簡介: 結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)村公路的特點(diǎn),從設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)等方面對影響水泥砼路面使用壽命的主要因素及對策進(jìn)行了探討。

  關(guān)鍵字:農(nóng)村公路 水泥砼路面 使用壽命 因素及對策 

  1 引言

  咸寧市在公路建設(shè)中大規(guī)模采用水泥砼路面始于上世紀(jì)八十年代。早期修建的路面病害較多,不少路段僅使用2~3年既出現(xiàn)大面積破壞。近幾年,隨著科技的進(jìn)步,水泥砼路面的質(zhì)量有了較大提高,但壽命短、維修難的問題仍未得到根本解決,嚴(yán)重制約了在干線公路上的發(fā)展。2003年以來,國家加大了農(nóng)村公路建設(shè)的投入,調(diào)動了廣大農(nóng)民自覺修路的積極性,水泥砼路面在農(nóng)村公路尤其是通村公路中得到廣泛應(yīng)用。作為公路管理部門,勢必應(yīng)因勢利導(dǎo),結(jié)合農(nóng)村公路的特點(diǎn),在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、借鑒國內(nèi)外最新研究成果的基礎(chǔ)上,制定切實(shí)可行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),同時加大技術(shù)指導(dǎo)和質(zhì)量監(jiān)管力度,以確保建設(shè)質(zhì)量,提高投資效益。

  2 水泥砼路面的受力特點(diǎn)

  在水泥砼路面設(shè)計理論中,將砼板看作四邊自由的小撓度彈性矩形薄板,其假定條件是砼板與彈性地基間完全接觸(不脫空)。當(dāng)砼板均勻支承時,無論荷載作用的位置,應(yīng)力都較。欢坏┟摽,板內(nèi)將產(chǎn)生過大的附加彎拉應(yīng)力,砼板很快達(dá)到極限壽命,極端情況下,可以一次壓斷。

  3 水泥砼路面的優(yōu)缺點(diǎn)[1]

  3.1 優(yōu)點(diǎn)

  (1)水穩(wěn)定性較高,在暴雨及短期浸水條件下,路面可照常通行;

 。2)溫度穩(wěn)定性高,無車轍現(xiàn)象;

 。3)水泥砼是無機(jī)膠凝材料,耐老化、無污染;

 。4)在相同技術(shù)和工藝水平下,水泥砼路面的使用年限長;

 。5)水泥砼路面可以容納各種類型的集料,只要這些材料滿足一定的標(biāo)準(zhǔn);

 。6)平整度的保持期長。

  3.2 缺點(diǎn)

 。1)對路基的穩(wěn)定性要求高,對不均勻變形的適應(yīng)性差;

 。2)水泥砼為水硬性材料,養(yǎng)護(hù)期較長,施工和養(yǎng)護(hù)用水量大;

 。3)水泥砼路面強(qiáng)度高、硬度大,斷板后難于清除,修復(fù)難度大;

 。4)在相同平整度條件下,由于水泥砼路面不減振,因此行車舒適性不及瀝青路面且噪音較大。

  4 影響使用壽命的主要因素及對策

  4.1 路基

  路基應(yīng)穩(wěn)定,能為路面提供連續(xù)均勻的支撐。一般而言,通車前2~3年水泥砼路面的破損是由于地基或路基不穩(wěn)造成的。所以經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象,越是高路堤、軟基路堤或半填半挖的路基,越容易出現(xiàn)斷板;相反,低路堤、老路堤早期破損較少。因此,那種認(rèn)為采用了水泥砼面層,路基質(zhì)量差一些無關(guān)緊要的觀點(diǎn)是極端錯誤的。

  大量事實(shí)證明,路修得愈快,壞得愈快。為減少路基的變形,除在地基、填料和壓實(shí)等方面采取相應(yīng)的措施以外,最好的辦法是留給路基一段自然沉降的時間。確定項(xiàng)目的建設(shè)工期是技術(shù)問題,行政干預(yù)必然帶來質(zhì)量隱患。

  針對農(nóng)村公路路基大部分由鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府負(fù)責(zé)修建,機(jī)械少壓實(shí)度無法保證的情況,咸寧市靈活掌握工程進(jìn)度,規(guī)定新建路基當(dāng)年不準(zhǔn)鋪筑永久式路面,先鋪筑砂石路面維持通車,第二年經(jīng)彎沉檢測合格后再實(shí)施。采用砂石路面的好處在于容易修補(bǔ),又可以利用為永久式路面的基層或底基層。

  4.2 墊層

  特殊路段必須設(shè)置墊層。有些人認(rèn)為路塹地段的路床是原狀土——“硬得很”,可以減薄基層。實(shí)際上恰恰相反。土質(zhì)路塹地段由于地下水位較高和坡面水的匯集,路床的強(qiáng)度、水穩(wěn)定性將大大降低,不但不能減薄基層,還應(yīng)增設(shè)全寬式隔、排水墊層。

  4.3 基層

 。1)水泥砼路面與瀝青路面受力特點(diǎn)不同,對基層的要求也存在差異。瀝青路面面層薄而柔,主要是基層受力,對基層的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性都有較高的要求;而水泥砼路面面層厚而剛,主要是面層受力,對基層的要求主要是水穩(wěn)定性尤其是抗沖刷能力。

 。2)農(nóng)村公路與高等級公路在基層結(jié)構(gòu)類型的選擇上應(yīng)有所區(qū)別。半剛性穩(wěn)定基層與柔性基層是兩種同等的結(jié)構(gòu)形式,無所謂誰比誰好,各有其使用條件和特點(diǎn)。半剛性穩(wěn)定基層強(qiáng)度高、剛度大,但也存在造價高、工藝復(fù)雜、養(yǎng)護(hù)期長、不利于行車干擾路段的施工、且開裂后沒有愈合能力等缺點(diǎn)。級配碎石和填隙碎石柔性基層不僅能彌補(bǔ)半剛性穩(wěn)定基層的不足,而且在農(nóng)村公路水泥路面上使用,又避免了其整體強(qiáng)度低,抗變形能力差的弱點(diǎn)。

  咸寧市在有條件的農(nóng)村公路建設(shè)項(xiàng)目中推廣應(yīng)用了級配碎石和填隙碎石柔性基層,使用期最長的已有三年,至今未出現(xiàn)早期破壞的現(xiàn)象。

 。3)基層集料的質(zhì)量對路面使用壽命有著非常重要的影響。當(dāng)初咸寧市107國道上產(chǎn)生大面積早期破壞的路段,全部采用的是半剛性水泥穩(wěn)定基層;而市區(qū)內(nèi)的道路雖然采用未篩分碎石柔性基層,卻正常使用了20多年。究其原因,不是由于基層結(jié)構(gòu)類型的區(qū)別,而是在于基層集料質(zhì)量的優(yōu)劣。

  影響基層集料質(zhì)量的因素,從主觀講,源于認(rèn)識上的誤區(qū)——只知道水泥砼路面各結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度和剛度自上而下逐層降低,不知道對穩(wěn)定性的要求是相同的,甚至是提高的;只知道用水泥等結(jié)合料來提高強(qiáng)度,不知道摻結(jié)合料的主要目的是將集料穩(wěn)定,保證其在荷載、環(huán)境的作用下,強(qiáng)度和剛度不發(fā)生突變;甚至誤認(rèn)為不管什么樣的集料,摻了結(jié)合料就會具有良好的性能。導(dǎo)致施工中“強(qiáng)度不夠水泥來‘湊’”的現(xiàn)象十分普遍,以至放松乃至放棄了對集料質(zhì)量的控制。從客觀上講,是由于我國砂石生產(chǎn)工藝落后,加上施工中供不應(yīng)求、價格上漲等因素的影響。

  咸寧市在對基層集料質(zhì)量進(jìn)行控制時,遵循以下幾個基本原則:一是間斷級配比連續(xù)級配好。間斷級配可以形成既具有高密實(shí)度又具有高內(nèi)摩阻力的密實(shí)骨架結(jié)構(gòu),具有良好的穩(wěn)定性;而連續(xù)級配形成密實(shí)懸浮結(jié)構(gòu),其性能取決于結(jié)合料的工程性質(zhì),導(dǎo)致穩(wěn)定性趨劣。二是粗集料多比細(xì)集料多好。粗集料多,可以形成開級配結(jié)構(gòu),有利于內(nèi)部排水;而細(xì)集料多尤其是含泥量多,將導(dǎo)致抗開裂、抗沖刷能力降低。三是提倡充分利用當(dāng)?shù)夭牧希皇侨我馊〔。?dāng)材料達(dá)不到要求時,應(yīng)采取“一摻二改”的方法進(jìn)行改善。“摻”即摻一部分合格的材料,“改”即將粒徑大改小、將塑性高改低。

  4.4 面層

  面層厚度應(yīng)有較多的安全儲備。不能因?yàn)榛鶎虞^厚強(qiáng)度較高,就隨意減薄面層;實(shí)際上,提高基層的強(qiáng)度和剛度,對于降低面層的應(yīng)力或者減薄面層的厚度,影響很小[2].而且路面的使用年限與水泥砼面層厚度的五次方成正比[3],面層厚度的微小變化,對路面的使用壽命有明顯影響。如20cm厚的面層,減薄1cm,使用壽命將縮短23%,減薄2cm,縮短41%. 另外農(nóng)村公路的施工水平偏低,在確定面層厚度時,還應(yīng)將此類因素考慮在內(nèi)。

  4.5 路面內(nèi)部排水

  水是導(dǎo)致路面損壞的“元兇”。不應(yīng)將排水系統(tǒng)看作是“附屬”設(shè)施,而應(yīng)將其放在與路面結(jié)構(gòu)同等重要的位置。而在建設(shè)過程中,由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件的限制,往往顧此失彼,未能將排水設(shè)施作為一個“系統(tǒng)”來全面考慮,尤其容易忽視路面內(nèi)部排水。以增強(qiáng)晴雨通行能力、延長路面使用壽命為質(zhì)量目標(biāo)的農(nóng)村公路,更應(yīng)重視路面內(nèi)部排水。國外的研究表明,設(shè)置了內(nèi)部排水的水泥砼路面,使用壽命提高50%左右[4].

  咸寧市具體采取了設(shè)置排水基層、用透水性材料填筑路肩、用漿砌片石(不勾縫)或無砂大孔砼預(yù)制塊砌筑路緣石等綜合措施,以提高路面內(nèi)部排水能力。

  4.6 養(yǎng)護(hù)

 。1)農(nóng)村公路有失養(yǎng)的危險。經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū),養(yǎng)護(hù)資金匱乏、專業(yè)人員不足,養(yǎng)護(hù)機(jī)制短期內(nèi)難以落實(shí)。另一方面,一些公路建成后交通量陡增,也會造成路面的早期破壞。這就要求建設(shè)者能預(yù)見到以上不利因素,并在設(shè)計和施工中采取相應(yīng)對策,以延長路面的維修養(yǎng)護(hù)周期。

  (2)了解水泥砼路面的維修特性。對于已經(jīng)斷裂并伴有嚴(yán)重沉陷的砼板,目前普遍采用普通砼按常規(guī)技術(shù)進(jìn)行翻修,該方法雖然工藝簡單,但效果不理想,常常出現(xiàn)前補(bǔ)后壞,左補(bǔ)右壞的情況。分析后認(rèn)為,除存在軟基處理不徹底、基層邊角壓實(shí)不到位、砼板養(yǎng)生期短等因素外,還與不了解水泥砼路面的維修特性有關(guān)。翻修過程中,不可避免會對四周結(jié)構(gòu)造成擾動,破壞了原有的平衡狀態(tài),降低了四周結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和水穩(wěn)定性,因此,在對砼板進(jìn)行翻修的同時,應(yīng)加強(qiáng)四周砼板基礎(chǔ)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性并進(jìn)行防排水處理。

  5 結(jié)語

  5.1水泥砼路面在農(nóng)村公路上使用,可以揚(yáng)長避短,延長路面的使用壽命。

  5.2延長水泥砼路面的使用壽命,關(guān)鍵在于提高地基、路基以及基層的穩(wěn)定性,完善路面內(nèi)部排水設(shè)施。為減少路基不均勻沉降帶來的危害,路基、路面工程可分期實(shí)施。基層的穩(wěn)定性首先在于集料質(zhì)量的優(yōu)劣;鶎咏Y(jié)構(gòu)類型的選擇應(yīng)與當(dāng)?shù)刈匀、?jīng)濟(jì)狀況及交通條件相適應(yīng),比較而言,級配碎石和填隙碎石柔性基層更適合農(nóng)村公路水泥砼路面。采用內(nèi)部排水設(shè)施所增加的資金投入,可以從路面使用性能的提高、使用壽命的增加和養(yǎng)護(hù)工作的減少中得到補(bǔ)償。

  5.3經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū),農(nóng)村公路有失養(yǎng)的危險,直接影響到路面的使用壽命。

  5.4農(nóng)村公路建設(shè)總量大、等級低、投資少,但不等于質(zhì)量差、隱患多、壽命短。在建設(shè)中應(yīng)遵循“充分利用舊路資源,合理用地,避免大填大挖”的原則,將有限的資金用在提高路面的使用壽命上。

  參考文獻(xiàn)

  [1] 傅智,李紅.黑與白[J].中國公路,2005(07):067

  [2] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG D40-2002 公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范[S]. 北京:人民交通出版社,2003.64

  [3] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTJ012-84公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范條文說明[S](已廢止). 北京:人民交通出版社,1986.8

  [4] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTJ 018-97 公路排水設(shè)計規(guī)范[S]. 北京:人民交通出版社,1998.67