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农村公路水泥砼路面“拱起”的原因分析和防治
鄱阳县交通局公路管理站王礼才
0前言
随着国家农村公路建设投入加大，地方各级政府和交通主管部门的努力，从1997年开始，农村公路路面硬化改造得到飞速发展，特别是2006年开始通村公路路面硬化，硬化里程更是年年递增，就拿我们鄱阳县来说，就以年近300公里的速度发展。而水泥混凝土路面由于其强度高、刚度大、稳定性好、耐久性好、养护费用少，特别是施工机械可小型化、施工工艺较简单等优点，使其成为农村公路路面硬化中的主要路面形式。但是，由于农村公路建设资金紧张、地方配套难于筹集从而促使路面结构不能按标准进行设计以及施工企业水平参差不齐等原因，水泥路面的病害已开始凸现出来，尤以断板、碎块及路面拱起（俗称“打炮”）最为常见。其中断板、碎块已有不少专家及专业技术人员进行过分析和研究，故本文不做分析，而仅就水泥路面“拱起”这一病害产生的原因和防治措施提出本人的一些拙见。
1水泥砼路面拱起的原因分析
根据人们所熟知的物理知识——物体的“热胀冷缩”原理，不难对水泥砼路面拱起的原因下个定论：由于水泥砼路面施工时气温低，水泥砼处于收缩状态，体积较小。在夏季高温时路面温度升高，水泥砼体积膨胀，路面两侧可以自由伸缩，顺路中线方向却由于路面的相互阻碍而不能自由伸缩，路面砼板只有向上拱起用以容纳体积的增加量，如此便形成了水泥砼路面的拱起。但是，上述因素在路面设计时已经考虑进去，理论上不应发生，却为何频频发生呢？据本人在我县和其他地方水泥路面施工中的实践和分析，认为造成水泥砼路面“拱起”的主要原因为：
（1）、原材料原因
各种材料由于密度和结构的不同，它们的线形膨胀系数是不同的，有的材料大，有的材料小。路面混凝土所用的原材料不外乎水泥、砂、砾石或碎石以及水等几样，而水在路面浇筑成形养护期满后已不再是独立的部分，故可排除。剩下的只有水泥、砂、碎（砾）石。根据相关专家学者的分析和本人的实践经验，水泥中的铝酸三钙（C3A）和二水石膏（CaSO4·2H2O）含量高时，混凝土硬化后的线形膨胀率较高。而有的水泥厂由于想提高水泥的早期强度或质量控制不太好，这两种矿物的含量会偏高，使用这种水泥可使混凝土的线形膨胀系数提高。砂、碎（砾）石中变质岩组成的线形膨胀系数较沉积岩和岩浆岩为大，而我县昌江、饶河及乐安河所产的砾石大部分为石英岩（变质岩）类，故我县水泥砼路面拱起比例要略高于其他地方。
（2）、路面胀缝设置原因
按照水泥砼路面设计规范，路面设计时在临近桥梁或其他固定构造物处或与其他道路相交处应设置横向胀缝，其他路段可根据膨胀量大小酌情设置。胀缝一般为宽2cm，与混凝土路面同深。根据我县与其他地方的拱起路面调查，以这方面原因为主。根据分析，可分为三类：
a、胀缝设置数量不当：一种情况是：太少。施工企业施工时由于质量管理不严或贪图快进度，不能按图纸或规范要求设置足够数量的胀缝，特别是与桥梁、早期已浇筑的混凝土路面以及与其他道路交叉处更不能按要求设置。也有的施工单位由于施工经验欠缺，不能根据施工时的气温和其采用的原材料按需设置胀缝。有的施工单位更是公路从头至尾干脆1条也不设。我县的谢彭线与谢家滩大桥交接处浇筑水泥砼路面后连续两年在夏季高温时出现大桥铺装层拱起破坏便是由于当时路面施工时胀缝数量设置不够造成的。另一种情况是：胀缝设置太多。根据同济大学姚祖康教授综合国内外多位专家试验数据和其在国内修筑试验路验证的结论表明，如果胀缝设置过多，由于混凝土在冷热作用下膨胀量残余，缩缝缝隙逐年扩张，各种坚硬杂物贯入缝隙中阻碍路面的膨胀而更容易引发路面的拱起。故此，路面胀缝更不得设置过多。b、胀缝设置的位置不对：有些施工企业为了图方便，一般只在每天施工结束时第二天开工前施工缝位置设置胀缝，不管需不需要。如此造成需要设置的地方没有，不需要的地方又太多，参见上述第1点原因，非常容易产生拱起。另外，还有的施工企业路面分幅施工时，两侧的胀缝未对齐，一侧有，一侧无，由于路面纵缝处一般均设有拉杆且有相互摩擦力阻碍，形成路面膨胀伸缩不均，引起路面拱起。
c、胀缝施工工艺质量差：早期的胀缝一般采用木板筑做，由于木板伸缩性太差，已被淘汰。如今施工 1
中一般采用厚2cm左右的泡沫塑料板筑做。由于泡沫板强度低容易破碎，施工时如处理不好便会破碎，影响胀缝的性能。另外，由于泡沫板密度小，在混凝土震捣时如不用板条压住很容易浮起来，致使胀缝下端没有板隔开，胀缝失去了其应有的作用。在混凝土硬化后，按要求胀缝内泡沫板应全部挖出，再用合格的填缝料进行填筑，避免今后坚硬杂物进入。据了解，施工单位很难做到这点。
d、胀、缩缝缺乏养护：由于农村公路养护费用少和养护机制以及交通主管部门重建轻养的原因，农村公路硬化后一般处于无养护状态。而水泥砼路面的胀、缩缝是最容易破坏的，特别是填缝料缺失、失去弹性以及缝内贯入坚硬杂物等。如不在夏季高温来临前进行养护清理，将给路面拱起提供一个非常有利的条件。
（3）、夏季气温偏高
由于拉尔尼娜现象促使全球温度升高，近几年我县的夏季最高气温几度突破历史记录，而且持续的时间长。据记载，我县2003夏季最高气温达42℃，而在烈热照射下的路面温度要比气温高14℃以上，这样一来，路面温度可达56℃以上。如果水泥砼路面是冬季平均气温10℃时浇筑的，温差就有46℃，根据混凝土的线形膨胀系数1.1×10-5，100m路面膨胀量便是：
Δ＝100×46×1.1×10-5＝0.0506m=5.06cm
尽管实际中有50％左右的膨胀量会因路面摩阻力和混凝土徐变而消耗，但剩余的50％亦是个可观的数值。如果这些膨胀量没有足够的胀缝及缩缝空间给予填补，便会引发路面的拱起。我县县城的东湖大道以及大芝路路面拱起现象频频发生，与城内的热岛效应致使路面温度过高有着直接的关系。
（4）、水泥砼路面厚度偏小
根据我国现行的农村公路建设政策，国家对农村公路建设只是补贴性质，投资的主体仍为地方政府。而根据如今我县乃至我省的经济财政状况，要拿出更多的资金投入农村公路建设是不太可能的。因此，农村公路建设中便存在着降低设计标准减少公路造价的现象，减薄水泥砼面板厚度是其中一个方面。目前，我省农村公路水泥砼面板厚度一般只有18cm。较薄的面板不但承载能力低，还会使路面温度变化随气温变化反应敏感。使路面的温度膨胀量变化加快，在夏季高温时容易拱起。另外根据压杆失稳原理，薄而长的路面犹如一压杆，在高温膨胀不能自由伸缩时路面产生的压力很有可能使路面产生失稳而拱起。有明显的对比，在水泥砼面板厚度增大后，拱起的现象直线减少。
（5）、路线凸型竖曲线半径太小
由于农村公路等级较低，为尽量减少工程量，降低工程造价，各项技术参数在特殊情况下会采用极限指标甚至更低值。对路面拱起影响最大的是纵断面凸型竖曲线半径。凸型竖曲线半径太小，不但使行车不舒适，还是水泥砼路面拱起的最佳地点。原理如上述的压杆稳定原理，特别是正反坡坡度均较大时更容易产生拱起。我县的莲西至莲山公路便在1999年夏季出现过由于路线凸型竖曲线半径太小造成的路面拱起。
2水泥砼路面拱起的预防
根据水泥砼路面拱起的原因分析，不难对它的预防提出有效的预防措施。
（1）、采用热膨胀系数小的原材料，尤其不能使用铝酸三钙（C3A）和二水石膏（CaSO4·2H2O）含量高的水泥。用于浇筑水泥路面的水泥，特别时冬季施工时应按规定对水泥进行试验分析，确认上述指标合格后再使用。由于条件限制，砂及碎（砾）石不能选择时应根据它们的不同热膨胀系数确定胀缝的设置间距。
（2）、胀缝设置：一是要综合考虑原材料性质、施工时气温、当地夏季最高气温确定一般路段的胀缝设置间距。该项工作的经验性较强，施工单位和技术人员应在生产工作中不断摸索总结。按我县的情况，如果不是冬季施工，除临近桥梁或其他固定构造物处或与其他道路相交处应按要求连续设置2～3道外，应尽量不设或少设胀缝。二是按规范要求将胀缝筑做好，胀缝板要贯穿到底，路中线两侧胀缝应对应布置，路面硬化后应及时将泡沫板挖出并灌入合格的填缝料，填缝料宜采用变形小、强度高和弹性好的橡胶类填缝板。另外严禁筑做宽度超过2.5cm的胀缝，因为胀缝过宽理论上可提供更多的膨胀伸长空间，但据实践证明，宽胀缝坚硬杂物非常容易进入，不但不能提供伸长空间，还会阻碍伸缩，成为路面拱起的主要发病点。三是要健全公路养护体制和养护制度，落实养护人员和责任。特别是在每年夏季来临前对所有水泥砼路面的胀、缩缝进行清理和维护，确保它们能正常工作。
(3)、对已建成水泥砼路面的公路要加大绿化投入，且宜在路肩外种植速生乔木，利用树冠对路面的荫
蔽作用减少夏季烈热对路面的炙烤，降低路面温度升高值。另外，在具备条件的地方可采用高温时洒水车洒水以降低路面温度，减少路面拱起的发生。
(4)、多方面筹集农村公路建设资金，使路面能够按标准设计和建设。特别使尽可能加大混凝土面板厚度，改善公路平纵面线形，杜绝陡坡凸型竖曲线半径小于规范要求的现象发生。
3水泥砼路面拱起的修复
路面拱起后应按规定尽快进行修复，以确保交通安全和公路畅通。路面拱起后通常采用下述方法进行处理：
（1）、板端拱起但路面完好时，首先用切割机缓慢将被拱起端两侧的各2～3条横缝切宽、切深，释放膨胀压应力；接着切开拱起端，将板块恢复原位。由于板拱起时已是一年中温度最高时，故该处恢复后不应再筑做胀缝，尤其不得筑做宽胀缝。最后按要求进行清缝和填缝。
（2）、板端发生破裂或断裂时，应将相邻最近未破坏的板块的横缝切深，清除已破坏板块，处理被损坏的路面基层，然后重新浇筑新板块。注意新浇筑的砼板强度应比原路面砼强度高，且应按规定进行养护和交通管制。在难于长时间中断交通的路段应考虑采用快硬水泥砼或采用沥青混凝土进行修补。
4结语
水泥砼路面拱起作为公路路面常见病害，对公路的畅通影响很大，有时由于夏季中午路面突然拱起，还会造成安全事故。故此，农村公路水泥路面施工中应注重预防，严格按照施工技术规范要求操作，尽量减少病害的发生，让广大农民群众走上舒适、安全的康庄大道。
参考文献：
[1]、《公路建筑材料》，北京：人民交通出版社，1988
[2]、《水泥混凝土路面设计》，姚祖康著，安徽科学技术出版社，1999
[3]、交通部行业标准，《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2002）
[4]、《路面工程》，北京：人民交通出版社，1995
[5]、交通部行业标准，《公路养护技术规范》（JTJ 073—96）
[6]、交通部行业标准，《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2003）
