水泥混凝土“白改黑”的幾點淺見

韓方偉

（徐州市交通規(guī)劃設(shè)計研究院 ，江蘇徐州 221006）

0 前言

由于水泥混凝土路面具有承載能力強、穩(wěn)定性好、材料易得、有利環(huán)保、耐久性優(yōu)良等優(yōu)點，在全世界各地得到廣泛應(yīng)用。我國在20世紀(jì)90年代修建了大量的水泥混凝土路面，到2000年，公路水泥混凝土路面的總里程已達(dá)到118576 km。徐州及周邊地區(qū)在這一時期也修建了大量的水泥混凝土路面：橫貫徐州東西的310、311國道、323省道，連通南北的104國道，252省道。經(jīng)過一、二十年的使用，這些水泥混凝土路面陸續(xù)出現(xiàn)了各種病害，嚴(yán)重影響了道路的正常運營，因此需要對這些道路的路面進(jìn)行改造。水泥混凝土路面改造有“白改白”和“白改黑”兩大類改造方式，具體選用哪種改造方式應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行抉擇。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車輛保有量的快速增加，特別是小轎車保有量的迅猛增長，對道路行駛舒適性要求提出了更高的要求。另外，由于水泥混凝土路面接縫多，且易于破壞；路面一旦出現(xiàn)破壞，維修較為困難；水泥混凝土路面的光、熱反射能力較大，容易造成駕駛員眼部疲勞，增加安全隱患等缺點。水泥混凝土路面改造大都選擇“白改黑”的改造方式。

水泥混凝土路面“白改黑”具體的改造方案應(yīng)根據(jù)水泥混凝土路面破損及彎沉情況，道路路基情況等綜合確定?？偟脕碚f，有以下兩類方法：（1）處治原混凝土板后加鋪瀝青面層；（2）破碎或挖除原有混凝土板后加鋪瀝青面層。下面結(jié)合徐州地區(qū)已改造道路的經(jīng)驗和教訓(xùn)，對這兩類方法作些介紹。

1 修復(fù)破損的水泥混凝土路面，加鋪瀝青混凝土面層

該方法主要利用現(xiàn)有混凝土面板的強度，以混凝土面板作為主要承重層。一般來說，這種方法較為節(jié)省投資，但也存在混凝土面板接縫容易反射至瀝青面層形成反射裂縫，加鋪層與原混凝土板間黏結(jié)較差這兩種主要病害，尤以反射裂縫最為嚴(yán)重，也最難處治。為減緩水泥板反射裂縫，通常有三大處理方案。

1.1 改善罩面層的厚度與性能

最有效的方法就是增加罩面層的厚度，根據(jù)相關(guān)研究，瀝青混凝土加鋪層厚度超過15 cm可以改變整個路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀況，減少溫度對老路混凝土板塊的影響，但增加厚度也意味著增加成本。另外，在加鋪層瀝青混合料的配比上，改變組成材料，優(yōu)化骨料級配，包括采用改性瀝青、橡膠瀝青來提高加鋪層的變形能力，添加一些添加劑來提高混合料的變形能力或者是強度。也可以采用瀝青含量比較高的混合料類型，比如SMA混合料。經(jīng)驗表明，由于瀝青用量比較高，所以抗反射裂縫的效果比較好。當(dāng)然，采用這種瀝青混凝土工程造價更高。成本過高是制約使用加厚瀝青混凝土面層這種方法的主要原因。

1.2 采用中間層

中間層分為兩種類型：一是高模量的夾層，例如玻纖格柵、聚酯纖維布等土工材料。由于材料模量比較高，抗拉強度高，加鋪在罩面下，在瀝青混凝土裂縫產(chǎn)生后與瀝青混凝土共同受力，可提高面層的抗拉強度，起到一定延緩反射裂縫的作用；但其在垂直方向上剛度很小，抗剪能力很弱。二是采用低模量的夾層，通常稱為應(yīng)力吸收薄膜夾層(SAM)。這種材料比較柔軟，變形能力很強，即使在較大的變形下仍然不會開裂，可以將水泥板受力不同而產(chǎn)生的一定位移、裂縫在這一層消散掉，就不會向加鋪層上反射。這種方法對夾層的施工要求較高，另外其實際使用效果有待觀察。

1.3 采用補強層

當(dāng)舊混凝土路面破損嚴(yán)重或道路的交通量尤其是重載交通量比較大時，在瀝青罩面層和處治后的混凝土路面之間增加一層基層。常用的方式是采用半剛性基層，以增加加鋪層的厚度，減少反射裂縫發(fā)生的幾率，并盡可能地降低造價。這種方式對老路水泥混凝土面板的處治要求不如以上兩種方式嚴(yán)格，施工速度較快，質(zhì)量易于控制，因此在路面改造工程中應(yīng)用得比較廣泛。但其防止、減緩反射裂縫的效果也不是十分理想，老混凝土面板的接縫、裂縫始終是隱患，特別是縱向接縫易在瀝青面層形成反射裂縫；同時路面加高過高，對沿線村鎮(zhèn)居民生產(chǎn)、生活均有不利影響。

徐州市三環(huán)南路（311國道）位于泉山、珠山山腳，巖層埋藏淺，地質(zhì)情況良好，路基穩(wěn)固；路面破損較少，總體PQI為89分，評定標(biāo)準(zhǔn)為良級。因此采用修復(fù)病害板塊，然后油毛氈貼縫，鋪筑應(yīng)力吸收層后加鋪瀝青混凝土的改造方法。鋪筑應(yīng)力吸收層之前徹底修復(fù)病害板塊：更換破碎板，修復(fù)或增設(shè)傳力桿及拉桿，修補和填封裂縫，磨平錯臺，壓漿填封板底脫空，清除舊混凝土面層表面的松散碎屑、油劑和輪胎擦痕，剔除接縫中失效的填縫料和雜物，并重新封縫。所有的縱縫及橫縫均采用油毛氈貼縫，整體加鋪一層2 cm厚改性瀝青吸收層，然后鋪筑12 cm的瀝青面層。經(jīng)過近3 a的運營，瀝青面層很少病害產(chǎn)生。但同樣的方法用在310國道徐州西段及104國道徐州北段水泥混凝土路面改造上，3 a內(nèi)瀝青面層便產(chǎn)生大量的裂縫。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)主要有以下兩個原因：一是因為這兩段道路通行重車較多，在重型荷載作用下，應(yīng)力吸收層失效；二是這兩段道路路基均為土基，地質(zhì)相對較差。

淮北市303省道水泥路改造采用了類似方法修復(fù)水泥混凝土面板，再滿鋪玻纖格柵，然后加鋪12 cm瀝青面層的方法。從使用效果來看，不到4 a路面即出現(xiàn)大量病害，其中以裂縫類為主。

徐州地區(qū)大部分水泥混凝土路面改造采用的是修復(fù)水泥板后加鋪水泥穩(wěn)定碎石及瀝青面層的方法。修復(fù)混凝板土?xí)r，采用混凝土更換破碎板，大面積的破碎板也可采用水穩(wěn)碎石修復(fù)，壓漿填封板底脫空。然后加鋪18 cm或20 cm水泥碎石及瀝青混凝土面層。該方法由于加鋪層較厚，使用時間較長，但也不能防止水泥板接縫反射至瀝青面層上，一般不超過6 a，瀝青面層就會出現(xiàn)較多反射裂縫，尤其是縱向裂縫（行車道和硬路肩之間縱向裂縫最為顯著）。

由此可以看出使用修復(fù)混凝土面板，加鋪面層的方法較難實現(xiàn)理想的改造目的。對于位于地質(zhì)條件較差，路基存在隱患的道路更需要謹(jǐn)慎選擇這類方法。

2 挖除或破碎舊水泥板加鋪基層及瀝青面層

在現(xiàn)行規(guī)范中，該類方法適用于水泥混凝土面板破損嚴(yán)重，板底脫空也很嚴(yán)重的道路大修改造。具體有以下幾種方法。

2.1 挖除舊水泥板加鋪基層及瀝青面層

挖除所有的舊水泥板，利用現(xiàn)有的路基及基層作為新鋪瀝青混凝土路面的路基及底基層，在其上鋪筑基層及瀝青面層。這種方法最為徹底，不存在反射裂縫的問題，且能夠較好地發(fā)現(xiàn)并處理老路路基的缺陷，同時可以降低加鋪后的路面高程。其主要缺點是挖除全部水泥板的社會負(fù)面影響較大，加鋪的基層厚度較大，投資較多。

2.2 破碎舊水泥板加鋪基層及瀝青面層

此種方法是將混凝土板破碎成小塊，用做新建路面的底基層或墊層，其上加鋪基層及瀝青面層。根據(jù)打裂破碎的方式，可分成兩種類型。

2.2.1 打裂壓穩(wěn)工藝（沖碾）

原理是將舊混凝土路面采用沖擊的方法進(jìn)行破碎，減小板塊的尺寸效應(yīng)，從而減少接縫處的位移，打碎以后碾壓，再加鋪基層和瀝青面層。工程經(jīng)驗表明，這種方式可以起到一定的延緩反射裂縫的作用。

2.2.2 碎石化(Rubblization)處理

采用多錘頭破碎機將水泥混凝土路面徹底破碎，消除原水泥混凝土路面病害，且碎石化后的粒徑合理，不會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使原水泥混凝土板塊在平面上強度分布均勻，還能保留原水泥混凝土路面的一定強度。破碎后，采用Z型壓路機進(jìn)行碾壓，消除脫空效應(yīng)，再加鋪基層與瀝青面層。該方法在國內(nèi)有推廣應(yīng)用的趨勢。

在該類方法中，打裂壓穩(wěn)工藝（沖碾）最為簡單，且投資相對較少。沖擊破碎后的水泥混凝土消除了脫空，但由于板塊較大，板塊之間的裂縫也較容易反射至瀝青面層。而且由于板塊之間縫隙較大，容易產(chǎn)生不均勻沉降等病害。碎石化方案較好地處理了這一問題，但由于碎石化噪音及振動較大，在城鎮(zhèn)等建筑物及人群密集路段不宜使用。另外，由于碎石化經(jīng)驗不足，較容易導(dǎo)致改造失敗。挖除所有的混凝土面板，處治老路路基及基層后，按照新建瀝青混凝土路面建設(shè)新路面能夠徹底解決混凝土反射裂縫問題，且施工方便，質(zhì)量易于保證。其主要問題是浪費較為嚴(yán)重，且廢棄混凝土面板容易造成環(huán)境污染。針對這一問題，可以購置一套混凝土板破碎回收設(shè)備，將挖出的混凝土板破碎、篩分，回收其中的碎石和石粉。為節(jié)省運費，可將破碎回收設(shè)備與半剛性材料拌和站安置在同一場地。這樣一套設(shè)備還可以用于粉碎建筑垃圾以生產(chǎn)免燒磚，也可以用于今后大面積的水泥混凝土農(nóng)村公路大修改造。

淮北市303省道水泥混凝土路面破損嚴(yán)重，采用了沖碾后加鋪36 cm水泥穩(wěn)定碎石基層及12 cm瀝青混凝土的改造方法，未超過5 a，路面產(chǎn)生了大量病害。而310國道邳州東段由于沿線穿經(jīng)城鎮(zhèn)較多，采用了挖除現(xiàn)有兩層混凝土板（共47 cm），然后加鋪了36 cm水泥穩(wěn)定碎石基層及12 cm瀝青混凝土，改造后5 a僅出現(xiàn)少量病害，而且主要是水穩(wěn)穩(wěn)定碎石裂縫導(dǎo)致的反射橫向裂縫。

3 結(jié)語

水泥混凝土路面“白改黑”改造方案的選擇主要依據(jù)老水泥路路基及路面破損情況而定。從水泥混凝土路面改造技術(shù)現(xiàn)狀來看，修復(fù)老路加鋪瀝青面層一直未能徹底解決反射裂縫問題。結(jié)合徐州及周邊地區(qū)水泥混凝土路面改造情況，建議采用碎石化或破碎挖除回收碎石的方法來改造水泥混凝土路面。

[1]JTG D40-2002，公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JTG D50-2006,公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范[S].

[3]蔣應(yīng)軍著.重載交通水泥混凝土路面[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社.

[4]王松根，等著.就水泥混凝土路面碎石化技術(shù)應(yīng)用指南[M].北京：人民交通出版社.

[5]廖衛(wèi)東，陳栓發(fā)，李祖仲著.改性瀝青混合料應(yīng)力吸收層材料特性與結(jié)構(gòu)行為[M].北京：科學(xué)出版社.