；这样补上来的路基部分远未达到密实度的要求，造成路基滑坡、层层冲涮；（3）路基填筑每层的填料未用平地机或其它平整仇械进行整平或整平效果不好，使低凹的地方达不到密实度要求且大量积水；（4）路基施工敖程中没有按要求做成一定的横坡度;路基施工临时排水系统未做或不畅通，从而使大量的积水渗入下层路基、严重影响路基质量；（5）路基石方或土石混合料填筑时，石头块径过大，使填石路堤或填土石混合料路堤密实度达不到规范的要求。

由于以上施工方面的原因，对路基的稳定性造成一走的影响，直到影响路面硷板。

1.1.4填切交界处未按规范要求施工当路堤在斜坡上或填切交界处，或原有路堤上或路堤处在垂直路中线测得的坡度大于1：

5的坡地时，应把原地面挖成台阶，台阶宽度应不小于1m，用小型机具进行夯实，并向内侧倾斜2％，且台阶上不能有积水，然后再分层填筑压实、，这样，才能保证路堤的稳定和达到规定的密实度。

而施工单位在施工时，遇到以上情况，在路堤填筑时，根本未将施工地段挖成台阶后分层填筑压实，以致影响了路堤填筑的质量，形成隐患给路面硷板造成破坏。

1.1.5构造物台背的回填不符合要求目前，从建成通车的公路来看，构造物台背跳车是通病，然而最明显的是台背沉陷或错台，主要原因是台背回填质量差。

台背回填要求每层松铺厚度不得大子20cm，密实度必须达到95％，回填材料最大粒径不大于5cm，且应具有良好的级配和透水性。

然而，施工单位在进行台背回填时，松铺厚度未严格控制；回填材料没有认真地选取；压实对仅用人工夯实，有时即使用小型机具进行压实，也只不过是形式，敷衍了事：

台背口填尺寸未按规范要求开挖，使得回填材料无法压实达到规定的密实度；现在台背回填中最易被人忽视的是，开挖出的台背，虽说台背回填时中部填筑合乎要求，但边缘为不透水性填料，没有进行更换，所以路面渗人的水积存在台背，这样时间一长便影响了路基的稳定性，造成台背沉陷，以致路面板遭破坏。

1.2路面施工方面的原因

1.2.1路面基层施工质量不合要求路面基层一般有底基层和面基层。

底基层为级配砂砾集料，面基层为水泥稳定类集料。

路面开始施工前要求路槽应清理干净，标高应严格控制，否则，会影响基层的设计厚度（厚度增加提高成本，厚度减小影响路面基层的稳定）；底基层集料细长及扁平的颗粒不得超过20％，且不得含有粘土块、腐殖质等有害物质；集料必须有良好的级配，级配曲线应接近圆滑并居中。

0．5mm以下的集料其塑性指数应小于4％，液限指数应小于25％；松铺好的集料在压实时，其含水量应比最佳含水量稍高。

水泥稳定类集料面基层，在铺筑前，应将底基层面上的所有浮土、杂物全部清除，并严格地整形和压实，将底基层上的车辙或松软部分和压实不足的地方以及任何不符合规范要求的表面都重新翻松，清除或用同类材料进行整形，并压实到符合规范要求的密实度和规走的线形、坡度、标高。

水泥稳走集料的级配要求良好，有机质含量不得大于2％，集料中不得含有粘土块、腐殖质等有害物质；水泥质量要求稳定，不得使用过期的水泥）水泥用量应严格按试验配合比加入：

拌和要均匀。

而施工单位在施工时；往往容易忽视的是使用集料的级配不好，含有粘块及有害物质的材料来铺筑基层；路基、底基层、面基层”的标高控制不严；水泥稳定集料含水量控制不准：

水泥用量不足等，这样严重影响了基层的质量，直至路面板遭破坏。

　2．2路面水泥砼板施工方面的问题水泥砼面层施工，往往施工的厚度未达到设计要求，主要是基层施工标高控制不严所引起；粗集料不具有良好的级配，细长及扁平的颗粒含量太高；细集料和粗集料中含泥量过高，降低了混合料的粘结度；所用水泥质量不稳定或已过期；水泥砼在浇筑过程中未完全振捣密实，蜂窝麻面较严重，这样；势必影响砼板本身的质量，而造成损坏。

1.2.3水泥硷路面结构层防水或排水未进行有效的处理往往路面板遭到破坏，人们想到的总是路基、路面基层施工质量或台背回填质量或水泥砼板本身的浇筑质量等，而未足够重视结构表面渗入到路基中的水对路基的侵害。

目前，虽说对砼板的缩缝、胀缝、施工缝（纵向和横向）采取了特制的材料对水进行封锁，使水从路面排走，但效果仍然不佳。

据了解，路面板遭破坏的原因有相当部分是由于路表水渗入路基，从而影响路基的稳走而造成的。

　2水泥砼路面板碴坏的防治　

2.1路基施工方面

路基的质量是非常关键的，由于路面板遭到破坏后，要对路基有质量问题的地段返工是不可能的，且水泥砼板难修补。

故在路基施工时应着重注意以下几点：

（1）清表要彻底。

不适宜的材料应全部清除且按规范要求搞好基底压实。

（2）软基处理要慎重。

并采用合理的施工方案和施工工艺。

（3）路基填筑过程中，要严格按规范要求选好填料，控制松铺厚度和粒径，控制压实含水量与最佳含水量之差在规定的范围内，每层填筑要用平地机等机械整平后压实，形成横向路拱，做好临时排水使路基干燥等。

（4）台背回填施工，要求选用监理工程师或图纸要求的回填料，保证每层填筑厚度及压实度，回填时在台背可考虑做排水管和土工格栅。

排水管间距不得大于2m，土工格栅层间距最好为50～80cm。

2.2路面施工方面

（1）路面基层施工要严格按规范要求选好合格材料，保证路面基层设计厚度及顶面标高，保证压实度，严格控制施工质量。

（2）路面硷板施工要严格按规范要求选好材料及材料的级配，保证砼质量并充分地密实，搞好施工缝、缩缝、胀缝的处治，防止路表水渗入路基。

2.3水泥砼路面板破坏后的处治

（1）对于水泥硷板错台、沉陷的现象，由于修补困难，以往人们总是用沥青砼进行填补压实，实际上这种修补方案是不可取的。

因为水泥砼路面与沥青砼路面颜色不一致，这样的局部修补，会给汽车驾驶员造成错觉，且在高速行驶的公路上可能发生交通事故。

所以，对于错台、沉陷的水泥砼板最好是铲除，用同标号的新砼进行修补。

并加入JK系列砼快速修补剂，这样，4h后便能开放交通。

（2）对于水泥砼板裂缝的现象，可采用HZ／HD补裂缝材料进行灌浆处理，4h后能开放交通。

（3）对于水泥砼龟裂、网裂及胀缝、施工缝、缩缝处的局部破坏现象，可采用局部换板进行修补并加入JK系列砼快速修补剂。

公路建设是一项基础建设，是我国经济发展的标志之一，从近几年全国建成通车的高等级公路来看，二条路比一条路要好、这说明：

“质量”这个概念已被人们所接受，并逐步认识到了它的重要性。

一条高质量、高标准公路的修建，不仅离不开一支具有高素质的施工队伍，同样必须有一支高水平、责任心强的监理队伍和具有科学头脑的管理队伍。

3方案设计

3.1水泥混凝土路面沥青加铺层

旧水泥混凝土路面上的沥青加铺层是一种特殊的路面结构，应力应变特性与一般的弹性层状体系有较大的差别。

由于接裂缝的存在，在外力荷载作用下，沥青混凝土加铺层处于复杂的三维应力状态。

车辆行驶经过不连续的板体时，沥青混凝土加铺层中由于裂缝两侧相邻板块产生竖向位移差，而出现较大的剪切应力，这种剪切应力是沥青混凝土加铺层产生荷载型反射裂缝最主要的原因。

另外,由于路面暴露在大气中，受气温周期性变化的影响，沥青加铺层和旧路面板都会缩胀，并产生温度应力。

由于旧水泥混凝土路面的应力在接缝处不连续,因此沥青加铺层同时承受它本身以及旧路面所产生的温度应力,特别是冬季气温较低时,沥青混凝土加铺层会因为与接缝对应处的应力过大而产生开裂,形成所谓的温度型反射裂缝。

沥青混凝土加铺层设计即设计沥青加铺层厚度，而该厚度由行车荷载和防反射裂缝两个因素控制。

由于水泥混凝土面板本身强度较高，将其做为基层，在其上再加铺沥青混凝土这种路面结构，强度一般没问题，关键是防止反射裂缝的产生。

防止反射裂缝的措施大致可分为三类：

改善沥青罩面层性能、设置中间夹层和增设补强层。

国内外大量工程实例和研究说明：

（1）旧混凝土路面加铺改造仍处于研究、试验阶段，尚未有成熟的理论、方法。

由于各种条件的差异，相同的方法有时甚至得出相反的结论。

（2）改造中，处治原混凝土路面很重要，尤其在传荷能力较差的接缝处,能否有效地处理板下脱空是关键。

（3）所有的土工织物或网络防治水平位移比剪切位移更有效。

不论是加筋还是应力消散措施,当应用于传荷能力很差的路面时，任何沥青类罩面对防治反射裂缝都显得无能为力。

（4）为了有效地改造旧水泥混凝土路面,改善路面使用品质,应从提高面层、夹层性能,处治好旧板块、基层等多方面考虑改造方案。

按国外沥青混凝土罩面的设计和计算方法,如ARE（AustinResearchEngineers）设计方法、AASHTO罩面设计方法、美国沥青协会法、美国工程兵团和联邦航空局法，计算出宁通公路六合东至江都段旧混凝土路面上加铺沥青混凝土厚度为80～100mm。

根据理论分析结果和宁通线工程情况,确定采用4+6即10cm的沥青混凝土加铺层。

在宁通公路改造过程中采用了纵横缝粘贴改性沥青油毡,同时铺设玻璃纤维土工格栅来达到提高沥青加铺层、延缓反射裂缝的能力。

玻璃纤维土工格栅耐高温性能好,摊铺热沥青混凝土不会产生变形。

为保证玻璃纤维土工格栅与下一层的贴合和便于施工,采用2～3cm厚的沥青砂找平层。

从沥青加铺层中加入应力吸收夹层后荷载应力和温度应力变化的比较可以看出,加入吸收层,温度拉应力下降非常明显,而荷载应力下降不多。

很多试验结果也表明加铺吸收层对减少接缝收缩引起的拉应力效果明显,但对于荷载作用下两板相对垂直位移造成的剪应力几乎没有什么效果。

为了解决这一问题，除对旧水泥道面进行维修加固,对传力效果差的接缝重新设置外,另外再在沥青混凝土面层下铺设18cm厚的二灰碎石基层,用来缓冲剪切变形。

由于旧水泥混凝土路面上沥青混凝土加铺层的主要破坏形式是反射裂缝,即冬季低温时由于接缝处水泥混凝土板收缩，在沥青混凝土内产生的拉应力过大，造成沥青混凝土层剪切破坏。

为了减少和延缓反射裂缝的产生，这就要求加铺层的沥青混凝土本身具有较高的低温抗变形性能力和抗拉抗剪性能,同时又不能过分地降低沥青混合料高温稳定性,改性沥青码蹄脂碎石混合料（SMA）则是最佳选择。

改性沥青由于改性剂的存在,结构组成发生变化,形成相互贯穿的空间网络结构,使得改性沥青的力学性能、粘度、粘附性、感温性都有了明显改善,能有效地抑制反射裂缝的发展。

而SMA这种以沥青、矿粉和纤维稳定剂做结合料的间断级配沥青混合料，既具备开级配混合料的嵌挤能力,提高抗车辙能力和抗滑阻力,又具备密级配混合料的优点,空隙率小、沥青用量多,提高疲劳寿命和抗水损害能力。

将它用做上面层，能提高行车舒适性,减少和延缓病害的产生,延长路面使用寿命，对江苏苏中这种高温、多雨、潮湿地区尤其适用。

3.2旧水泥混凝土路面修补

对于脱空板、有裂缝的板，以及角隅断裂、错台等均进行修补。

根据国内外多年来对旧水泥混凝土路面加铺改造的经验,对于防治反射裂缝的结构层,无论是加筋的还是应力消散类的（例如改性油毡、玻璃纤维格栅、土工布、粘结间断层以及SMA结构等）,都是针对或者说更有效于水平向位移,而各种措施对于竖向位移都显得无能为力。

而竖向位移的弯沉值到底控制为多大,才能达到既解决问题又经济可行，目前尚无指标可参照。

因此,本次改造中提出竖向位移由旧水泥混凝土板块的单点实测弯沉值控制,对板块进行逐板地毯式测量调查,逐板把关控制进行修补。

3.3改性沥青油毡和玻璃纤维土工格栅的应用

改性沥青油毛毡具有耐高温的特性,在沥青混凝土摊铺时不会熔化于沥青混凝土中或老化变质,能够承受高温时压路机碾压。

选用改性沥青油毛毡能有效地减少地表水通过旧水泥混凝土板接缝下渗入土基,同时又能减少地下水通过旧水泥混凝土板间接缝进入加铺层而浸湿加铺结构层材料,降低无机结合料处治的粒料层强度,延缓沥青面层出现剥落和松散,延长加铺层结构使用寿命。

利用改性沥青油毡的变形能力对消散水平向应变和传递竖向荷载能起到一定的作用,延缓反射裂缝的产生。

　　玻璃纤维格栅是一种能增强公路路面性能的新型优良土工基材。

使用玻纤格栅,可有效地改善路面结构应力分布,抵抗和延缓由路面基层裂缝引起的沥青混凝土路面反射裂缝的发生,从而提高路面的使用寿命。

它具有很高的耐热性和优异的耐寒性,强度大，模量高,化学稳定性好,耐腐蚀,膨胀系数低、尺寸稳定性好等特点。

3.4改性沥青的应用

本次宁通公路旧水泥混凝土路面加铺改造工程,为了抑制或延缓加铺层反射裂缝的出现,对面层沥青的使用提出了特殊要求,既要有较好的高温稳定性,又要有较好的低温抗裂性,同时考虑到工程经济性,仅在上面层（4cm，SMA16）使用SBS改性沥青。

其中K49+082～K53+083,K59+240～K65+155段（10.3km）采用壳牌CaribitDA成品改性沥青,K77+352～K90+880段（13.3km）使用现场加工的改性沥青。

4沥青

4.1CaribitDA沥青　

该沥青产于新加坡,桶装进口,SBS含量约为3%,其特点是质量比较稳定,储存稳定性较好,SBS与沥青不易分离。

针入度25℃,100g,5S0.1mm50~7063.7　针入度指数PI>0.20.256，软化点Tb&r℃>5556.2，闪点℃>230288，延度5℃，5cm/minCm>30～46，动力粘度60℃P>2500～17300，运动粘度135℃Cst<1500～1400，溶解度（C2HCI3）%>9999.66，储存稳定性,180℃,72h℃<42.9，弹性恢复25℃,30min%>6572.3　TFOT，弹性恢复25℃,30min%>65～70，延度10℃,5cm/minCm>60～71，针入度比,25℃%>7070.2　质量损失%<0.50.085.2　现场加工改性沥青。

基质沥青选用70#、90#两种沥青，分别取3%、3.5%、4%、4.5%、5%五种SBS含量进行改性试验。

试验表明,使用SBS改性后,沥青的针入度下降较多,沥青变硬，粘度显著增大（特别是70#沥青）。

结合实际改性效果,并考虑到太硬的沥青难于施工,于是选用90#沥青作为基质沥青。

国内外的研究表明,SBS含量达到3%时,才会对沥青产生明显的改性作用。

SBS用量视实际情况和要求而定,一般为3%～6%。

结合本工程的特点和改性试验情况,SBS含量选用4.5%。

6　SMA配合比设计及施工控制。

4.2SMA沥青

即沥青玛蹄脂碎石混合料,是在浇铸式沥青混凝土的基础上发展而来的。

SMA的高温性能好，抗车辙能力强，具有较好的低温抗裂性能和耐久性，能减小路面噪声，提高行车安全性，延长路面使用寿命，减少养护费用，经济效益和社会效益十分明显。

从80年代起SMA在欧美得到推广和普及,一些国家已经制定了SMA国家标准。

我国近年来在北京、吉林、河北等地,也修筑了一些SMA试验路,并开始推广应用。

本次宁扬公路旧水泥路面加铺改造工程,考虑到加铺层复杂的受力状况,为延缓反射裂缝的发生和发展,在上面层采用SBS改性沥青SMA路面结构。

5配合比设计

SMA的特点是"三多一少",即粗骨料多,矿粉用量多,沥青用量多,而细集料少。

SMA混合料的设计要保证粗骨料间形成充分的相互嵌挤的骨架,同时使混合料的空隙率在一个适当的范围内。

关于SMA的设计,没有特定的方法,马歇尔法在一定范围仍然使用。

5.1　初拟级配

SMA16在国外应用较少，开始试验时,参考我国北京、吉林、河北等地的实际经验，选择三种级配进行试验。

5.1.1沥青混合料矿料级配

沥青混合料矿料级配筛孔（mm）19.1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075JTBT10095～10072～9254～7222～3817～3114～2610～229～178～158～11BAOJ10095～10085～9560～7520～2816～2414～1812～1612～1510～128～10JSTI10090～10065～8540～6024～3016～2415～2212～1711～149～138～11AC16I10095～10075～9058～7842～6332～5022～3716～2811～217～154～8AM1610090～10060～8545～6818～426～253～181～141～100～80～5AK16A10090～10070～9050～7030～5022～3716～2812～238～186～134～9　　注：

JTBT--为交通部推荐级配,在北京、吉林等地区应用较多；BAOJ--为河北省保津公路拟用级配,是在美国FHWA级配的基础上而制定的；JSTI--为宁扬改造课题组所拟定的级配；AC16I、AM16、AK16I--为JTJ014-97中的沥青面层级配。

5.1.2马歇尔试验

马歇尔试验参数温度石料、矿粉、VIATOP加热温度为185℃，沥青加热温度为180℃，拌合温度为180℃，压实温度为160℃拌和干拌10S，湿拌300S击实双面，50次/面，级配BAOJ空隙率较大，不宜采用。

级配JTBT空隙率与VMA略小，JSTI各项指标都较好。

5.1.3　析漏试验

在此基础上，对以上三种级配的混合料在180℃、保温1h的条件下，进行析漏试验，结果表明三种级配的混合料都能满足要求。

5.1.4　确定级配

根据以上试验结果，决定采用级配JSTI。

5.1.5　确定用油量

采用级配JSTI,油石比5.5～7.5，进行马歇尔试验，试验结果见表7。

马歇尔试验结果油石比（%）稳定度（kN）流值（0.1mm）空隙率（%）VMA（%）JTBT6.08.5768.833.4017.266.57.7963.832.6416.55BAOJ6.05.8168.175.9819.506.56.0940.434.4718.96JSTI6.06.1779.033.9518.186.56.4046.533.5817.76表7级配类型油石比（%）稳定度（kN）流值（0.1mm）空隙率（%）VMA（%）密度（g/cm3）SMA165.55.5318.212.5106.06.1779.04.2318.022.5156.56.4046.53.3618.352.5347.06.1776.13.3819.302.5127.55.6952.43.2020.172.510要求>6/3～417/采用6.0、6.5、7.0三种油石比进行车辙试验。

同时，对以上三种用油量的混合料进行析漏试验，结果表明都能满足要求。

对于SMA这种密实骨架结构,马歇尔试验的目的是进行混合料的体积设计,稳定度和流值仅作参考,重点是保证空隙率和VMA。

从以上试验结果可以看出,当油石比为6.5%时，SMA混合料的密度和稳定度都达到最大,而且VMA和车辙试验的动稳定度都满足要求,故决定采用6.5%的油石比,实际用油量为6.1%。

级配类型油石比（%）动稳定度（次/mm）SMA166.0119006.5105007.07700SMA拌和时间及加料次序；加矿料加矿粉加纤维约10s加沥青、拌和、出料、干拌约30～35s湿拌；约35～40s约5s总生产时间约70～80s。

6.2　SMA施工控制

6.2.1　SMA的生产与运输

SMA面层采用玄武岩矿料、石灰石矿粉和SBS改性沥青，用油量为6.1%。

稳定剂为粒状木质素纤维，其中纤维含量为80%,用量为0.375%。

采用间歇式拌和机。

出料以混合料拌和均匀，纤维均匀分布在混合料中,所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料为度。

由于使用了SBS改性沥青,拌和温度比拌普通沥青混合料提高20℃左右。

沥青加热温度掌握在175℃～185℃,不得超过190℃;矿料加热温度在185℃～195℃;矿粉和纤维不加热;混合料出料温