我国南方水泥混凝土路面结构调研探讨

　　摘要；就国内南方水泥混凝土路面设计结构和施工过程中的一些方法调研探讨
　　关键词；混凝土路面设计施工调研
　　目前，我们有幸参加了由单位组织的南方公路课题组考察队，为广泛吸收兄弟省份水泥混凝土路面建设方面的经验，课题组成员分赴广东、广西、湖南等地调研，与工程建设第一线的建设人员、管理人员进行了广泛的交流，取得了宝贵的经验。
　　在我国北方地区，路面主要以半刚性基层的沥青路面为主，水泥混凝土路面应用较少；而我国南方地区则以水泥混凝土路面为主，如广东、广西和湖南等，这也与南方地区潮湿多雨的气候条件有关。
　　广东省目前已建成水泥混凝土路面3万公里，已建成高速公路（含汽车专用公路）加上在建的公路将近1000公里，其中绝大多数是水泥混凝土路面，如此大量修筑混凝土路面的主要原因是水泥混凝土路面具有较好的水稳性和高温稳定性，与广东省高温多雨的气候条件相适应。
　　广东省水泥混凝土路面的面板厚度一般为25－26厘米，最厚28厘米，基层采用6％水泥剂量的水泥碎石，底基层采用3％水泥剂量的水泥碎石。很重视基层的设计，认为需加强基层，以最大限度地发挥面层的作用，同时重视基层的排水设计，以防止唧泥、断板等病害发生；认为早期发生断板、破坏的主要原因并不是混凝土路面的厚度不足，而是因为路基强度不均匀或是混凝土面板的抗折强度不足造成的。因广东省超载运输车辆不多，因此，对超载、超重交通条件下水泥混凝土路面的设计没有过多地研究，认为需进一步探讨。
　　广东省混凝土路面的胀缝一般只在构造物两侧设置，按这个要求，最大胀缝间距可达2000米，并未发生面板因受热膨胀而挤出、拱起现象。相反，在设置胀缝处，反而会因为胀缝材料不过关造成胀缝漏水，或因为胀缝材料破坏，石子等坚硬物填入缝中，造成面板啃边。目前广东省多采用聚丙脂焦油及防腐嵌缝板，使用一段时间后往往会发生分离或脱落现象。据了解，美国生产的橡胶条嵌缝料较好，类似于我国生产的伸缩缝，但价格较昂贵，具体使用效果如何，有待进一步考察。
　　广西省之所以大量采用水泥混凝土路面结构，与广西的水泥工业发达、气候炎热多雨分不开。
　　广西一般二级公路、一级公路的水泥混凝土路面面板厚度一般为23－24cm，基层采用15cm水泥砂砾，底基层采用15cm级配碎石，路面一般按照标准载重交通量进行设计。混凝土面板缩缝处一般不设传力杆，至于胀缝，一般只在桥涵端部设，甚至有些公路桥涵端部也没有设，胀缝间距几公里至十几公里不等，从使用效果看，并没有发生什么破坏现象，倒是设胀缝处胀缝两端破碎不少，桂林－林川一级公路，胀缝破坏率为40％。设胀缝时传力杆很难与缝面保持垂直或当缝内有小石子等坚硬物进入时，都有可能造成板边破碎等病害。胀缝板、填缝料多采用木纤维板、甘蔗渣板、橡胶沥青等。
　　广西自80年代末开始搞水泥混凝土路面，现已做好的混凝土路面均未到达使用年限。他们认为早期发生的横向断板、纵向断板均不是因为板薄所至，而是由于路基强度不均匀或是因为基层浸水破坏造成的，为此，特别强调要抓好路基的施工质量，加强路面基层的排水，在填挖交界处混凝土板还要设加强钢筋。
　　到目前为止，湖南省已修筑混凝土路面500公里，长潭高速公路（长沙－湘潭）、长益高速公路（长沙－益阳）均为水泥混凝土路面。
　　湖南省高速公路水泥混凝土路面面层一般采用25cm，基层采用18cm水泥砂砾，底基层采用15cm低剂量水泥砂砾。混凝土板横缝一般不设传力杆，仅在靠近胀缝的两条缩缝内设置。胀缝板采用美国产泡沫板，上部用橡胶条作填缝料，除规范要求设置胀缝的位置外，一般不另设胀缝。长益高速公路平均每300米设一道胀缝。
　　湖南省的工程技术人员同样非常重视路基的排水设计工作，认为排水搞不好，会造成唧浆、断板。对于挖方路段尤其应当重视，路面应设置垫层，这对于基层排水有好处，并应在路肩下做纵向排水沟。107国道湖南境内挖方路段破坏较多，从设计角度来讲，认为是因为没有搞好排水设计。
　　分析水泥混凝土路面破坏原因，他们认为国内大多数水泥混凝土路面均未达到设计年限，因此目前的断板破坏大都不是由于混凝土面板厚度不足引起的，而是因为路基强度不足，或路基强度不均匀造成的。填挖过渡段频繁地出现早期破坏，及半填半挖处过早地出现纵向开裂就是明显例证。为此，填挖交界处应超挖８０ｃｍ，然后再回填。设计是一个方面，施工中也应严把路基质量关。
　　湖北三峡建设专用公路，是应三峡建设需要而修建的一级汽车专用公路，全长28.4Km，桥隧占40％，设计车速60Km/h。设计交通量为9000量/昼夜，以通行重车为主，最大载重量为５６ｔ，混凝土路面结构为（铁一院设计）：
　　岩石路段：３２ｃｍ水泥混凝土面层
　　１０ｃｍ水泥砂基层
　　土基路段：３５ｃｍ混凝土
　　２０ｃｍ水泥砂砾
　　１５ｃｍ水泥石屑
　　目前未发现因超载运输而引起的断板等病害
　　<总结>
　　1.南方高速公路水泥混凝土路面普遍采用２５～２８ｃｍ板厚，下部设一层半刚性基层，一层低剂量的半刚性底基层；都非常重视基层设计和排水设计，认为搞不好，会出现唧泥、断板现象；除桥头等规范要求设置胀缝的位置外，都不另设胀缝；横向缩缝都不设传力杆；填缝料都本着经济耐用的原则选用，但是，从使用效果来看，都不耐用，效果较差。
　　2.混凝土路面破坏较多的是胀缝处啃边、破碎。原因是胀缝嵌入石子等坚硬物或胀缝处传力杆不正,当混凝土路面受热膨胀时胀缝处应力集中,造成板边破碎。根据现有成功经验与失败教训,胀缝除非设不可外应尽量少设。断板发生较多的位置是半填半挖处、填挖反复交替处及挖方路段。多是因为路基强度不均匀所致。因此，半填半挖处混凝土板应设加强钢筋，路基应做特殊处理，尽量做到强度均匀，挖方段路基应做好排水设计。因目前混凝土路面均未达到设计年限，
　　因此以上破坏形式均与混凝土板厚无关，但与板的抗折强度有一定联系，因此，一定要保证混凝土的抗折强度满足设计要求。
　　3.各地都非常重视原材料质量，把它作为混凝土抗折、抗压强度的重要保证。
　　通过以上对南方兄弟省份水泥混凝土路面的调查研究，正视其失败教训，吸取其成功经验，课题组认为，要搞好宣大高速公路的水泥混凝土路面试验路，搞好今后河北省的水泥混凝土路面建设，须注意以下几个问题：
　　1．须有一个稳定性好、承载力高、强度均匀的路基
　　水泥混凝土路面具有承载能力高，使用期长等优点，在宣大高速公路这样的运煤干道上，修建水泥混凝土路面是合理的，但如果没有一个坚实的路基，那么，当路基发生失稳、下沉、不均匀沉陷等病害时，路面不可避免地会出现纵、横向断板等破坏，再好、再厚的面层也发挥不了其应有的作用。因此，一定要加强路基稳定性的设计，确保路基的施工质量。
　　2．加强基层强度、提高基层顶面的平整度
　　已有不少专家、学者提出要提高基层强度、增加基层厚度，以最大限度地发挥面层的作用，提高面层抗疲劳破坏的能力。根据基层的功能和其受力环境，要选用抗冻涨、耐冲刷、强度高的半刚性材料，同时一定要保证基层的厚度，各地经验证明，至少要有一至两层的碾压厚度。
　　施工时，除满足基层的压实度等质量要求外，还要特别强调其顶面的平整度，如果基层顶面平整度不好，则会造成面板不等厚，在车轮荷载的作用下，形成应力集中，造成面板断裂等破坏。
　　3．做好基层的排水设计
　　当雨、雪水通过面板接缝或其它途径渗入基层或当地下水位上升浸入基层时，基层就会在水的作用下软化、强度降低，车轮的反复作用，会使接缝下基层受到水的强烈冲刷，久而久之，造成板下掏空、唧浆，接缝处板端错台，造成跳车、断板。
　　4.各地经验都证明，当前的非重载交通面板破坏并不是因为其厚度不足，而多是由于路基强度不均匀等因素造成的。
　　合适的面板厚度、合理的设计都是在各结构层材料特定的设计强度下提出的，为此，施工工程中，一定要保证各结构层材料的设计强度，而原材料及配比设计又是保证结构层强度的关键，一定要重视这个工作，尤其是面板的抗折、抗压强度，断板、啃边等破坏的发生，也与面板强度有一定的关系。
　　5.要有一套科学的施工工艺。
　　如前所述，广东省已摸索出了一套采用滑模摊铺机施工的方法和经验，各地也做了许多有益的尝试，为水泥混凝土路面的发展做出了贡献。需要补充和强调的是，采用滑模摊铺机施工时，应先采用布料机布料，然后再摊铺，这样更有利与保证路面的平整度；在施工过程中要严格控制混合料的坍落度，控制好拉毛、切缝时间，保证施工质量；滑模摊铺机施工是流水作业，也是一个系统工程，要搞好各道工序、各种机械之间的配合，协调作业。最重要的是一定要保证在滑模摊铺机施工过程中，不会因混合料供应不上而中断，影响路面的平整度。
　　6.探索、研究一种新的接缝材料。
　　目前，各地混凝土面板的啃边破坏，多是因为填缝材料质量不过关，填缝材料挤出或脱落后，小石子等坚硬物质进入缝中，混凝土板膨胀时，造成接缝啃边破坏。所以一定要加强这方面的研究。