水泥混凝土路面板脫空檢測和處治方法

□金龍

水泥混凝土路面是我國公路路面的主要形式，在我國的公路網(wǎng)中占有很大的比重。但是，我國路面基層的材料多為穩(wěn)定類集料，其模量遠小于混凝土板面層的模量，故水泥混凝土路面在重車荷載的重復(fù)作用下，基層將產(chǎn)生一定的塑性變形；或者由于溫度的影響，使得混凝土板產(chǎn)生撓曲變形，致使混凝土板局部范圍不再與路面基層保持連續(xù)的接觸。同時，當(dāng)路面板的接縫和裂縫未及時養(yǎng)護時，雨水從開縫處滲入，路面板下會形成積水，積水與基層材料中的細料形成泥漿，在車輛荷載的作用下，泥漿沿面板接縫處噴濺出來，使得基層材料破壞加大，這種現(xiàn)象使得路面板局部失去基層的支撐作用。在上述3種原因的綜合循環(huán)作用下，最終導(dǎo)致了路面板的破壞。

從上述分析可知，路面板底脫空是造成水泥混凝土路面破壞的一個重要原因，因此在水泥混凝土路面的改建工程中，如何處治舊水泥混凝土路面的脫空病害具有非常重要的意義。筆者結(jié)合合六葉高速公路改建工程和界阜蚌高速公路改建工程，對水泥混凝土板脫空病害處治的不同方法進行評價。

一、脫空檢測

1.脫空板確定方法

根據(jù)我國交通運輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（JTJ073.1-2001）規(guī)定，水泥混凝土路面板脫空位置的確定可以采用彎沉法。彎沉法是通過檢測板角和板邊彎沉值，當(dāng)所測試的彎沉值超過某一規(guī)定值時，即判定為脫空。

2.PFWD彎沉檢測

筆者所結(jié)合的項目都是采用彎沉測試的方法，利用便攜式落錘彎沉儀 PFWD檢測水泥混凝土板的板角彎沉值，歸納分析出彎沉的分布和變化規(guī)律，再根據(jù)混凝土板的表觀病害，初步判斷出水泥混凝土板脫空所對應(yīng)的彎沉，最后結(jié)合室內(nèi)三維有限元分析，確定脫空的位置和脫空深度。具體脫空指標(biāo)的確定方法如圖1所示。

圖1 脫空彎沉指標(biāo)確定

二、脫空處治方法研究

近年來，我國現(xiàn)有的水泥混凝土路面有相當(dāng)部分接近或超過設(shè)計年限，有的雖然還沒有達到設(shè)計年限，但由于交通量的劇增，汽車荷載日益加大以及超載等因素的影響，造成水泥混凝土路面出現(xiàn)大面積的脫空和裂縫等病害，大大降低了行車舒適性。

為了改善水泥混凝土路面性能，保證瀝青加鋪層的使用壽命，必須處理好水泥混凝土板底脫空病害。筆者依托于合六葉改建工程和界阜蚌改建工程，初擬了3種處治方案：壓漿處治；沖擊壓實；先注漿再沖擊壓實。

1.脫空處治方案施工工藝介紹

將檢測的彎沉數(shù)據(jù)與所確定的脫空彎沉控制指標(biāo)進行比照，判定出脫空的板塊和脫空位置。當(dāng)板塊存在脫空時，采用所擬定的處治方案進行脫空處治。

（1）壓漿處治技術(shù)。壓漿處治的流程包括鉆孔、清孔、配料、灌漿、堵孔及清掃等工序。壓漿處治過程中應(yīng)注意：①超車道和行車道壓漿的鉆孔位置需要根據(jù)實際的道路狀況、路面損壞情況做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。②為了達到自流灌滿的效果，必須選用適宜的外加劑，通過調(diào)整配比，使灌漿液達到要求的流動度且盡可能小的流動度損失。

（2）沖擊壓實處治技術(shù)。沖擊壓實多采用五邊形的重型沖擊壓路機。當(dāng)鋼輪滾動時，利用鋼輪輪面與路面的阻力作用，使輪軸反復(fù)抬升和落下，從而使鋼輪對路面產(chǎn)生沖擊力。沖擊壓路機在沖擊舊水泥混泥土路面板的同時，還將沖擊影響到路基以下，能檢查出舊路面的薄弱部位，消除舊水泥混凝土路面板下的脫空，并起到加固地基的作用。

根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，混凝土板在水平方向的約束越小，沖擊壓實效果越好。故在施工過程中沖壓設(shè)備的行駛路線為路肩、行車道、超車道。在沖壓過程中要注意每一遍的沖壓要有1/2的錯輪，以避免對同一點重復(fù)沖壓。

界阜蚌高速公路K334+000—K335+500路段，作為采用沖擊壓實方法處治水泥混凝土路面板底脫空的試驗段，初擬沖擊壓實遍數(shù)為10遍，在壓實處治過程中可根據(jù)道路的實際路況作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。界阜蚌高速K335+500—K337+000路段，作為采用灌漿并沖擊壓實方法處治水泥混凝土路面板底脫空的試驗段，為了較好地融合壓漿和沖擊壓實共同處治的效果，試驗段初擬壓漿后沖壓遍數(shù)為5遍。

三、處治方案對比分析

1.處治效果對比分析

利用前面所述的彎沉法檢測判定得出脫空的板塊和脫空的位置，對所檢測的彎沉數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出各試驗段的彎沉平均值和方差，以進行處治效果對比分析。各試驗段超車道（2、3號板角）、行車道（1、4號板角）（檢測板角編號如圖2所示）脫空處治前后彎沉信息見表1所列，彎沉值方差見表2所列。

表1 處治前后彎沉信息表

表2 處治前后彎沉值方差表

分析以上表中數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論。

（1）處治前，各板角的彎沉值都比較大，并且所計算出的方差也很大，說明各路段、各車道的路況差異性很大。彎沉檢測時發(fā)現(xiàn)，各路段、各車道基本上既有質(zhì)量很好還沒有產(chǎn)生病害的板塊，又有已發(fā)生斷裂類、嚴(yán)重錯臺類病害的板塊。

（2）壓漿處治后，各路段各車道的彎沉值都比較小，基本分布在10±3區(qū)間內(nèi)。并且，壓漿處治之后各路段各車道彎沉值的方差都很小，說明經(jīng)壓漿處治后，各路段的整體路況趨于一致。

壓漿處治方法是在不對原路面作出破壞的基礎(chǔ)上進行脫空處治的。檢測時發(fā)現(xiàn)，一次壓漿的平均合格率達到了88.67%，二次壓漿合格率達到了100%。同時，壓漿處治方法在有效減少了水泥混凝土板底與基層間空隙的基礎(chǔ)上，充分利用了老路的承載能力，提高了舊水泥混凝土路面作為基層的整體強度，滿足了改建加鋪的設(shè)計要求。

（3）沖擊壓實處治后，彎沉均值、方差普遍減小，但兩者仍然較大，檢測時發(fā)現(xiàn)有的單點彎沉值還會達到50，說明部分板塊仍然存在嚴(yán)重的脫空現(xiàn)象。

沖擊壓實處治之后，超車道的方差均值要小于行車道的方差均值，說明壓實后超車道的路面均勻性比行車道要好。通過分析發(fā)現(xiàn)，這一現(xiàn)象是由于沒有控制好壓實過程中的1/2錯輪，使得行車道的各個板角存在不同程度的多壓所導(dǎo)致的。

由于沖擊壓實的巨大沖擊波作用，使得路面存在一定程度的沉降，并且在路況相對較好的路段和各類病害嚴(yán)重的路段沉降量有較大的差異。從表2可以看出，處治后彎沉值方差仍然很大。上述兩點都充分說明了沖擊壓實后的路面是非常不均勻的，為此有必要進行路面均勻性修復(fù)，同時為了防止加鋪瀝青混凝土后反射裂縫的過早發(fā)展，必須采取防治反射裂縫的措施。

（4）從彎沉值和方差上都可以看出，灌漿并沖擊壓實處治效果明顯好于單沖擊壓實處治方法，特別是在路面均勻性方面，灌漿并沖擊壓實處治效果更加顯著。因此，灌漿并沖擊壓實處治之后，可以采用處治錯臺的方法進行路面均勻性的進一步修復(fù)，以保證加鋪瀝青混凝土罩面層的使用壽命。

灌漿并沖擊壓實處治方法是對灌漿處治脫空但可能不密實、沖擊處治脫空不徹底但能壓實兩種方法進行了互補，所以效果較好。但灌漿并沖擊的處治方法也會對灌漿處治較好并且密實的板塊，或是原有質(zhì)量較好的板塊進行破壞，使得板底產(chǎn)生裂紋，破壞了原板塊的整體性。

綜上所述，在處治效果方面，壓漿處治方法最優(yōu)，脫空處治最為徹底，灌漿并沖擊壓實處治方法次之，沖擊壓實處治方法最差。

2.處治進度對比分析

壓漿處治方案施工工藝簡單，但壓漿處治方案一般需要4～5天的養(yǎng)護時間，處治進度較慢。沖擊壓實處治方案屬于純機械處治方法，五邊形沖擊壓實機一般速度為8～10公里/小時，其處治進度在3種方案中最快。為了保證灌漿后有足夠的強度，以更好地融合灌漿和沖壓處治的效果，灌漿并壓實處治方案的養(yǎng)護時間更長。故該處治方案在3種方案中處治進度最慢。

3.處治方案經(jīng)濟性對比分析

作為一個水泥混凝土路面的改建工程，經(jīng)濟指標(biāo)是衡量工程方案是否可行的最關(guān)鍵指標(biāo)之一。通過試驗可進行如下比較：由于所處理的水泥混凝土板塊厚度都為25厘米，故可根據(jù)等厚度進行計算，根據(jù)本文所依托的在安徽省境內(nèi)的兩個改建項目，根據(jù)施工方的報價，壓漿處治方案價格為3.45元/平方米，沖擊壓實處治方案價格為5元/平方米，但若考慮到采取必要措施進行路面的均勻性修復(fù)時，改建成本則會成倍增加。而灌漿并沖擊壓實處治方案價格則更高，為9.6元/平方米。故在方案經(jīng)濟性方面，壓漿處治方案最為經(jīng)濟、適用。

四、結(jié)論

綜合前面的分析和數(shù)據(jù)可得出如下結(jié)論。

（1）壓漿處治方法能顯著減小彎沉值，減少脫空空隙，能很好地處治脫空病害。但由于施工的原因可能會出現(xiàn)壓漿不密實的情況。同時壓漿處治方法對于板塊總體脫空率不大于10%的水泥混凝土路面改建工程較為適用。

（2）沖擊壓實處治方法雖然能在一定程度上處治脫空病害，并且還能對路面、路基起到進一步壓實的作用，但其處治效果一般。同時由于其巨大的沖擊波作用，不但使得水泥混凝土板在底面產(chǎn)生了裂紋，破壞了原水泥混凝土板塊的整體性，而且還使得路面存在了不同程度的沉降，進一步加大了路面不均勻性，為此必須對沖擊壓實所遺留的病害進行進一步處理。沖擊壓實處治方法適用于全路段、大面積損壞水泥混凝土路面的加固。

（3）灌漿并沖壓處治方法在路面整體性和均勻性方面都明顯好于單沖擊壓實方法，在水泥路面板塊整體脫空嚴(yán)重、斷裂類病害較多時可以采用。

（4）綜合處治效果、處治進度和經(jīng)濟性對比分析可以看出，在水泥混凝土路面改建工程中，壓漿處治方案最優(yōu)。