影響農(nóng)村公路水泥砼路面使用壽命的主要因素及對策
簡介: 結合當?shù)剞r(nóng)村公路的特點,從設計、施工和養(yǎng)護等方面對影響水泥砼路面使用壽命的主要因素及對策進行了探討。
關鍵字:農(nóng)村公路 水泥砼路面 使用壽命 因素及對策
1 引言
咸寧市在公路建設中大規(guī)模采用水泥砼路面始于上世紀八十年代。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用。作為公路管理部門,勢必應因勢利導,結合農(nóng)村公路的特點,在總結經(jīng)驗教訓、借鑒國內(nèi)外最新研究成果的基礎上,制定切實可行的技術標準,同時加大技術指導和質(zhì)量監(jiān)管力度,以確保建設質(zhì)量,提高投資效益。
2 水泥砼路面的受力特點
在水泥砼路面設計理論中,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)。當砼板均勻支承時,無論荷載作用的位置,應力都較小;而一旦脫空,板內(nèi)將產(chǎn)生過大的附加彎拉應力,砼板很快達到極限壽命,極端情況下,可以一次壓斷。
3 水泥砼路面的優(yōu)缺點[1]
3.1 優(yōu)點
(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)水泥砼是無機膠凝材料,耐老化、無污染;
(4)在相同技術和工藝水平下,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準;
(6)平整度的保持期長。
3.2 缺點
(1)對路基的穩(wěn)定性要求高,對不均勻變形的適應性差;
(2)水泥砼為水硬性材料,養(yǎng)護期較長,施工和養(yǎng)護用水量大;
(3)水泥砼路面強度高、硬度大,斷板后難于清除,修復難度大;
(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,那種認為采用了水泥砼面層,路基質(zhì)量差一些無關緊要的觀點是極端錯誤的。
大量事實證明,路修得愈快,壞得愈快。為減少路基的變形,除在地基、填料和壓實等方面采取相應的措施以外,最好的辦法是留給路基一段自然沉降的時間。確定項目的建設工期是技術問題,行政干預必然帶來質(zhì)量隱患。
針對農(nóng)村公路路基大部分由鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府負責修建,機械少壓實度無法保證的情況,咸寧市靈活掌握工程進度,規(guī)定新建路基當年不準鋪筑永久式路面,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施。采用砂石路面的好處在于容易修補,又可以利用為永久式路面的基層或底基層。
4.2 墊層
特殊路段必須設置墊層。有些人認為路塹地段的路床是原狀土――“硬得很”,可以減薄基層。實際上恰恰相反。土質(zhì)路塹地段由于地下水位較高和坡面水的匯集,路床的強度、水穩(wěn)定性將大大降低,不但不能減薄基層,還應增設全寬式隔、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構類型的選擇上應有所區(qū)別。半剛性穩(wěn)定基層與柔性基層是兩種同等的結構形式,無所謂誰比誰好,各有其使用條件和特點。半剛性穩(wěn)定基層強度高、剛度大,但也存在造價高、工藝復雜、養(yǎng)護期長、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。級配碎石和填隙碎石柔性基層不僅能彌補半剛性穩(wěn)定基層的不足,而且在農(nóng)村公路水泥路面上使用,又避免了其整體強度低,抗變形能力差的弱點。
咸寧市在有條件的農(nóng)村公路建設項目中推廣應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,不是由于基層結構類型的區(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,源于認識上的誤區(qū)――只知道水泥砼路面各結構層的強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;只知道用水泥等結合料來提高強度,不知道摻結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,強度和剛度不發(fā)生突變;甚至誤認為不管什么樣的集料,摻了結合料就會具有良好的性能。導致施工中“強度不夠水泥來‘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,加上施工中供不應求、價格上漲等因素的影響。
咸寧市在對基層集料質(zhì)量進行控制時,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度又具有高內(nèi)摩阻力的密實骨架結構,具有良好的穩(wěn)定性;而連續(xù)級配形成密實懸浮結構,其性能取決于結合料的工程性質(zhì),導致穩(wěn)定性趨劣。二是粗集料多比細集料多好。粗集料多,可以形成開級配結構,有利于內(nèi)部排水;而細集料多尤其是含泥量多,將導致抗開裂、抗沖刷能力降低。三是提倡充分利用當?shù)夭牧?,但不是任意取材。當材料達不到要求時,應采取“一摻二改”的方法進行改善?!皳健奔磽揭徊糠趾细竦牟牧?,“改”即將粒徑大改小、將塑性高改低。
4.4 面層
面層厚度應有較多的安全儲備。不能因為基層較厚強度較高,就隨意減薄面層;實際上,提高基層的強度和剛度,對于降低面層的應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,還應將此類因素考慮在內(nèi)。
4.5 路面內(nèi)部排水
水是導致路面損壞的“元兇”。不應將排水系統(tǒng)看作是“附屬”設施,而應將其放在與路面結構同等重要的位置。而在建設過程中,由于技術和經(jīng)濟條件的限制,往往顧此失彼,未能將排水設施作為一個“系統(tǒng)”來全面考慮,尤其容易忽視路面內(nèi)部排水。以增強晴雨通行能力、延長路面使用壽命為質(zhì)量目標的農(nóng)村公路,更應重視路面內(nèi)部排水。國外的研究表明,設置了內(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
(1)農(nóng)村公路有失養(yǎng)的危險。經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū),養(yǎng)護資金匱乏、專業(yè)人員不足,養(yǎng)護機制短期內(nèi)難以落實。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。這就要求建設者能預見到以上不利因素,并在設計和施工中采取相應對策,以延長路面的維修養(yǎng)護周期。
(2)了解水泥砼路面的維修特性。對于已經(jīng)斷裂并伴有嚴重沉陷的砼板,目前普遍采用普通砼按常規(guī)技術進行翻修,該方法雖然工藝簡單,但效果不理想,常常出現(xiàn)前補后壞,左補右壞的情況。分析后認為,除存在軟基處理不徹底、基層邊角壓實不到位、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。翻修過程中,不可避免會對四周結構造成擾動,破壞了原有的平衡狀態(tài),降低了四周結構的強度、剛度和水穩(wěn)定性,因此,在對砼板進行翻修的同時,應加強四周砼板基礎的強度和穩(wěn)定性并進行防排水處理。
5 結語
5.1水泥砼路面在農(nóng)村公路上使用,可以揚長避短,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、路面工程可分期實施?;鶎拥姆€(wěn)定性首先在于集料質(zhì)量的優(yōu)劣?;鶎咏Y構類型的選擇應與當?shù)刈匀弧⒔?jīng)濟狀況及交通條件相適應,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)護工作的減少中得到補償。
5.3經(jīng)濟欠發(fā)達地區(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。在建設中應遵循“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
[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)標準.JTG D40-2002 公路水泥混凝土路面設計規(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)標準.JTJ012-84公路水泥混凝土路面設計規(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)標準.JTJ 018-97 公路排水設計規(guī)范[S]. 北京:人民交通出版社,1998.67
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