地質(zhì)及氣象因素對軟性黏土基礎(chǔ)上混凝土路面的影響

目錄1緒論1.1研究的背景和意義 11.2水泥混凝土路面氣象和地質(zhì)因素的研究現(xiàn)狀 12水泥混凝土路面的應(yīng)用2.1水泥混凝土路面的背景簡史 32.2水泥混凝土路面的特點(diǎn) 32.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 43水泥混凝土路面常見病害3.1常見的病害 63.2預(yù)防和處理對策 84氣象作用4.1一般氣象因素的影響 104.2極端氣象因素的影響 114.3預(yù)防和解決措施 125地質(zhì)作用5.1一般地質(zhì)因素的影響 145.2極端地質(zhì)因素的影響 145.3預(yù)防和解決措施 15結(jié)論 17參考文獻(xiàn) 18致謝 20摘要本文通過調(diào)查水泥混凝土路面的常見病害，分析其發(fā)生的原因。初步討論采取多種預(yù)防和解決措施旨在提高路面的使用壽命和質(zhì)量，同時對地質(zhì)與氣象因素對水泥混凝土路面的影響進(jìn)行了初步的研究。本文討論了水泥混凝土路面的應(yīng)用和研究的有限性，通過總結(jié)分析水泥混凝土路面的常見病害及其原因，從兩方面重點(diǎn)論述了預(yù)防和解決水泥混凝土路面病害的途徑。其一從地質(zhì)因素入手，通過對我國各種地質(zhì)情況的調(diào)查和研究，分析不同地質(zhì)情況對水泥混凝土路面的影響可能會對水泥混凝土路面帶來的病害，力爭控制地質(zhì)因素對水泥混凝土路面的不利影響，對其可能產(chǎn)生的病害總結(jié)出相應(yīng)的預(yù)防和解決措施。其次通過對我國氣象環(huán)境的調(diào)查總結(jié)，詳細(xì)分析了不同氣象因素對水泥混凝土路面的影響，根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)分析，說明氣象因素是水泥混凝土路面產(chǎn)生病害的主要原因之一，并根據(jù)調(diào)查研究，初步總結(jié)出相應(yīng)的預(yù)防和解決措施，進(jìn)而大大降低氣象因素對水泥混凝土路面的負(fù)面影響。關(guān)鍵詞：氣象；地質(zhì)；混凝土路面AbstractBasedontheinvestigationofcommondiseasesofcementconcretepavement,thecausesofthesediseasesareanalyzed.Thepreliminarydiscussionaimsatimprovingtheservicelifeandqualityofpavementbytakingvariouspreventionandsolutionmeasures,atthesametime,theinfluenceofgeologicalandmeteorologicalfactorsoncementconcretepavementispreliminarilystudied.Thispaperdiscussesthelimitationofapplicationandresearchofcementconcretepavement,throughsummarizingandanalyzingthecommondiseasesofcementconcretepavementandtheircauses,itmainlydiscussesthewaystopreventandsolvethediseasesofcementconcretepavementfromtwoaspects.Firstfromthegeologicalfactors,throughtheinvestigationandstudyofvariousgeologicalconditionsinChina,thispaperanalysestheinfluenceofdifferentgeologicalconditionsoncementconcretepavement,whichmaycausediseasesoncementconcretepavement,strivestocontroltheinfluenceofgeologicalfactorsoncementconcretepavement,andsummarizesthecorrespondingpreventionandsolutionmeasuresforthepossiblediseases.Secondly,throughtheinvestigationandsummaryofmeteorologicalenvironmentinourcountry,theinfluenceofdifferentmeteorologicalfactorsoncementconcretepavementisanalyzedindetail.Basedontheanalysisofthedataobtained,itisshownthatmeteorologicalfactorsareoneofthemaincausesofthediseasesofcementconcretepavement.Basedontheinvestigationandresearch,thecorrespondingpreventionandsolutionmeasuresarepreliminarilysummarized,andthenthemeteorologicalfactorsoncementconcretepavementaregreatlyreduced.Negativeeffectsofpavement.KeyWords：METEOROLOGY；GEOLIGY；RIGIDPAVEMENT1緒論1.1研究的背景和意義以水泥混凝土為主要材料做面層的路面叫水泥混凝土路面，我國開始嘗試鋪筑混凝土路面是在20世紀(jì)20年代末。盡管如此，因?yàn)槲覈乃喈a(chǎn)量大，分布面廣，可就近供應(yīng)，水泥混凝土路面在我國全部有鋪裝路面中的比例持續(xù)提高，尤其是在縣、鄉(xiāng)級公路或者農(nóng)村公路中。但是，在我國高等級的公路中水泥混凝土路面所占的比例相對較少，在國外卻占有較高的比重。其主要原因是我國在水泥混凝土路面受氣候和地質(zhì)的影響研究中具有一定的局限性，這些局限性不僅對我國混凝土路面的安全性和實(shí)用性具有不利的影響，還嚴(yán)重影響了水泥混凝土路面在我國的良性發(fā)展，致使我國和國外水泥混凝土路面應(yīng)用之間有很大的差距，而且這個差距越來越大。因此了解世界其他國家的水泥混凝土路面發(fā)展現(xiàn)狀，明了地質(zhì)因素和氣象因素對水泥混凝土路面可能產(chǎn)生的影響，分析其影響可能帶來的病害及其原因，并找出預(yù)防和解決病害的措施，無疑是我國重新認(rèn)識和發(fā)展水泥混凝土路面首先需要解決的問題。1.2水泥混凝土路面氣象和地質(zhì)因素的研究現(xiàn)狀由于水泥混凝土路面的應(yīng)用越來越廣泛，國內(nèi)外的學(xué)者們進(jìn)行了大量的水泥混凝土路面的理論設(shè)計和施工工藝的研究工作，并且已經(jīng)有許多成熟的技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)操作中，有效控制和避免了混凝土路面病害的發(fā)生。日本的研究者，提出了可以通過計算水泥混凝土路面的失水率和干縮率，來解決水泥混凝土路面容易產(chǎn)生的斷板問題。美國的學(xué)者們研究開發(fā)了一種比硬切縫技術(shù)所需的時間短而且可以很好地控制水泥混凝土路面斷板率的新型縮縫施工技術(shù)—軟切縫技術(shù)。國外的這些研究大多都是從材料和技術(shù)方向研究水泥混凝土路面，從地質(zhì)和氣象因素方面開展的研究卻十分有限，由于我國的地質(zhì)特征復(fù)雜，氣象因素多樣的客觀條件，我國關(guān)于地質(zhì)和氣象因素對于水泥混凝土路面的影響的研究相對就多了一些。2010年，梁寶華在《地質(zhì)雷達(dá)在水泥砼路面脫空檢測中的應(yīng)用》[1]一文獻(xiàn)中特別采用了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，來解決水泥混凝土路面容易發(fā)生的唧泥、脫空、裂縫等病害。根據(jù)雷達(dá)反射波的數(shù)據(jù)特征，分類整理混凝土路面的脫空程度，可以更好的分析出地質(zhì)對水泥混凝土路面的影響。2010年，胡瑾、徐強(qiáng)、李清龍等研究者在《考慮地震影響的最優(yōu)水泥混凝土路面研究》[2]一文獻(xiàn)中，針對地震對路面造成的破壞情況，進(jìn)行了振動臺模擬實(shí)驗(yàn)。通過模擬地震的情況，優(yōu)選出符合抗震強(qiáng)度的水泥混凝土路面的配合比，這一模擬實(shí)驗(yàn)對于路面的抗震研究具有較大的工程實(shí)踐意義。2012年，張偉在《濕熱地區(qū)水泥混凝土路面瀝青加鋪結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力分析》[3]中，針對海南省獨(dú)特的氣候特點(diǎn)，為了總結(jié)出不同的路面結(jié)構(gòu)參數(shù)對水泥混凝土路面產(chǎn)生的影響，運(yùn)用了通用有限元程序ANSYS來計算路面結(jié)構(gòu)的溫度場和溫度應(yīng)力。同時還利用了DPS統(tǒng)計軟件對計算數(shù)據(jù)進(jìn)行再次分析，為濕熱地區(qū)水泥混凝土路面鋪筑設(shè)計提供依據(jù)。2013年，曾惠珍、吳梅容在《福州水泥路面的溫度預(yù)測及氣象要素分析》[4]中，針對福建省福州市特有的氣候特征，依據(jù)實(shí)測該地區(qū)路面溫度得出的數(shù)據(jù)，采用STATISTICA軟件，分析福建路面溫度場的預(yù)估模型，預(yù)測出福州市的路面溫度，從而控制氣象因素對混凝土路面的影響。2014年，夏曉迪在《冬季水泥混凝土路面的施工技術(shù)》[5]中，針對冬季施工時，水泥混凝土路面施工易受自然天氣影響的問題，選用新型的材料，采用真空吸水等工藝，大大提高澆筑的混凝土的抗凍能力。分析研究出在冬季施工時，應(yīng)該采用什么樣的施工方法和技術(shù)才能保證工程的質(zhì)量。2015年，針對我國內(nèi)蒙古自治區(qū)特有的地形和氣候特征，王耀東和陳新軒在《嚴(yán)寒草原地區(qū)環(huán)境要素對水泥混凝土路面滑模施工的影響分析》[6]中，建造了用于觀測地區(qū)氣候、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等的公路氣象站，通過分析采集的長期數(shù)據(jù)，分析氣候環(huán)境對水泥混凝土路面的影響，探究出施工的最佳時間，得以保證在我國內(nèi)蒙古地區(qū)，鋪筑水泥混凝土路面的質(zhì)量和長期的使用性。

2水泥混凝土路面的應(yīng)用2.1水泥混凝土路面的背景簡史最早被鋪筑的水泥混凝土路面是在1868年由蘇格蘭人鋪筑，之后便傳入了德國和美國。直到20世紀(jì)20年代，歐、美等一些國家才開始大規(guī)模的鋪筑水泥混凝土路面。我國開始嘗試鋪筑水泥混凝土路面時，已經(jīng)是到20世紀(jì)20年代。到30年代和40年代，我國相繼在南京至杭州和北京至天津的公路上鋪筑了混凝土路面試驗(yàn)段，甚至還在南京的飛機(jī)跑道上鋪筑鋼筋混凝土路面。到50年代，由于我國水泥工業(yè)的飛速發(fā)展，我國開始大規(guī)模的在大、中型城市的主干道和飛機(jī)跑道上鋪筑水泥混凝土路面。直到70年代，在我國縣、鄉(xiāng)級公路或者農(nóng)村公路中，水泥混凝土路面的鋪筑已經(jīng)占有了很大比例，我國的飛機(jī)跑道也幾乎全部都是混凝土路面。據(jù)不完全的統(tǒng)計，在1987年，我國鋪筑混凝土路面的公路就已經(jīng)增加到6041km，所占全國公路總長度的0.62%，占有全國高級、次高級路面中公路總長度的2.8%。雖然還不及瀝青路面，但所占比例已經(jīng)不俗。2.2水泥混凝土路面的特點(diǎn)水泥混凝土路面的剛度大、擴(kuò)散荷載應(yīng)力的能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好屬于剛性路面。與其他路面相比，具有以下特點(diǎn)：較好的耐久性，較高的強(qiáng)度。水泥混凝土路面具有非常高的承載力，而且抗彎拉、抗壓、抗磨損的力學(xué)強(qiáng)度和擴(kuò)散荷載的能力都非常高，可以通過重載車輛之類的各種運(yùn)輸工具。耐久性好，無需過多的養(yǎng)護(hù)和維修，使用年限長。較好的穩(wěn)定性。環(huán)境的溫度和濕度很難對水泥混凝土路面產(chǎn)生較大的影響，所以水泥混凝土路面的水穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性特別好，特別是水泥混凝土路面的強(qiáng)度能夠隨使用時長而增高，不會存在瀝青路面長時間會發(fā)生的“老化”現(xiàn)象。較少的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，低成本運(yùn)輸。由于水泥混凝土路面自身特性堅(jiān)固耐久，經(jīng)常性養(yǎng)護(hù)維修的工作量相對較小，因此所需的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用就會很少。而且平整性也不錯，行車阻力很小，能大大提高車速，降低了消耗，減少了運(yùn)輸?shù)某杀?。良好的平整度和表面粗糙度。盡管鋪筑水泥混凝土路面時不可避免的會留有很多的接縫，但是它很少會在表面產(chǎn)生起伏，出現(xiàn)波浪式的情況。通行各種各樣的重型車輛時，都可以保持住良好的平整度。而且哪怕是在發(fā)生潮濕的情況下，水泥混凝土路面依然可以保持它良好的粗糙度，以保證通行的車輛不會發(fā)生打滑，保持良好的安全行車速度。良好的夜間行車效果。因?yàn)樗嗷炷谅访婢哂休^強(qiáng)的反光能力，色澤十分鮮明，相較于其他路面更有利于夜間行車。當(dāng)然水泥混凝土路面也有一些不足，這是回避不來的。比如有接縫。由于熱脹冷縮的特性，再加上載荷等約束，混凝土面板容易斷裂，就必須設(shè)計大量的接縫。而接縫的存在為混凝土路面的施工工藝和養(yǎng)護(hù)工作增加了復(fù)雜性，而且會導(dǎo)致行車的跳動，影響行車舒適度。挖掘和修補(bǔ)困難。一旦水泥混凝土路面遭到破壞后，挖掘和修補(bǔ)就需要非常大的工作量，不僅會影響正常的交通，甚至有時候，修補(bǔ)后的路面質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如原來的整體強(qiáng)度高。這對于很多擁有地下管線的城市道路，會帶來很多不必要的麻煩。過大的材料需求量。鋪筑水泥混凝土路面需要消耗大量的水和水泥材料，例如用400～500t左右的水泥，250t左右的水，鋪筑0.2m厚，7m寬的混凝土路面才只能鋪筑一公里，完成后還需要大量的養(yǎng)生用水。2.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢在國外，水泥混凝土路面已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。例如美國的高速公路，水泥混凝土路面的鋪筑已經(jīng)達(dá)到30%；加拿大魁北克省鋪筑水泥混凝土的高速公路占加拿大全國的4%。歐洲各國中使用水泥混凝土路面最多的國家是比利時，鋪筑混凝土路面的高速公路已達(dá)到50%，并且基本上都達(dá)到了設(shè)計要求。截止到2013年，據(jù)統(tǒng)計顯示，中國水泥混凝土路面的總里程數(shù)就已經(jīng)達(dá)到了1777262.6km，雖然總里程數(shù)很長，但是若按公路水泥混凝土路面不同等級的里程數(shù)來分類統(tǒng)計，則會發(fā)現(xiàn)中國的水泥混凝土路面的應(yīng)用多集中于縣、鄉(xiāng)、村等低等級的公路中。鋪筑水泥混凝土的路面只有3452.8km，在中國總長10.4萬km的高速公路路面中，僅僅占有0.19%的比例，和剩下99.81%的瀝青路面相比，幾乎可以忽略不計。這和國外水泥混凝土路面的應(yīng)用情況相比較，中國水泥混凝土路面在國、省道的路面類型選擇中還不被認(rèn)可，是不爭的事實(shí)。重載車輛通行的水泥混凝土路面容易受到嚴(yán)重的損害，是導(dǎo)致水泥混凝土路面在主要道路中不被廣泛應(yīng)用的主要原因。而且在通常路線上維修困難，會對交通造成極大的影響。但是，隨著材料和施工技術(shù)的發(fā)展，上述缺點(diǎn)已經(jīng)得到不同程度的解決。不僅如此我國水泥年年增產(chǎn)，在1987年就已經(jīng)位居世界第一位，而且質(zhì)量也達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)，這就為水泥混凝土路面的發(fā)展奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。研究表明，由于水泥混凝土路面具有相對較長的使用壽命，維修保養(yǎng)費(fèi)用相對較少，采用水泥混凝土路面可以獲得的較大的經(jīng)濟(jì)效益。在社會效益方面，水泥混凝土路面不會輕易受油侵蝕和引起火災(zāi)，非常適用于那些有特殊要求的工廠和油田、煉油廠地區(qū)道路。所以綜上所述，水泥混凝土路面表現(xiàn)出越來越好的發(fā)展前景。3水泥混凝土路面常見病害3.1常見的病害水泥混凝土路面技術(shù)日漸完善，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會效益上都顯示出了明顯的優(yōu)勢。但是由于水泥混凝土路面的增長太過迅速，在其施工操作、或者一些特殊情況的影響下，許多病害也逐漸體現(xiàn)了出來。如：裂縫：裂縫的情況很多樣，根據(jù)其損壞的形式可大致分為橫向、縱向、交叉的裂縫和板角斷裂等。橫向裂縫通常是指垂直于路線方向的有規(guī)則的裂縫，產(chǎn)生的主要原因是由于水泥混凝土路面冷縮、失水干縮、切縫不及時等。大多出現(xiàn)在軟弱地基、新老地基交接處和失陷性黃土等特殊的路段。縱向裂縫是指平行于路線走向的裂縫，其主要原因是由于路基體填料土質(zhì)不均勻、施工方法不當(dāng)導(dǎo)致路基發(fā)生沉降，同時路面板又受到自重和通行車輛的壓力作用等。通常出現(xiàn)在高填方、半填半挖路段、填挖交接和軟土地基路段等。交叉裂縫是一種較為嚴(yán)重的破壞形式，是指路面由于路基和基層的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性相對較差，使用的水泥性能不是很穩(wěn)定或者路面板厚度不足，堿骨料反應(yīng)和水泥的水化反應(yīng)等原因，導(dǎo)致路面出現(xiàn)的兩條或兩條以上相互交叉的裂縫。板角斷裂是指傳透面板板厚且于混凝土板角兩邊接縫相接的裂縫。因?yàn)榘褰堑膹?qiáng)度過于薄弱，一旦連續(xù)受到高強(qiáng)度的荷載作用、基礎(chǔ)支持強(qiáng)度不足時，就會產(chǎn)生斷裂（如圖3-1）。拱起和沉陷：拱起是指混凝土路面橫縫兩旁的板體發(fā)生的明顯的抬高現(xiàn)象。其產(chǎn)生的主要原因是沒有設(shè)置足夠的水泥混凝土路面脹縫，或者路面板受熱無法自由伸張等（如圖3-2）。沉陷則與之相反，是指水泥混凝土路面的填充物遭到損壞導(dǎo)致雨水滲透，軟化基層甚至是路基體，使橫縫兩側(cè)的混凝土路面板板體發(fā)生明顯的下沉現(xiàn)象。圖3-1板角的斷裂圖3-2拱起現(xiàn)象錯臺：錯臺是指裂縫兩側(cè)路面板端部與接縫之間出現(xiàn)的相對垂直高度差。產(chǎn)生的主要原因可能是沒有在橫縫設(shè)置傳力桿，或者沒能使路基體和基層得到均勻壓實(shí)，與此同時又受到重復(fù)的荷載作用，就會導(dǎo)致在相鄰的路面板發(fā)生不均勻的沉降（如圖3-3）。圖3-3錯臺現(xiàn)象唧泥：唧泥是指車輛通過時，水泥混凝土路面接縫處的基層細(xì)料和水受到擠壓一起溢出來的現(xiàn)象。雨水的下滲，會導(dǎo)致水泥混凝土路面的接縫填縫料受到損壞，基層材料經(jīng)不起雨水的沖刷，再加上反復(fù)的車輛荷載作用就會導(dǎo)致水泥混凝土路面產(chǎn)生唧泥現(xiàn)象。3.2預(yù)防和處理對策水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高，耐久性好，穩(wěn)定性好等的特點(diǎn)，應(yīng)用的越來越廣泛，如果不進(jìn)行正常的養(yǎng)護(hù)或者重點(diǎn)對癥，水泥混凝土路面會在使用中產(chǎn)生許多的病害，會直接影響水泥混凝土路面的使用年限。根據(jù)以上混凝土路面病害產(chǎn)生的原因，提出幾點(diǎn)修復(fù)措施：裂縫的處理：混凝土路面裂縫的由于情況復(fù)雜，原因也有很多，所以預(yù)防比處理措施更重要。采用的措施也有很多，大致就是幾個方面，在設(shè)計方面要特別注意那些容易開裂的部位，從源頭防治病害；掌握好適時的切割縮縫時機(jī)[7]，可以很好的解決橫向裂縫；控制好原材料質(zhì)量；完善和加強(qiáng)施工工藝。加強(qiáng)基層處理和養(yǎng)護(hù)等。拱起和沉陷：水泥混凝土路面特別容易產(chǎn)生路面拱起現(xiàn)象，當(dāng)拱起的程度不嚴(yán)重時，可以通過切碎拱起板間橫縫中的硬物，然后清理出其中的雜物，使板塊得到復(fù)位，最后補(bǔ)充填縫料；當(dāng)路面產(chǎn)生拱起現(xiàn)象的程度十分嚴(yán)重時，可以通過切寬拱起板塊兩側(cè)的橫縫，去除掉拱起的那端，清理出其中的雜物，等拱起復(fù)原后，補(bǔ)充填縫料。路面沉降的治理方法有好幾種，最常見的是方法是灌沙頂升法[8]，即測量出下沉量，畫出縱斷面，求升起值，再在面板上鉆出兩行垂直孔，用空氣壓縮機(jī)往孔里灌砂漿，直到板塊升起，全部頂升就位。錯臺：當(dāng)輕微的錯臺現(xiàn)象時，可以采用切削修補(bǔ)法[9]，即用特殊的風(fēng)鎬，將高起的部位均勻地鑿低，鑿至與鄰近板平齊的高度（如圖3-4）。如果產(chǎn)生嚴(yán)重的錯臺程度時，則采用鑿低補(bǔ)平修補(bǔ)法[9]，即從相對較低的水泥混凝土板處鑿掉幾厘米，再使用快凝修補(bǔ)材料填平（如圖3-5）圖3-4錯臺切削修補(bǔ)法圖3-5錯臺鑿低補(bǔ)平修補(bǔ)法唧泥：在唧泥的處理措施中，板下封堵灌漿是最常用的方法[9]，即在基層、墊層的細(xì)小空隙中和混凝土板下進(jìn)行灌漿，促使路面結(jié)構(gòu)的支撐得以恢復(fù)。特別要注意的是，在這種方法中要控制好灌漿時的壓力，壓力過大時就會抬高路面板。4氣象作用4.1一般氣象因素的影響由于水泥混凝土路面長期直接在空氣中暴露著，一年四季的大氣溫度和太陽輻射周期性的變化，甚至每一天的白晝黑夜氣溫的變化，都會導(dǎo)致混凝土路面的路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不穩(wěn)定的熱力傳導(dǎo)，進(jìn)而影響水泥混凝土路面的耐久性和使用壽命。由于受季風(fēng)性氣候的影響，我國的無凍地區(qū)是在潮濕地區(qū)，而一般冰凍地區(qū)是在干燥地區(qū)。所以一般情況下的氣象因素對水泥混凝土路面的影響是表現(xiàn)在濕度和溫度兩個方面。路面結(jié)構(gòu)的濕度和溫度的變化隨著周圍氣候因素的變化而變化。這些變化會影響水泥混凝土路面的耐久性和使用壽命。濕度的影響：濕度狀況的變化對路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度產(chǎn)生深刻的影響，而該地區(qū)的自然情況和道路本身的排水能力等因素都會致使混凝土路面濕度的變化。降水量過多會浸濕透水的路面并會下滲透到路基，使路基材料過分潮濕，強(qiáng)度大大降低，增大變形。過強(qiáng)的蒸發(fā)力則會使水分從路基中逸出，促使路基過于干燥，發(fā)生松散。溫度的影響：大氣溫度同樣是影響路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的重要因素，氣溫的變化會導(dǎo)致路面本身的溫度發(fā)生變化。以北京地區(qū)為例，張倩倩、田波、謝晉德等[10]，觀測了該地區(qū)在2008年6月~2019年5月一年間的太陽輻射量變化（如表4-1）。由于在一天內(nèi)太陽輻射熱和氣溫發(fā)生了變化，不同深度處的水泥混凝土路面溫度受到熱交換和熱傳導(dǎo)的作用影響，也隨之發(fā)生了變化（如表4-2）由表可知，太陽輻射量的變化趨勢大致呈季節(jié)性分布，全年輻射量密集在夏季，而最大的日輻射量也在夏季。其次可以得知水泥混凝土路面深刻受到太陽日輻射量的影響，只是不同深度受到的影響不同。面層的深度越深，受到的影響越小，變化的幅度也越小。表4-12008年~2009年太陽熱輻射量變化曲線表4-22008-07-21混凝土板不同深度溫度變化曲線。4.2極端氣象因素的影響水泥混凝土路面是條形板狀結(jié)構(gòu)，大面積長期暴露在自然環(huán)境下，受環(huán)境的影響比任何結(jié)構(gòu)都要嚴(yán)重，在不同的氣象環(huán)境影響下，尤其是極端天氣，路面會表現(xiàn)出不同的特性，不論是在施工設(shè)計還是在治理養(yǎng)護(hù)過程中，如果不能適應(yīng)環(huán)境的變化，就會造成路面病害的產(chǎn)生，破壞道路的耐久性，進(jìn)而縮短道路使用壽命。對水泥混凝土路面的影響最為嚴(yán)重的是以下幾種極端氣象特征，極端高溫天氣：高溫天氣下路面溫度沿著垂向不均勻分布時，水泥混凝土路面很容易會產(chǎn)生較大的翹曲應(yīng)力，在溫度作用和車輛荷載的作用下，就特別容易產(chǎn)生病害[11]。因?yàn)榛炷翆?dǎo)熱性較差，熱量很難向路面下面?zhèn)鲗?dǎo)，就會致使路面結(jié)構(gòu)溫度變得極不均勻，根據(jù)熱脹冷縮的作用，這種不均勻的溫度分布就會使路面產(chǎn)生較大的翹曲應(yīng)力。而且在高溫天氣下，混凝土攪拌時，會加快水分蒸發(fā)的速度，增加用水量，不同程度地降低混凝土的流動性，進(jìn)而會影響混凝土拌和的質(zhì)量。極端的寒冷天氣：在寒冷地區(qū)，對水泥混凝土路面造成影響最大的是凍融破壞。特別是凍融循環(huán)，會使混凝土的強(qiáng)度特性隨著凍融次數(shù)的增加逐漸下降。由于混凝土內(nèi)會有多余的水分，水遇冷時會結(jié)冰，體積變大，造成水泥混凝土路面內(nèi)部的損壞。此外，經(jīng)過反復(fù)的冰凍和車輛荷載，混凝土路面內(nèi)部的損壞會不斷擴(kuò)散。經(jīng)過一段時間的凍融循環(huán)后，混凝土內(nèi)部的裂縫會相互聯(lián)通，就會致使混凝土的強(qiáng)度逐漸降低，直至完全消失，導(dǎo)致水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)由表及里遭到破壞。4.3預(yù)防和解決措施氣象因素一直是影響水泥混凝土路面的一個重要方面，對于復(fù)雜多變的的自然環(huán)境，為了確保水泥混凝土路面的耐久性和較長的使用使用壽命，必須探究出不同氣象因素對于水泥混凝土路面的作用，并根據(jù)情況的不同，總結(jié)出預(yù)防和解決措施，以保證路面質(zhì)量。（1）一般的氣象情況下，對于混凝土路面起影響作用最多的是濕度和溫度的變化。氣溫的變化是直接對混凝土路面內(nèi)部應(yīng)力帶來影響，根據(jù)產(chǎn)生的原因，可以通過換用更適應(yīng)的水泥、采用外加劑、使用干燥集料時，充分灑水潤濕來控制溫度；或者通過合理的分縫分塊、對于基層頂面充分灑水、合理的進(jìn)行施工工序等來改善約束條件。濕度方面可以通過進(jìn)行正確的排水設(shè)計，設(shè)置必要的隔離層隔絕毛細(xì)水上升等來控制混凝土路面內(nèi)部的濕度。（2）極寒天氣下澆筑使用混凝土路面時，要注意提高混凝土的抗凍能力，可以從混凝土的原材料、配合比、澆筑和保溫養(yǎng)護(hù)4個環(huán)節(jié)著重考慮[5]。選用水泥時，應(yīng)優(yōu)先選用水化發(fā)熱容量大的R型水泥或者單位水泥用量比較多的32.5級別的水泥[12]；在施工時，要注意控制好砂石料中的軟弱顆粒和含土含水量，防范好冰雪等雜物溫度摻入；在拌合物中可以適當(dāng)摻加一些添加劑來提升抗凍性能；養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)注意始終控制水泥的最低溫度，出料時的溫度也需要注意控制；加強(qiáng)保溫保濕覆蓋養(yǎng)生措施。極端寒冷氣候下的水泥混凝土路面與平常情況下的水泥混凝土道路變化作用存在著顯著的不同，必須充分了解到這一點(diǎn)，才能保證寒冷地區(qū)混凝土路面的抗凍性能，從而保障水泥混凝土路面的質(zhì)量和使用壽命。（3）針對極端高溫天氣，可以通過原材料的選擇，控制配合比例等措施，來盡可能的減少其對混凝土澆筑后的特性產(chǎn)生較大的不利影響。此外也可以通過降低拌和物的溫度，使得混凝土冷卻至理想溫度，這種方法最多可以使混凝土的溫度降低6℃，同時也可以使用液氨來冷卻混凝土的拌和用水，通過向水池中或者混凝土攪拌器中注入液氨使拌和用水變成冰水混合物，最多可以使混凝土降溫11℃，也可以選擇用冰代替部分拌和用水來降低混凝土的溫度，最多可以降低10℃[13]。最后混凝土原料中的粗集料可以通過用冷水噴灑或者用大量的水沖洗來達(dá)到降溫的目的。5地質(zhì)作用5.1一般地質(zhì)因素的影響水泥混凝土路面強(qiáng)度高，耐久性好，使用壽命長，是應(yīng)用越來越廣泛的重要路面形式。而且水泥路面的剛度較大、擴(kuò)散荷載應(yīng)力能力強(qiáng)，對路基強(qiáng)度的要求不高，一般情況下的天然地基經(jīng)過簡單的處理都可以滿足使用的強(qiáng)度要求?；炷翆儆诖嘈圆牧?，具有很差的下路基變形的適應(yīng)能力，難以使混凝土面層隨著路基發(fā)生的不均勻變化而變形，而會與下臥結(jié)構(gòu)層脫空，呈現(xiàn)出簡支或者懸臂結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，影響路面的使用壽命，因此我國現(xiàn)行的《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》并沒有過多的要求路基強(qiáng)度，僅僅是要求路基穩(wěn)定、密實(shí)、均質(zhì)，可以為路面結(jié)構(gòu)提供均勻支撐。由于路基土本身的不均勻和外界影響因素時空上的不均勻性，會使路基產(chǎn)生不均勻變形，進(jìn)而導(dǎo)致水泥路面結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的變化，同時水泥板的撓度和應(yīng)力的變化也會導(dǎo)致路基產(chǎn)生變形差異。從空間分布形式上看，路基的不均勻變形可以分為橫向不均勻變形和縱向不均勻變形。縱向不均勻變形：路基的縱向不均勻變形產(chǎn)生的主要原因是土質(zhì)的差異。這種不均勻變形會造成路面產(chǎn)生大波浪型的不平整，破壞路面平整性，嚴(yán)重影響了路面的使用功能。橫向不均勻變形：路基的橫向不均勻變形主要表現(xiàn)在路基土沿橫向自身的不均勻變化，以及地下水、車輛荷載和自重等的作用，沿路基橫向分布的差異。而其帶來的公路工程病害已經(jīng)成為道路工程質(zhì)量通病之一。5.2極端地質(zhì)因素的影響水泥混凝土路面具有高強(qiáng)度，較好的穩(wěn)定性，較長的使用壽命等特點(diǎn)，同時也有一些不足存在，比如容易受到溫度和濕度以及地質(zhì)環(huán)境的影響，出現(xiàn)不同情況的病害。這些病害在一定程度上會影響混凝土路面的耐久性和使用壽命，而在這些病害產(chǎn)生的原因當(dāng)中，地質(zhì)因素是占比最大的，尤其是在地質(zhì)比較差，地形情況特殊，極端地質(zhì)地形地區(qū)等[14]。山脈地區(qū)：相比于地形平坦的地區(qū)，山脈地區(qū)地質(zhì)特殊，地形也比較復(fù)雜，在施工過程中，往往會由于風(fēng)干的速度快，養(yǎng)護(hù)難以到位等問題，致使該地區(qū)的水泥混凝土路面容易產(chǎn)生路面質(zhì)量差，易破損，使用壽命不長等問題。其中破壞較多較嚴(yán)重的主要是兩個地段，一是所處較陡陡坡的直線段，另一種是半填挖路段[15]。而且施工環(huán)境也很惡劣，時常會有山體滑坡、洪水、泥石流等地質(zhì)性災(zāi)害發(fā)生，會給水泥混凝土路面帶來致命性的病害。地震頻發(fā)地區(qū)：近幾年，世界各地地震頻發(fā)，處于地震頻發(fā)地帶的建筑物和人為構(gòu)筑物面臨著越來越嚴(yán)峻的考驗(yàn)。地震發(fā)生時，一般會致使水泥混凝土路面產(chǎn)生路面沉陷、開裂斷板、破碎變形等病害，尤其是高填方、半填挖地段，病害最為明顯[16]。而且路面開裂時又特別容易產(chǎn)生水下滲，對路基等造成不同程度的損害。如果是在低洼潮濕地段和河流兩岸，沿著斷板的裂縫常常會出現(xiàn)大量的噴砂冒水。如果是山嶺地區(qū)，更多的則是上塌和下陷，此類病害較為普遍并且很嚴(yán)重。5.3預(yù)防和解決措施地質(zhì)因素一直是影響水泥混凝土路面的重要因素之一，尤其是特殊的地質(zhì)地形，而這些影響往往都會使水泥混凝土路面產(chǎn)生一些病害。為了更好的保障混凝土路面的耐久性和長期的使用壽命，必須加大對地質(zhì)因素的研究，從中找出混凝土路面病害發(fā)生的主要原因以及相應(yīng)的解決措施。任何的變形或者不均勻沉降都可能導(dǎo)致作為剛性結(jié)構(gòu)的混凝土路面面板開裂，只要路基的穩(wěn)定性才能保證水泥混凝土路面的使用質(zhì)量[17]。針對路基不均勻沉降的不同情況，可以從設(shè)計方面做準(zhǔn)備，如提前做好地質(zhì)勘查報告，明確路基填充料的質(zhì)量要求，完善路基的綜合排水設(shè)計等，也可以從施工方面下手，如嚴(yán)格控制好填土的含水量，仔細(xì)的清除地表土雜物，換填透水性材料，嚴(yán)格選取路基填料用土，控制半填挖部位產(chǎn)生的不均勻沉降等。除此之外，在錯臺現(xiàn)象不嚴(yán)重的地段，對開裂的路面可以使用瀝青砂或者水泥漿進(jìn)行灌縫處理[18]，以避免路面水的侵入。山脈地區(qū)的道路中，水泥混凝土路面所占的比例越來越高，為了更好的保障水泥混凝土路面在山脈地區(qū)的應(yīng)用，必須做好預(yù)防和解決可能會發(fā)生的病害的措施。首先從設(shè)計方面，要遵循“注重實(shí)效、確保質(zhì)量、因地制宜、保護(hù)生態(tài)”的原則[17]，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，強(qiáng)化路面結(jié)構(gòu)和材料的科學(xué)合理搭配，制定出合理的設(shè)計方案。其次從養(yǎng)護(hù)方面，及時清理路面的砂石雜物，做好邊溝的清理疏通工作和路面通水工作，定期進(jìn)行路面檢查，及時修補(bǔ)路面的破損，加強(qiáng)對路肩養(yǎng)護(hù)和加固的重視，可以很好的保障路面和路肩的良好銜接，而且必須及時更換已經(jīng)老化或者破損的填縫料，使填縫料始終保持良好的狀態(tài)。（3）地震的發(fā)生會導(dǎo)致路面發(fā)生大規(guī)模的裂縫。而且次生災(zāi)害也會對路面結(jié)構(gòu)造成二次傷害，對道路的保通有一定程度的影響，因此必須采取合理的針對地震頻發(fā)地區(qū)的預(yù)防和解決措施[16]。首先修筑路基時，應(yīng)盡量避免在地勢低洼地帶；如果在軟弱地基上修筑路基時，應(yīng)注意采取相應(yīng)的加固措施，努力做好路基的排水工作，避免產(chǎn)生積水，而且應(yīng)該注意采取粘性土做填充路堤的材料 。其次，嚴(yán)格控制挖方邊坡高度，并根據(jù)可能的地震震級適當(dāng)放緩坡度，在巖體松散，易崩塌和易滑坡地段，注意采取防護(hù)加固措施[19]。結(jié)論本文針對水泥混凝土路面的特點(diǎn)，充分地調(diào)查分析其容易產(chǎn)生的病害以及原因，總結(jié)出了一些針對水泥混凝土路面易產(chǎn)生的病害進(jìn)行預(yù)防、修補(bǔ)、解決的措施。盡管水泥混凝土路面具有高強(qiáng)度、高耐久性，較長的使用壽命等特點(diǎn)，但隨著使用時間的增長依然會在不同程度上產(chǎn)生磨損，尤其是在地質(zhì)因素和氣象因素的影響下，病害尤為復(fù)雜，不同的地質(zhì)因素和氣象因素可能會給水泥混凝土路面帶來的病害，都不盡相同。本文還對水泥混凝土路面常見的病害做了一個較為全面的分類，發(fā)現(xiàn)其病害大致為裂縫、拱起和沉降、錯臺和唧泥等，并分析研究了這些病害產(chǎn)生的原因和相應(yīng)機(jī)理，針對任何可能產(chǎn)生病害的情況，都提出了相應(yīng)的預(yù)防和解決措施。如針對裂縫，就掌握好切割縮縫時機(jī)，加強(qiáng)預(yù)防；針對拱起的灌沙頂升法；針對錯臺的切削修補(bǔ)和鑿低補(bǔ)平修補(bǔ)法；針對唧泥，則是板下封堵灌漿法等等一系列的研究調(diào)查。而且本文還明確指出了地質(zhì)因素和氣象因素對水泥混凝土路面的深刻影響，并且詳細(xì)總結(jié)出了一般地質(zhì)和氣象因素和極端的地質(zhì)因素和氣象因素分別對于水泥混凝土路面都有什么樣的影響，經(jīng)過對其影響的調(diào)查研究，找出相應(yīng)的預(yù)防和解決措施，有效的控制住影響。比如對于地質(zhì)因素，一般情況下，從設(shè)計和施工方面，控制好路基的穩(wěn)定性就可以基本保障水泥混凝土路面的使用質(zhì)量，當(dāng)位于極端地形時，就要具體問題具體分析了，典型的山脈地質(zhì)，就從設(shè)計和養(yǎng)護(hù)著手，制定合理的設(shè)計方案，確保質(zhì)量；地震頻發(fā)的地質(zhì)，則預(yù)防為主，盡量避免在危險可能性大的地段修筑。對于氣象因素，一般情況下，采用較好的材料，進(jìn)行合理的分配就足以控制溫度的影響，當(dāng)極端天氣發(fā)生時，從混凝土的原材料、配合比、澆筑和保溫養(yǎng)護(hù)等方面著手，選取更適宜的原材料，控制好配合比例，選用適當(dāng)?shù)奶砑觿┑葋砜刂坪没炷恋睦硐霚囟?，從而保證水泥混凝土路面的耐久性和長期的使用壽命。參考文獻(xiàn)[1]梁寶華.地質(zhì)雷達(dá)在水泥砼路面脫空檢測中的應(yīng)用[J].廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2010,09(2):19-22.[2]胡瑾,許強(qiáng),李清龍,etal.考慮地震影響的最優(yōu)水泥混凝土路面研究[J].四川建筑科學(xué)研究,2010,36(6):205-209.[3]張偉.濕熱地區(qū)水泥混凝土路面瀝青加鋪結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力分析[D].2