舊水泥混凝土路面維修改造技術(shù)分析與研究

蘇 華

中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司（430064）

舊水泥混凝土路面維修改造技術(shù)分析與研究

蘇 華

中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司（430064）

水泥混凝土路面由于交通量加劇以及重載車輛的反復(fù)作用，導(dǎo)致其出現(xiàn)不同程度的破損現(xiàn)象，因此，根據(jù)破損狀況及其周圍環(huán)境，亟需相應(yīng)的合理改造方案。這里以三里河水泥混凝土路為工程依托，通過(guò)統(tǒng)計(jì)其斷板率和測(cè)定其彎沉值，以此確定水泥混凝土路面的破損狀況，并分析病害成因，進(jìn)而提出加鋪瀝青路面的改造方案。

舊水泥混凝土路面；斷板率；彎沉；瀝青路面

目前，隨著早期建成的混凝土公路使用年限的不斷加劇，特別近些年來(lái)，由于交通量的急劇增加和重載交通的反復(fù)作用，使得混凝土路面出現(xiàn)不同程度的損壞，因此導(dǎo)致大量的水泥混凝土路面工程必須進(jìn)行綜合升級(jí)改造。本文以三里河路水泥混凝土路為工程背景，調(diào)查與分析水泥混凝土路面破損狀況以及破損形式，據(jù)此結(jié)合工程實(shí)際狀況，提出相應(yīng)的水泥混凝土路面改造方案[1-2]。

1 工程概況

三里河路路面改造工程?hào)|起于合安路，向西止于萬(wàn)佛路交叉口,道路全長(zhǎng)3 940 m。原道路等級(jí)為城市主干道1，設(shè)計(jì)車速60 km/h，路寬22 m，為水泥混凝土路面,路面結(jié)構(gòu)為:24 cm水泥混凝土+20 cm水泥穩(wěn)定碎石+50 cm天然砂礫。老路布置簡(jiǎn)易綠化帶和非機(jī)動(dòng)車道,路面具體布置情況為:機(jī)動(dòng)車道2×11.0 m,為雙向六車道,非機(jī)動(dòng)車道寬度為2×5.0 m,側(cè)分隔帶寬度為2×3.0 m，人行道寬度為2×6.0 m。

1.1 舊水泥混凝土路面破損狀況調(diào)查分析

隨著近些年來(lái)交通量不斷地增加，導(dǎo)致三里河路已出現(xiàn)病害，特別是道路南半幅路，由于重載車輛的不斷作用，導(dǎo)致本幅道路病害現(xiàn)象集中且損害十分嚴(yán)重。根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，混凝土路面破損主要分為:路面裂縫類和坑洞類。其中裂縫類病害主要有縱橫及斜向裂縫、角隅斷裂等；坑洞類病害主要有坑洞等。

此次改造設(shè)計(jì)對(duì)原道路的每一塊水泥板進(jìn)行病害調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，K0+000～K3+940原道路的機(jī)動(dòng)車道斷板率為20%，斷板率評(píng)價(jià)為差。

從DBL評(píng)價(jià)指標(biāo)可以看出，K0+000～K3+940全段道路水泥路面損壞程度較大，嚴(yán)重影響行車舒適度，三里河原道路綜合DBL評(píng)價(jià)為差，因此原道路全路段基本都需要換板或者作挖除處理。

表1 水泥混凝土路面損壞狀況評(píng)價(jià)表

1.2 舊水泥混凝土路面彎沉檢測(cè)

對(duì)三里河路全線的彎沉檢測(cè)采用貝克曼梁彎沉儀測(cè)量，按照檢測(cè)頻率布置要求全線共設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)10 145點(diǎn)。道路評(píng)價(jià)和路面承載能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表2和表3。

表2 三里河水泥混凝土路面承載能力評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表（彎沉值單位:0.01 mm）

表3 水泥混凝土路面承載能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

從板角彎沉檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，K0+000～K2+000路段板底脫空比例相對(duì)較大,占全部測(cè)點(diǎn)的45.96%和30.93%，需要進(jìn)行換板處理。全路段均存在板角脫空現(xiàn)象，因此全路段需要進(jìn)行注漿處理。

2 病害分析

針對(duì)上述調(diào)查分析，結(jié)合道路運(yùn)營(yíng)實(shí)際狀況發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致水泥混凝土路面病害的主要原因包含以下幾個(gè)方面:

1）水泥混凝土路面自身剛度較大，擴(kuò)散荷載能力強(qiáng)，但是由于其材料自身的變形能力有限、脆性大的特點(diǎn)，使得路面的變形適應(yīng)能力較差，面層與基層之間容易脫空，特別是由于脫空以及彎沉超標(biāo)等原因，使得路面結(jié)構(gòu)的整體剛度下降，承載能力明顯不足，路面發(fā)生嚴(yán)重破損，引起路面行車顛簸，導(dǎo)致行車不舒適。2）目前交通量急劇上漲，舊水泥混凝土路設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)交通量的增長(zhǎng)估計(jì)不足，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度與剛度均不滿足現(xiàn)行大交通量的實(shí)際發(fā)展需求。特別是由于本項(xiàng)目路段行駛著大量超載超重車輛，重載車長(zhǎng)時(shí)間的不斷反復(fù)加壓作用，同時(shí)由于存在相當(dāng)高的水平?jīng)_擊力，使得水泥板出現(xiàn)斷裂破壞。3）由于混凝土施工工藝控制不當(dāng)或者攪拌時(shí)間不夠，振搗不密實(shí)，拌合時(shí)混凝土組成材料溫度過(guò)高等原因的影響，導(dǎo)致水泥混凝土路面在冷卻硬化過(guò)程中會(huì)因溫差導(dǎo)致開(kāi)裂，那么使雨水可沿著縫隙滲入基層,在行車荷載作用下產(chǎn)生唧泥，同時(shí)相鄰塊之間產(chǎn)生抽吸作用，造成錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至面板脫空，當(dāng)受到的彎拉應(yīng)力大于混凝土板強(qiáng)度時(shí)，造成板塊斷裂。[3]

3 道路改造方案

3.1 加鋪瀝青層前舊水泥混凝土板處理

對(duì)于水泥混凝土路面的改造，根據(jù)舊水泥混凝土路面破損狀況的不同程度，提出對(duì)應(yīng)的路面改造方案。

①縫維修。對(duì)于破壞程度較小的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，水泥混凝土板塊上僅僅存在少量路面裂縫,無(wú)沉陷、坑槽、錯(cuò)臺(tái)等嚴(yán)重病害時(shí)，對(duì)路面裂縫進(jìn)行灌縫處理。對(duì)于寬度小于3 mm的表面裂縫，先進(jìn)行清縫，然后采用擴(kuò)縫后封縫膠灌縫處理，灌縫要飽滿。裂縫修補(bǔ)后，粘貼聚酯玻纖維布；對(duì)于寬度大于3 mm的裂縫以及貫穿全板的縱、橫縫,即視為斷板。

②局部修補(bǔ)。對(duì)于局部有輕微損壞，如局部破碎、橫向裂縫、斷角等病害的路段，采用以下處理方式:按照斷裂的大小確定切割范圍并且放樣，將其打成規(guī)則的垂直面，對(duì)原有鋼筋盡量保留全部，如若必須切除，則至少應(yīng)保留20～30 cm的鋼筋接頭;對(duì)于有缺陷的滑動(dòng)傳力桿，在澆筑新混凝土層之前應(yīng)加設(shè)傳立桿，然后在破壞處附近1 m處,橫向切除損壞混凝土面板，采用24 cm水泥混凝土恢復(fù)路面。

③脫空板處理。當(dāng)板塊單點(diǎn)彎沉值大于20（0.01 mm）時(shí)，需要對(duì)板底進(jìn)行注漿處理，對(duì)于單點(diǎn)彎沉值大于40（0.01 mm）的面板，則應(yīng)按照破碎板處理。板角脫空具體分析如下:板角彎沉≥40（0.01mm），認(rèn)為板底脫空，需要換板；20（0.01 mm）≤板角彎沉＜40（0.01 mm），板角脫空，必須注漿；板角彎沉＜20（0.01 mm），認(rèn)為板塊完好。

④破碎板塊處理。對(duì)于損壞嚴(yán)重的舊水泥混凝土面板,在施工前應(yīng)以壓路機(jī)對(duì)現(xiàn)狀路面進(jìn)行檢壓，以判斷路面是否出現(xiàn)脫空松動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)于脫空的混凝土面板，若其下基礎(chǔ)已破壞,則用水泥混凝土進(jìn)行澆筑調(diào)平，若基礎(chǔ)完整則保留原有的基礎(chǔ)；如若板塊出現(xiàn)大面積嚴(yán)重的破碎，甚至出現(xiàn)縱、橫向貫通斷裂，沉陷，錯(cuò)臺(tái)等病害，則首先利用小型鑿巖機(jī)或啄木鳥型破碎機(jī)破碎舊板（切忌采用沖擊破碎方法），其次將破碎后的舊板及時(shí)清運(yùn)，清掃基層表面松散顆粒及其他雜物,然后用24 cm水泥混凝土澆筑整個(gè)混凝土板塊，待新板混凝土終凝后在新舊板結(jié)合處切縱縫，橫縫與周圍舊板橫縫平齊,縫深不小于5 cm。原設(shè)計(jì)脹縫、施工縫等應(yīng)恢復(fù)。各種施工縫切完后要及時(shí)用高壓水沖洗干凈,待縫面干燥后再及時(shí)進(jìn)行填縫。[4-5]

3.2 加鋪瀝青層厚度的確定

根據(jù)三里河水泥混凝土路面破損狀況調(diào)查分析和承載能力分析發(fā)現(xiàn),本段道路路面破損嚴(yán)重，承載能力已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行交通量的要求，需要進(jìn)行升級(jí)改造處理。根據(jù)“白加黑”設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用加鋪瀝青路面的方案改造三里河舊水泥混凝土路面。

采用COE法確定瀝青加鋪層的厚度。美國(guó)陸軍工程師部隊(duì)基于瀝青加鋪層與混凝土加鋪設(shè)計(jì)等同的理論——補(bǔ)足厚度缺額，提出了舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層的經(jīng)驗(yàn)厚度設(shè)計(jì)公式:

其中:hd—基于現(xiàn)有地基承載能力和未來(lái)交通量，用新建混凝土路面的方案計(jì)算得到的混凝土單層面層厚度（cm）;hex—舊混凝土面層厚度；Cb—舊面層板的狀況系數(shù)；F—控制舊面層板在加鋪后裂縫的進(jìn)一步發(fā)展程度系數(shù),一般取值為0.6～1.0；A—混凝土層厚與瀝青層厚的當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，A=3.0。

本項(xiàng)目中hd取值為27 cm，hex取值為24 cm，且在加鋪瀝青之前，已經(jīng)針對(duì)不同損壞程度的水泥混凝土板進(jìn)行了處理，那么Cb=1，F(xiàn)=1.0。

根據(jù)上述加鋪瀝青經(jīng)驗(yàn)厚度公式可以計(jì)算得到: