水电站对外公路路面损害分析与设计阶段早期的

　　水电站对外公路是水电站和外部进行交通联系的通道。在水电站的施工期与运营期，很多大宗物资，比如钢筋、水泥;重大物件，比如变压器、水轮机等都将从水电站对外公路路面经过。而大部分的水电站工程区域内的地形都比较陡峻，地形多为沟谷发育，并且地形比较复杂。公路线路通过工程区域地形、地势起伏大，线路通过区域多为起伏较大的“鸡爪”地形，布线条件较差，综合考虑公路的经济合理性和线形技术指标要求，线路布置中难以完全绕避“鸡爪”地形，部分线路路基高填深挖情况难以避免，因此，在水电站对外公路设计阶段要注意施工区域内的地形、地质构造等。以下，我们就从水电站对外公路路面的损害及设计阶段早期的预防两方面进行分析。

　　1、公路路面损害分析

　　水电站对外公路路面的好坏是水电站对外交通运输顺畅的关键。水电站对外公路路面的建设规模及技术标准的确立，要以确保水电站的建设及运营中运输各种外来物资的需要。并且要确保运输的畅通、安全、高效及迅速。参照交通部颁《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)对公路分级和公路等级之规定及国家计委颁布《厂矿道路设计规范》(GBJ22-87)对于厂矿道路等级划分的规定，结合地方交通发展规划，综合考虑影响对外交通专用公路技术标准的各种因素，来分析水电站对外公路的路面损害方式。

　　水泥混凝土路面是目前我国公路建设中广泛采用的高等级路面。它适应日益发展的交通运输要求，同时具有强度高、稳定性好、使用寿命长、维修养护费用低等许多优点。根据计算分析，水电站对外公路路面所承受的交通属重级交通，其具有施工高峰期交通量大、通行车辆轴载重，建设期车辆通行集中等特点。为满足水电站建设所需外来材料及重大件运输的要求，并结合公路沿线气候、水文、工程地质及该地区的筑路材料等条件，本着因地制宜、就取材的原则，设计一般采用水泥混凝土路面。但是，水泥混凝土路面也有较明显的劣势，公路路面容易受到损害，会出现接缝、修复困难、脱空、拱起、唧泥、错台等现象。并且，由于水泥混凝土路面的土板的脆性会导致地基容易出现变形。

　　同时，水泥混凝土路面的使用性能在行车和自然因素的不断作用下逐渐变坏，以至出现各种类型的损坏现象，大体分为接缝破坏和混凝土面板损坏两个方面，损坏性质也可分为功能性损坏与结构性损坏两个范畴。

　　1.接缝破坏

　　接缝破坏主要有以下几种形式：

　　1)挤碎。出现于横向接缝(主要是胀缝)两侧数十厘米宽度内。主要由于胀缝内的滑动传力杆位置不正确，或滑动端的滑动功能失效，或施工时胀缝内局部有混凝土搭连，或胀缝内落入坚硬的杂屑等原因，阻碍了板的伸长，使混凝土在膨胀时受到较高的挤压应力，当其超过混凝土的抗剪强度时，板即发生剪切挤碎。

　　2)拱起。混凝土面板在受热膨胀而受阻时，某一接缝两侧的板突然向上拱起。这是由于板收缩时缝隙张开，填缝料失效，坚硬碎屑等不可压缩的材料塞满缝隙，使板在膨胀时产生较大的热压应力，从而出现纵向压曲失稳。

　　3)错台。横向接缝两侧路面板出现的竖向相对位移。当胀缝下部嵌缝板与上部缝隙未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，使缝旁两板在伸胀挤压过程中，上下错开而形成错台。地面水通过接缝渗入基础使其软化，或者接缝传荷能力不足，或传力效果降低时，都会导致错台的产生。当交通量或基础承载力在横向各幅板上分布不均匀，各幅板沉陷不一致时，纵缝也会产生错台现象。

　　4)唧泥。汽车行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象称为唧泥。在轮载的频繁作用下，基层由于塑性变形累积而同面层板脱空;地面水沿接缝下渗而积聚在脱空的空隙内;在轮载作用下积水变成有压水而同基层内浸湿的细料混搅成泥浆，并沿接缝缝隙喷溅出来而形成唧泥如(图一)。唧泥的出现，使面板边缘部分失去支承，因而往往在离接缝1.5～1.8m以内导致横向裂缝。此外，纵缝两侧的横缝前后搓开、纵缝缝隙拉宽、填缝料丧失和脱落等也都属于接缝的破坏。

　　2.水泥混凝土板本身的破坏

　　水泥混凝土板的破坏主要是断裂和裂缝。面板由于所受内应力超过了水泥混凝土的强度而出现横向或纵向以及板角的断裂和裂缝，其原因是多方面的：板太薄或轮载太重;行车荷载的渠化作用(荷载次数超过允许值);板的平面尺寸太大，使温度翘曲应力过大;地基过量塑性变形使板底脱空失去支承;养生期间收缩应力过大;由于材料或施工质量不良，水泥混凝土未能达到设计要求等。断裂裂缝破坏了板的结构整体性，使板丧失应有的承载能力。因而，断裂裂缝可视为水泥混凝土面层结构破坏的临界状态。

　　2、设计阶段早期的预防措施

　　针对以上的分析，我们可以看出水电站对外公路路面出现的损害的原因及现象。因此，在对外公路路面的设计早期要做好各类的预防措施。

　　1)外部因素。针对水电站对外公路所处的地形、地质条件，判断是否因为地形、降水的情况而发生山洪及山体滑坡、泥石流等地质灾害。因此根据公路路面的设计要求和现场的施工条件，在设计时要做好以下几个方面：1)路线上尽量避让不良地质灾害路段，保证施工安全及运营安全;2)采取路基防护措施，保证路基稳定，确保路面不受损。部分施工区域受地形条件的限制，设计坡比相对会比较陡，很多为1：0.5;部分区域的坡比为l：0.3。少数施工公路的地段原设计中没有任何的防护，在这种情况下，为了保证公路施工坡面的稳定，路基防护可采取喷锚支护、预应力锚索支护、SNS被动防护网等方式;并根据开挖揭示地质情况对路基边坡适当放缓边坡坡率，加强锚喷支护，设置加强主动防护网、钢筋混凝土框格梁等边坡防护支挡结构措施。

　　2)路面设计因素。水泥混凝土路面板的弹性模量及力学强度大大高于基层和土基的相应模量和强度;其次，水泥混凝土的抗弯拉强度远小于抗压强度，约为抗压强度的1/7～1/6，因此取水泥混凝土板的抗弯拉强度指标作为设计指标;又由于水泥混凝土板与基层或土基之问的摩阻力一般不大，所以从力学模型考虑，可把水泥混凝土路面结构看作是弹性地基板，用弹性地基板理论进行分析计算。水泥混凝土的抗弯拉强度比抗压强度低得多，在车轮荷载作用下当弯拉应力超过水泥混凝土的极限抗弯拉强度时，水泥混凝土板便产生断裂破坏，且在车轮荷载的重复作用下，由于疲劳效应，水泥混凝土板会在低于其极限抗弯拉强度时出现破坏。此外，由于板顶面和底面的温差会使板产生温度翘曲应力，板的平面尺寸越大，翘曲应力也越大。水泥混凝土又是一种脆性材料，它在断裂时的相对拉伸变形很小，因此，在荷载作用下土基和基层的变形情况对水泥混凝土板的影响很大，不均匀的基础变形会使水泥混凝土板与基层脱空。在车轮荷载作用下面板将产生过大的弯拉应力而遭破坏。基于上述，为使路面能够经受车轮荷载的多次重复作用、抵抗温度翘曲应力、并对地基变形有较强的适应能力，水泥混凝土板必须具有足够的抗弯拉强度和厚度。

　　另外，在水泥混凝土路面的使用过程中，由于种种原因，路面出现一些裂缝，地表水会将沿着裂缝及接缝渗入到水泥混凝土的路面结构之内，这其实就是由于水泥混凝土路面水损害而造成的。水泥混凝土路面水损害主要是指路面的水不可避免地从路面的各种接缝及裂缝处渗入到路面结构的内部。并在车辆的荷载作用下，路面基层出现塑性变形的累积造成同面板的脱空，水在轮载作用之后形成有压水，与路面基层的混合料浸湿的细料一起混合成泥浆，沿路面得接缝及及裂缝处喷溅出来，造成唧泥现象。随着唧泥的不断发展，范围不断扩大到整个公路路面的板内，最终造成了路面的损害。

　　因此，为降低唧泥、错台、脱空等损害出现的可能及减少其危害的程度，当水量足够大时，应在水泥混凝土路面的结构内设置路面内部的排水系统，及时排出渗入的水，减少渗入水对有水泥混凝土路面基层产生的冲刷作用。故在设计中加设排水基层及纵向的边缘排水系统，能够很好的预防和减轻水泥混凝土发生路面损害的可能。

　　(1)排水基层。在水泥混凝土路面层设计透水性比较好的排水基层。并在其边缘设计一个纵向的集水沟及排水管和横向的出水管。组成排水基层排水系统。

　　排水水基层排水系统：1面层 2 排水基层 3 不透水垫层 4 水泥混凝土路肩面层 5 集水沟 6 捶水管 7 出水管 8 反滤织物 9 路基

　　(2)加强对公路路面接缝的设计。由于地表水的渗入路面结构及接缝处的板边弯沉大、温度翘曲导致的变形过大都是混凝土路面面板容易出现板底脱空及板块断裂的主要原因，同时，也加速路面地表水的渗入。通过大量的实践与调查发现：在雨雪等天气状况，大气的降水是造成水泥混凝土路面施工结构内部存有水分的主要来源。雨水从水泥混凝土板的纵缝渗入，尤其是水泥混凝土板的横向缩缝也容易让雨水渗进来。因此，在设计时，必须加强对于接缝特别是横缝的设计。由于特重及重交通的水泥混凝土路面都是横向缩缝设置传力杆，这样能够降低板边的弯沉及温度导致的翘曲变形，增加接缝的负荷能力，有力消除公路路表水的渗入，预防并减轻水泥混凝土路面发生水损害。

　　3、结语

　　本文分析了水泥混凝土路面各种损害形成的原因，在设计过程中要不断优化路面结构形式、完善公路路面表面的排水系统、加强对于公路路面结构层的内部排水系统的设计，并提出对水泥混凝土路面的损害的进行综合防治的措施。

　　因此，对于公路路面损害情况的分析，在水电站公路路面的地区，根据地形的实际特征，比如高坡险、地质复杂、岩体破碎的区域，要进行合理的施工设计，预防各个施工路段路面的损害。路基边坡适当放缓边坡坡率，加强锚喷支护，设置加强主动防护网、被动防护网、预应力锚索、钢筋混凝土框格梁等边坡防护支挡结构措施。参照交通部颁《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)对公路分级和公路等级之规定及国家计委颁布《厂矿道路设计规范》(GBJ22-87)通过设计阶段早期的预防工作保证水电站外的公路路面不轻易受到各种损害。

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文章名称： 水电站对外公路路面损害分析与设计阶段早期的

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