论文部分内容阅读
中图分类号： TV331 文献标识码： A
水泥混凝土路面存在着胀缝、缩缝、裂缝等缝隙，降落到路面上的水在重力的作用下，会通过路面的各种缝隙下渗到路基路面结构内部，进入路面结构内部的自由水，会对路面基层进行侵蚀，在车辆荷载作用下，混凝土面板下的这些自由水形成有压水，在面板的各种缝隙间、基层顶面形成高压水流，引起基层冲刷、侵蚀和破坏，最终导致路面的断裂破坏。同时，水是影响路基、基层稳定性的主要因素，路基的下沉和基层强度减弱，均能引起混凝土路面出现唧泥、断板、错台、破碎等病害。因此，完善水泥混凝土路面排水系统，加强路基路面综合排水是水泥混凝土路面设计、施工与养护的关键。
1 路表排水系统的完善
（1）对边沟淤塞、积水路段，加强经常性清理、疏通，改变边沟纵坡，加深、加大边沟尺寸，对应设边沟而无边沟的路段，利用混凝土破碎板或片石增砌边沟及排水沟；对通过城区、乡镇路段，利用涵管采取明沟和暗沟结合的办法设置排水系统，使路表水和路基边沟汇水尽快排出路外，全面解决路基积水浸泡问题。
（2）对地下水位高，路基填土高度较低或通过农田、水塘路段，加深浆砌排水沟，或增设截水沟，防止雨季路基外侧水反渗进路基。
（3）加密路肩边缘拦水带泄水槽密度，使路面降水迅速排入路基边沟中，并加固路肩和边坡使路肩横坡度大于路面横坡1%～2%，尽快将路面水排入边沟中。
（4）通过加铺路面面层，改变路面路肩横坡，使之大于2%，加快排水速度，减少路面水下渗。
（5）加强路表各种缝隙的灌缝等封闭工作，减少路表水下渗。
2 水泥混凝土路面结构内部排水的设计与施工
2.1已建成水泥混凝土路面结构内部的排水设计与施工
在已建成的旧水泥混凝土路面结构内部增设内部排水设施，将从各种缝隙下渗到路面结构内部的自由水迅速排除到路面和路基范围以外，可减少路面水损坏现象的发生，改善路面使用性能，延长已建成路面的使用寿命。
（1）排水量的确定
排水量的大小将直接影响到排水设施的结构尺寸设计，排水设计所需的尺寸和透水性材料应具有的渗透系数，须满足其泄水能力大于表面水的渗入量，满足自由水在透水层内的渗流时间小于规定的最大容许值，即小于2个小时。渗流时间越长，表明自由水在路面结构内部滞留的时间越长，对路面结构强度和性能的影响越大。根据《公路排水设计规范》（JTJ018-97）表面水渗入路面结构的量，按路面类型分别由下列公式计算确定：
水泥混凝土路面：
沥青路面：
式中：——纵向每延长路面结构表面水的渗入量；
——每延米水泥混凝土路面接缝或裂缝的表面水设计渗入率，可按取用；
——每平方米沥青路面的表面水设计渗入率，可按取用；
——单面坡度路面宽度（m）；
——水泥混凝土路面的横缝间距（即板长）（m）；
——长度范围内纵向接缝和裂缝的条数（包括路面与路肩之间的接缝）；
——长度范围内横向接缝和裂缝的条数。
（2）已建成路面排水系统完善措施
为减少雨水经各种途径渗入路面结构并滞留在路面结构层及路基中，根据山东省公路水泥混凝土路面具体情况，对现有公路提出以下三项排水系统完善措施。
①增设路面边缘集水沟及纵横向排水管
在路面结构与路肩处增设集水沟及纵横向排水管，以利于路面结构内的雨水快速排除，如图2.1.1所示。在计算的基础上，根据施工的可能性及难易程度，可采用高透水性的水泥处治填料或级碎石盲沟为排水结构。路面边缘排水填料由水泥处治开级配粗集料组成，其孔隙率约为15%～20%。粗集料最大粒径不大于40mm，粒径4.75mm以下的细粒含量不应超过16%，2.36mm以下的细粒含量不应超过6%。为避免带孔排水管被堵塞，透水性填料在通过率为85%时的粒径应比排水管槽口宽或孔口直径大1.0～1.2倍。水泥处治集料的配合比，应按透水性要求和施工要求通过试配确定。对于改建路面，应能保证排水管两侧各有至少5cm宽的透水填料。透水填料的底面和外侧围以反滤织物（土工布等），以防垫层、基层和路肩内的细粒侵入而堵塞孔隙或管孔。水泥处治填料在满足排水需要的同时，也具有一定的强度，可满足排水承担交通荷载的双重作用。
图2.1.1 已建成水泥混凝土路面边缘排水系统
②将分隔带表面做成抛物线型并进行防水处理
一些设置中央分隔带的路线，中央分隔带为种植土回填绿化带, 由于种植土为水平回填未经碾压，故孔隙率很大，填土十分松散，且表面未采用任何防水措施，因此，雨水极易沿中央分隔带渗入到路面结构及路基中，使路面、路基强度降低，产生各种病害。因此建议加高中央分隔带的填土，表面成了抛物线型(如图2.1.2)，以利于雨水向两侧排除。如中央分隔带无绿化树木时，表面可采用沥青及混凝土进行全封闭处理; 若需绿化时，填土表面可种植满铺草皮,减缓雨水的下渗量。
图2.1.2 已建成水泥混凝土路面中央分隔带填土处理
2.2新建水泥混凝土路面结构内部排水的设计与施工
（1）排水量的确定
新建水泥混凝土路面结构内部排水的设计仍需计算所在地区正常情况下需要排出的排水量，计算公式同已建成的水泥混凝土路面结构内部排水量的计算公式。
（2）排水结构的确定
新建高速公路路面结构内部排水结构分三种:第一种是中央分隔带排水（见图2.2.1）,用于多雨地区分隔带无铺面的高速公路;第二种是路面边缘排水（见图2.2.2）;第三种是设置排水基层（见图2.2.1）。这几种结构形式的选择，可根据公路等级、路面结构类型及当地的降雨量等具体情况经过计算来确定。对于多雨地区的高速公路，在条件允许的情况下，以上三种结构最好能同时采用。
图2.2.1 中央分隔带排水渗沟图
图2.2.2 新建路面边缘及基层排水图
（3）新建水泥混凝土路面结构排水系统材料及施工要求
①中央分隔带排水系统施工要求
中央分隔带内倾的横向坡度使下渗的雨水流向分割带中央低凹处，并通过纵坡排流到泄水口或横穿路界的桥涵水道中。分隔带的横向坡度不得陡于1:6;分隔带的纵向排水坡度，在过水断面无铺面时不得缓于0.25%，有铺面时不得缓于0.12%。当水流速度超过地面土的最大允许流速时，应在过水断面宽度范围对地面图进行防冲刷处理，做成三角型或“Ｕ”型断面的水沟。防冲刷层可采用石灰或水泥稳定土，或者采用浆砌片石铺砌，层厚10cm～15cm。渗沟周围包裹反滤织物（土工布等），以免渗入水携带的细粒将渗沟堵塞。渗沟上的回填料与路面结构的交界面处铺设涂双层沥青的土工布隔渗层。排水管可采用直径70mm～150mm的PVC塑料管。
②路面边缘排水系统的材料及施工要求
路面边缘排水填料由水泥处治开级配粗集料组成，材料与施工方法与已建成路面边缘排水填料相同，但集水沟底面的最小宽度不应小于30cm。
③排水基层的材料及施工要求
排水基层直接设置在水泥混凝土路面板下，如图2.2.2所示。排水基层由水泥或沥青处治不含或含少量粒径4.75mm以下细料的开级配碎石集料组成，或者由未经结合料处治的开级配碎石集料组成。集料应选用洁净、坚硬而耐久的碎石，其压碎值不应大于30%。最大粒径可为20cm或25cm，并不得超过层厚的2/3。粒径4.75mm以下细料的含量不应大于10%。集料级配应满足透水性要求（渗透系数不得小于300m/d），可通过常水头或变水头渗透试验试配后确定。水泥处治碎石集料的水泥用量不宜少于160kg/m3,其7d浸水抗压强度不得低于3MPa～4MPa。沥青处治碎石集料的沥青用量约为集料干重的2.5%～4.5%。排水基层的厚度应按所需排放的水量和基层材料的渗透系数通过水力计算确定，通常在8cm～15cm范围内选用，但最小厚度不得小于6cm（沥青处治碎石）或8cm（水泥处治碎石）。其宽度应视面层施工的需要超出面层宽度30cm～90cm。排水基层的下卧垫层应选用不透水或低透水性的密级配混合料，以阻截自由水的下渗和路基中细料土的上迁。
在地下水位較高的路段，为拦截地下水、滞留水或泉水进入路面结构，或者排除因负温差作用而积聚在路基上层的自由水，可直接在路基顶面设置透水性排水垫层，并酌情配置纵向集水沟。
3 结束语
在通过已建成水泥混凝土路面和新建水泥混凝土路面结构内部排水系统的建立，可有效地排除路面结构内部的自由水，消除水对水泥混凝土路面结构及路基的破坏，起到了延长路面使用寿命的目的。实践证明，路面结构设置排水系统后，水泥混凝土路面断板现象明显减少，可有效地扼制了路面的破坏速度，为舒适行车提供了良好的条件。
主要参考文献
[1]中华人民共和国交通部，公路水泥混凝土路面养护技术规范（JTJ073.1-2001），北京：人民交通出版社，2001
[2]中华人民共和国交通部，公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2003），北京：人民交通出版社，2003
[3]中华人民共和国交通部，公路排水设计规范（JTJ018-97），北京：人民交通出版社，1996
[4]中华人民共和国交通部，公路路面基层施工技术规范（JTJ034-2000），北京：人民交通出版社，2000
[5]中华人民共和国交通部，公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004），北京：人民交通出版社，2004
[6]黄仰贤，路面分析与设计，北京：人民交通出版社，1998
[7]蔡四维、蔡敏，混凝土的损害断裂，北京：国防工业出版社，2000
水泥混凝土路面存在着胀缝、缩缝、裂缝等缝隙，降落到路面上的水在重力的作用下，会通过路面的各种缝隙下渗到路基路面结构内部，进入路面结构内部的自由水，会对路面基层进行侵蚀，在车辆荷载作用下，混凝土面板下的这些自由水形成有压水，在面板的各种缝隙间、基层顶面形成高压水流，引起基层冲刷、侵蚀和破坏，最终导致路面的断裂破坏。同时，水是影响路基、基层稳定性的主要因素，路基的下沉和基层强度减弱，均能引起混凝土路面出现唧泥、断板、错台、破碎等病害。因此，完善水泥混凝土路面排水系统，加强路基路面综合排水是水泥混凝土路面设计、施工与养护的关键。
1 路表排水系统的完善
（1）对边沟淤塞、积水路段，加强经常性清理、疏通，改变边沟纵坡，加深、加大边沟尺寸，对应设边沟而无边沟的路段，利用混凝土破碎板或片石增砌边沟及排水沟；对通过城区、乡镇路段，利用涵管采取明沟和暗沟结合的办法设置排水系统，使路表水和路基边沟汇水尽快排出路外，全面解决路基积水浸泡问题。
（2）对地下水位高，路基填土高度较低或通过农田、水塘路段，加深浆砌排水沟，或增设截水沟，防止雨季路基外侧水反渗进路基。
（3）加密路肩边缘拦水带泄水槽密度，使路面降水迅速排入路基边沟中，并加固路肩和边坡使路肩横坡度大于路面横坡1%～2%，尽快将路面水排入边沟中。
（4）通过加铺路面面层，改变路面路肩横坡，使之大于2%，加快排水速度，减少路面水下渗。
（5）加强路表各种缝隙的灌缝等封闭工作，减少路表水下渗。
2 水泥混凝土路面结构内部排水的设计与施工
2.1已建成水泥混凝土路面结构内部的排水设计与施工
在已建成的旧水泥混凝土路面结构内部增设内部排水设施，将从各种缝隙下渗到路面结构内部的自由水迅速排除到路面和路基范围以外，可减少路面水损坏现象的发生，改善路面使用性能，延长已建成路面的使用寿命。
（1）排水量的确定
排水量的大小将直接影响到排水设施的结构尺寸设计，排水设计所需的尺寸和透水性材料应具有的渗透系数，须满足其泄水能力大于表面水的渗入量，满足自由水在透水层内的渗流时间小于规定的最大容许值，即小于2个小时。渗流时间越长，表明自由水在路面结构内部滞留的时间越长，对路面结构强度和性能的影响越大。根据《公路排水设计规范》（JTJ018-97）表面水渗入路面结构的量，按路面类型分别由下列公式计算确定：
水泥混凝土路面：
沥青路面：
式中：——纵向每延长路面结构表面水的渗入量；
——每延米水泥混凝土路面接缝或裂缝的表面水设计渗入率，可按取用；
——每平方米沥青路面的表面水设计渗入率，可按取用；
——单面坡度路面宽度（m）；
——水泥混凝土路面的横缝间距（即板长）（m）；
——长度范围内纵向接缝和裂缝的条数（包括路面与路肩之间的接缝）；
——长度范围内横向接缝和裂缝的条数。
（2）已建成路面排水系统完善措施
为减少雨水经各种途径渗入路面结构并滞留在路面结构层及路基中，根据山东省公路水泥混凝土路面具体情况，对现有公路提出以下三项排水系统完善措施。
①增设路面边缘集水沟及纵横向排水管
在路面结构与路肩处增设集水沟及纵横向排水管，以利于路面结构内的雨水快速排除，如图2.1.1所示。在计算的基础上，根据施工的可能性及难易程度，可采用高透水性的水泥处治填料或级碎石盲沟为排水结构。路面边缘排水填料由水泥处治开级配粗集料组成，其孔隙率约为15%～20%。粗集料最大粒径不大于40mm，粒径4.75mm以下的细粒含量不应超过16%，2.36mm以下的细粒含量不应超过6%。为避免带孔排水管被堵塞，透水性填料在通过率为85%时的粒径应比排水管槽口宽或孔口直径大1.0～1.2倍。水泥处治集料的配合比，应按透水性要求和施工要求通过试配确定。对于改建路面，应能保证排水管两侧各有至少5cm宽的透水填料。透水填料的底面和外侧围以反滤织物（土工布等），以防垫层、基层和路肩内的细粒侵入而堵塞孔隙或管孔。水泥处治填料在满足排水需要的同时，也具有一定的强度，可满足排水承担交通荷载的双重作用。
图2.1.1 已建成水泥混凝土路面边缘排水系统
②将分隔带表面做成抛物线型并进行防水处理
一些设置中央分隔带的路线，中央分隔带为种植土回填绿化带, 由于种植土为水平回填未经碾压，故孔隙率很大，填土十分松散，且表面未采用任何防水措施，因此，雨水极易沿中央分隔带渗入到路面结构及路基中，使路面、路基强度降低，产生各种病害。因此建议加高中央分隔带的填土，表面成了抛物线型(如图2.1.2)，以利于雨水向两侧排除。如中央分隔带无绿化树木时，表面可采用沥青及混凝土进行全封闭处理; 若需绿化时，填土表面可种植满铺草皮,减缓雨水的下渗量。
图2.1.2 已建成水泥混凝土路面中央分隔带填土处理
2.2新建水泥混凝土路面结构内部排水的设计与施工
（1）排水量的确定
新建水泥混凝土路面结构内部排水的设计仍需计算所在地区正常情况下需要排出的排水量，计算公式同已建成的水泥混凝土路面结构内部排水量的计算公式。
（2）排水结构的确定
新建高速公路路面结构内部排水结构分三种:第一种是中央分隔带排水（见图2.2.1）,用于多雨地区分隔带无铺面的高速公路;第二种是路面边缘排水（见图2.2.2）;第三种是设置排水基层（见图2.2.1）。这几种结构形式的选择，可根据公路等级、路面结构类型及当地的降雨量等具体情况经过计算来确定。对于多雨地区的高速公路，在条件允许的情况下，以上三种结构最好能同时采用。
图2.2.1 中央分隔带排水渗沟图
图2.2.2 新建路面边缘及基层排水图
（3）新建水泥混凝土路面结构排水系统材料及施工要求
①中央分隔带排水系统施工要求
中央分隔带内倾的横向坡度使下渗的雨水流向分割带中央低凹处，并通过纵坡排流到泄水口或横穿路界的桥涵水道中。分隔带的横向坡度不得陡于1:6;分隔带的纵向排水坡度，在过水断面无铺面时不得缓于0.25%，有铺面时不得缓于0.12%。当水流速度超过地面土的最大允许流速时，应在过水断面宽度范围对地面图进行防冲刷处理，做成三角型或“Ｕ”型断面的水沟。防冲刷层可采用石灰或水泥稳定土，或者采用浆砌片石铺砌，层厚10cm～15cm。渗沟周围包裹反滤织物（土工布等），以免渗入水携带的细粒将渗沟堵塞。渗沟上的回填料与路面结构的交界面处铺设涂双层沥青的土工布隔渗层。排水管可采用直径70mm～150mm的PVC塑料管。
②路面边缘排水系统的材料及施工要求
路面边缘排水填料由水泥处治开级配粗集料组成，材料与施工方法与已建成路面边缘排水填料相同，但集水沟底面的最小宽度不应小于30cm。
③排水基层的材料及施工要求
排水基层直接设置在水泥混凝土路面板下，如图2.2.2所示。排水基层由水泥或沥青处治不含或含少量粒径4.75mm以下细料的开级配碎石集料组成，或者由未经结合料处治的开级配碎石集料组成。集料应选用洁净、坚硬而耐久的碎石，其压碎值不应大于30%。最大粒径可为20cm或25cm，并不得超过层厚的2/3。粒径4.75mm以下细料的含量不应大于10%。集料级配应满足透水性要求（渗透系数不得小于300m/d），可通过常水头或变水头渗透试验试配后确定。水泥处治碎石集料的水泥用量不宜少于160kg/m3,其7d浸水抗压强度不得低于3MPa～4MPa。沥青处治碎石集料的沥青用量约为集料干重的2.5%～4.5%。排水基层的厚度应按所需排放的水量和基层材料的渗透系数通过水力计算确定，通常在8cm～15cm范围内选用，但最小厚度不得小于6cm（沥青处治碎石）或8cm（水泥处治碎石）。其宽度应视面层施工的需要超出面层宽度30cm～90cm。排水基层的下卧垫层应选用不透水或低透水性的密级配混合料，以阻截自由水的下渗和路基中细料土的上迁。
在地下水位較高的路段，为拦截地下水、滞留水或泉水进入路面结构，或者排除因负温差作用而积聚在路基上层的自由水，可直接在路基顶面设置透水性排水垫层，并酌情配置纵向集水沟。
3 结束语
在通过已建成水泥混凝土路面和新建水泥混凝土路面结构内部排水系统的建立，可有效地排除路面结构内部的自由水，消除水对水泥混凝土路面结构及路基的破坏，起到了延长路面使用寿命的目的。实践证明，路面结构设置排水系统后，水泥混凝土路面断板现象明显减少，可有效地扼制了路面的破坏速度，为舒适行车提供了良好的条件。
主要参考文献
[1]中华人民共和国交通部，公路水泥混凝土路面养护技术规范（JTJ073.1-2001），北京：人民交通出版社，2001
[2]中华人民共和国交通部，公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2003），北京：人民交通出版社，2003
[3]中华人民共和国交通部，公路排水设计规范（JTJ018-97），北京：人民交通出版社，1996
[4]中华人民共和国交通部，公路路面基层施工技术规范（JTJ034-2000），北京：人民交通出版社，2000
[5]中华人民共和国交通部，公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004），北京：人民交通出版社，2004
[6]黄仰贤，路面分析与设计，北京：人民交通出版社，1998
[7]蔡四维、蔡敏，混凝土的损害断裂，北京：国防工业出版社，2000