影响农村公路水泥砼路面使用寿命的主要因素及对策

孙忠玉1，胡仁桥2，张乡生1

（1.湖北省咸宁市公路管理处  咸宁市　437100；  2.湖北省咸宁市咸安区公路段  咸宁市　437100）

摘要：结合当地农村公路的特点，从设计、施工和养护等方面对影响水泥砼路面使用寿命的主要因素及对策进行了探讨。
关键词：农村公路； 水泥砼路面； 使用寿命； 因素及对策      

1  引言
咸宁市在公路建设中大规模采用水泥砼路面始于上世纪八十年代。早期修建的路面病害较多，不少路段仅使用2～3年既出现大面积破坏。近几年，随着科技的进步，水泥砼路面的质量有了较大提高，但寿命短、维修难的问题仍未得到根本解决，严重制约了在干线公路上的发展。2003年以来，国家加大了农村公路建设的投入，调动了广大农民自觉修路的积极性，水泥砼路面在农村公路尤其是通村公路中得到广泛应用。作为公路管理部门，势必应因势利导，结合农村公路的特点，在总结经验教训、借鉴国内外最新研究成果的基础上，制定切实可行的技术标准，同时加大技术指导和质量监管力度，以确保建设质量，提高投资效益。
2  水泥砼路面的受力特点
在水泥砼路面设计理论中，将砼板看作四边自由的小挠度弹性矩形薄板，其假定条件是砼板与弹性地基间完全接触（不脱空）。当砼板均匀支承时，无论荷载作用的位置，应力都较小；而一旦脱空，板内将产生过大的附加弯拉应力，砼板很快达到极限寿命,极端情况下，可以一次压断。
3  水泥砼路面的优缺点[1]
3.1 优点
（1）水稳定性较高，在暴雨及短期浸水条件下，路面可照常通行；
（2）温度稳定性高，无车辙现象；
（3）水泥砼是无机胶凝材料，耐老化、无污染；
（4）在相同技术和工艺水平下，水泥砼路面的使用年限长；
（5）水泥砼路面可以容纳各种类型的集料，只要这些材料满足一定的标准；
（6）平整度的保持期长。
3.2 缺点
（1）对路基的稳定性要求高，对不均匀变形的适应性差；
（2）水泥砼为水硬性材料，养护期较长，施工和养护用水量大；
（3）水泥砼路面强度高、硬度大，断板后难于清除，修复难度大；
（4）在相同平整度条件下，由于水泥砼路面不减振，因此行车舒适性不及沥青路面且噪音较大。
4  影响使用寿命的主要因素及对策
4.1 路基
路基应稳定，能为路面提供连续均匀的支撑。一般而言，通车前2～3年水泥砼路面的破损是由于地基或路基不稳造成的。所以经常会发现这样的现象，越是高路堤、软基路堤或半填半挖的路基，越容易出现断板；相反，低路堤、老路堤早期破损较少。因此，那种认为采用了水泥砼面层，路基质量差一些无关紧要的观点是极端错误的。
大量事实证明，路修得愈快，坏得愈快。为减少路基的变形，除在地基、填料和压实等方面采取相应的措施以外，最好的办法是留给路基一段自然沉降的时间。确定项目的建设工期是技术问题，行政干预必然带来质量隐患。
针对农村公路路基大部分由乡镇政府负责修建，机械少压实度无法保证的情况，咸宁市灵活掌握工程进度，规定新建路基当年不准铺筑永久式路面，先铺筑砂石路面维持通车，第二年经弯沉检测合格后再实施。采用砂石路面的好处在于容易修补，又可以利用为永久式路面的基层或底基层。
4.2 垫层
特殊路段必须设置垫层。有些人认为路堑地段的路床是原状土——“硬得很”，可以减薄基层。实际上恰恰相反。土质路堑地段由于地下水位较高和坡面水的汇集，路床的强度、水稳定性将大大降低，不但不能减薄基层，还应增设全宽式隔、排水垫层。
4.3 基层
（1）水泥砼路面与沥青路面受力特点不同，对基层的要求也存在差异。沥青路面面层薄而柔，主要是基层受力,对基层的强度、刚度和稳定性都有较高的要求；而水泥砼路面面层厚而刚，主要是面层受力，对基层的要求主要是水稳定性尤其是抗冲刷能力。
（2）农村公路与高等级公路在基层结构类型的选择上应有所区别。半刚性稳定基层与柔性基层是两种同等的结构形式，无所谓谁比谁好，各有其使用条件和特点。半刚性稳定基层强度高、刚度大，但也存在造价高、工艺复杂、养护期长、不利于行车干扰路段的施工、且开裂后没有愈合能力等缺点。级配碎石和填隙碎石柔性基层不仅能弥补半刚性稳定基层的不足，而且在农村公路水泥路面上使用，又避免了其整体强度低，抗变形能力差的弱点。
咸宁市在有条件的农村公路建设项目中推广应用了级配碎石和填隙碎石柔性基层，使用期最长的已有三年，至今未出现早期破坏的现象。
（3）基层集料的质量对路面使用寿命有着非常重要的影响。当初咸宁市107国道上产生大面积早期破坏的路段，全部采用的是半刚性水泥稳定基层；而市区内的道路虽然采用未筛分碎石柔性基层，却正常使用了20多年。究其原因，不是由于基层结构类型的区别，而是在于基层集料质量的优劣。
影响基层集料质量的因素，从主观讲，源于认识上的误区——只知道水泥砼路面各结构层的强度和刚度自上而下逐层降低，不知道对稳定性的要求是相同的，甚至是提高的；只知道用水泥等结合料来提高强度，不知道掺结合料的主要目的是将集料稳定，保证其在荷载、环境的作用下，强度和刚度不发生突变；甚至误认为不管什么样的集料，掺了结合料就会具有良好的性能。导致施工中“强度不够水泥来‘凑’”的现象十分普遍，以至放松乃至放弃了对集料质量的控制。从客观上讲，是由于我国砂石生产工艺落后，加上施工中供不应求、价格上涨等因素的影响。
咸宁市在对基层集料质量进行控制时，遵循以下几个基本原则：一是间断级配比连续级配好。间断级配可以形成既具有高密实度又具有高内摩阻力的密实骨架结构，具有良好的稳定性；而连续级配形成密实悬浮结构,其性能取决于结合料的工程性质，导致稳定性趋劣。二是粗集料多比细集料多好。粗集料多，可以形成开级配结构，有利于内部排水；而细集料多尤其是含泥量多，将导致抗开裂、抗冲刷能力降低。三是提倡充分利用当地材料，但不是任意取材。当材料达不到要求时，应采取“一掺二改”的方法进行改善。“掺”即掺一部分合格的材料，“改”即将粒径大改小、将塑性高改低。
4.4 面层
面层厚度应有较多的安全储备。不能因为基层较厚强度较高，就随意减薄面层；实际上，提高基层的强度和刚度，对于降低面层的应力或者减薄面层的厚度，影响很小[2]。而且路面的使用年限与水泥砼面层厚度的五次方成正比[3]，面层厚度的微小变化，对路面的使用寿命有明显影响。如20cm厚的面层，减薄1cm，使用寿命将缩短23%，减薄2cm，缩短41%。 另外农村公路的施工水平偏低，在确定面层厚度时，还应将此类因素考虑在内。
4.5 路面内部排水
水是导致路面损坏的“元凶”。不应将排水系统看作是“附属”设施，而应将其放在与路面结构同等重要的位置。而在建设过程中,由于技术和经济条件的限制，往往顾此失彼，未能将排水设施作为一个“系统”来全面考虑，尤其容易忽视路面内部排水。以增强晴雨通行能力、延长路面使用寿命为质量目标的农村公路，更应重视路面内部排水。国外的研究表明，设置了内部排水的水泥砼路面，使用寿命提高50%左右[4]。
咸宁市具体采取了设置排水基层、用透水性材料填筑路肩、用浆砌片石（不勾缝）或无砂大孔砼预制块砌筑路缘石等综合措施，以提高路面内部排水能力。
4.6 养护
（1）农村公路有失养的危险。经济欠发达地区，养护资金匮乏、专业人员不足，养护机制短期内难以落实。另一方面，一些公路建成后交通量陡增，也会造成路面的早期破坏。这就要求建设者能预见到以上不利因素，并在设计和施工中采取相应对策，以延长路面的维修养护周期。
（2）了解水泥砼路面的维修特性。对于已经断裂并伴有严重沉陷的砼板，目前普遍采用普通砼按常规技术进行翻修，该方法虽然工艺简单，但效果不理想，常常出现前补后坏，左补右坏的情况。分析后认为，除存在软基处理不彻底、基层边角压实不到位、砼板养生期短等因素外，还与不了解水泥砼路面的维修特性有关。翻修过程中，不可避免会对四周结构造成扰动，破坏了原有的平衡状态，降低了四周结构的强度、刚度和水稳定性，因此，在对砼板进行翻修的同时，应加强四周砼板基础的强度和稳定性并进行防排水处理。
5  结语
5.1水泥砼路面在农村公路上使用，可以扬长避短，延长路面的使用寿命。
5.2 延长水泥砼路面的使用寿命，关键在于提高地基、路基以及基层的稳定性，完善路面内部排水设施。为减少路基不均匀沉降带来的危害，路基、路面工程可分期实施。基层的稳定性首先在于集料质量的优劣。基层结构类型的选择应与当地自然、经济状况及交通条件相适应，比较而言，级配碎石和填隙碎石柔性基层更适合农村公路水泥砼路面。采用内部排水设施所增加的资金投入，可以从路面使用性能的提高、使用寿命的增加和养护工作的减少中得到补偿。
5.3经济欠发达地区，农村公路有失养的危险，直接影响到路面的使用寿命。
5.4农村公路建设总量大、等级低、投资少，但不等于质量差、隐患多、寿命短。在建设中应遵循“充分利用旧路资源，合理用地，避免大填大挖”的原则，将有限的资金用在提高路面的使用寿命上。


参考文献
[1] 傅智，李红.黑与白[J].中国公路，2005（07）:067
[2] 中华人民共和国行业标准.JTG D40-2002 公路水泥混凝土路面设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2003.64
[3] 中华人民共和国行业标准.JTJ012-84公路水泥混凝土路面设计规范条文说明[S](已废止). 北京:人民交通出版社,1986.8
[4] 中华人民共和国行业标准.JTJ 018-97 公路排水设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,1998.67

Main Factors Affecting Service Life of Cement Concrete Pavement of Rural Highway and Countermeasures

Sun Zhongyu1，,Hu Renqiao2，Zhang Xiangsheng1
(1.        Xianning Highway Bureau of Hubei, Xianning 437100,China;
                         2.  Xian’an Highway Bureau of Hubei, Xianning 437100,China)
Abstract:The Combine the characteristic of the local rural highway, construction and maintenance and such aspect for the countermeasures and Main factors that affects the cement service life of Concrete Pavement.
Key words:Rural highway; Cement Concrete Pavement; Service life; Factor and countermeasure