公路水泥混凝土路面常用處治技術(shù)研究

何 巖侯墨記

（1.許昌市公路管理局，河南 許昌 461000；2.許昌華杰公路勘察設(shè)計有限責(zé)任公司，河南 許昌 461000）

公路水泥混凝土路面常用處治技術(shù)研究

何 巖1侯墨記2

（1.許昌市公路管理局，河南 許昌 461000；2.許昌華杰公路勘察設(shè)計有限責(zé)任公司，河南 許昌 461000）

根據(jù)水泥混凝土路面病害的發(fā)展情況，路面處治技術(shù)可分為局部修復(fù)和鋪設(shè)加鋪層。本文通過不同等級公路路面狀況評定，分別采用不同處治方式。并通過工程實踐，分析各種處治方式的使用范圍及優(yōu)缺點。

水泥混凝土路面；修復(fù)；破碎；加鋪

水泥路面經(jīng)過一定的使用期后，受交通荷載及外界因素的影響，使用性能會越來越低，影響到行車的舒適性，路面破損嚴(yán)重時，甚至?xí)π熊嚢踩斐赏{。這時就需要對舊路采取合適的處治措施使其路面性能恢復(fù)到較高的標(biāo)準(zhǔn)，以期為道路使用者營造一個安全舒適的行車環(huán)境。如何針對路面評價結(jié)果選取最合理的處治方案是道路建設(shè)者最為關(guān)心的問題，合理的方案可以以經(jīng)濟(jì)的投入得到相對較優(yōu)的效果。本文將介紹幾種處治措施并對這幾種措施進(jìn)行對比，確定最為經(jīng)濟(jì)合理的處治方案，為舊水泥混凝土路面改造方案的制定提供依據(jù)［1,2］。

1 局部修復(fù)

1.1 適用范圍

當(dāng)高速公路及一級公路的路面損壞狀況評定為優(yōu)和良，或者二級和二級以下公路的路面損壞狀況評定為中和中以上時，可采用局部修復(fù)進(jìn)行處治。

1.2 常見處治措施

局部修復(fù)是指對路面進(jìn)行一些修補(bǔ)以恢復(fù)其結(jié)構(gòu)性能與行駛性能，并減緩這些病害的進(jìn)一步發(fā)展。針對裂縫、破碎板、板角斷裂、錯臺等幾種常見病害的處治措施如下：

1.2.1 裂縫處治技術(shù)

混凝土路面的裂縫情況比較復(fù)雜，修補(bǔ)時都是根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施。對于輕度裂縫，如果裂縫還未在路面上貫通，原則上可不處理，如果裂縫已經(jīng)貫通，必須采用灌縫或封縫處理；對于中等裂縫，必須采取板底壓漿、沿縫開槽、再灌入填縫料；對于重度裂縫，必須采取板底壓漿、沿縫開槽、灌注填料，有些較嚴(yán)重的應(yīng)采取局部換板修補(bǔ)。

常用的灌縫材料有環(huán)氧樹脂類、聚氨酯與改性聚氨酯類、烯類及瀝青橡膠類。環(huán)氧樹脂類灌縫材料有耐熱、活性高、內(nèi)聚力高、黏附力強(qiáng)，收縮率較低等優(yōu)點，但它本身延伸率低，脆性大，因此需對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，加入低分子液體改性劑、增柔劑、增韌劑等；聚氨酯類灌縫材料耐振動性和抗疲勞性好，且耐低溫性能比其他有機(jī)類膠粘材料都好，并具有高度的極性和活潑性，對水泥混凝土具有極高的黏附性，聚氨酯固化時幾乎沒有任何副產(chǎn)物產(chǎn)生，因此不會產(chǎn)生膠接層缺陷；烯類灌縫材料主要采用烯類聚合物配制而成，主要類型有氰基丙烯酸膠黏劑、（甲基）丙烯酸酷樹酷膠粘劑、聚醋酸乙烯乳液膠黏劑。

1.2.2 破碎板處治技術(shù)

采取換板方式處理水泥混凝土路面嚴(yán)重破碎板，即挖除整塊破碎板，然后澆筑水泥混凝土，板厚與原面板厚度一致，但一般不宜小于24cm，否則可采用鋼筋混凝土進(jìn)行修復(fù)。對于需要快速處理的路面，可采用快速修補(bǔ)材料，比如早強(qiáng)型混凝土等。

1.2.3 板角斷裂處治技術(shù)

板角斷裂應(yīng)采用局部修補(bǔ)方式，即對板角斷裂部分鑿除成正方形或矩形，在原板壁上加裝傳力桿后，在鑿除位置澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，方可開放交通。

1.2.4 錯臺處治技術(shù)

對出現(xiàn)錯臺的板塊，先采用壓漿調(diào)整，恢復(fù)平順，調(diào)整后仍有高差，且錯臺量小于10mm，可用建筑磨平機(jī)打磨掉高出的部分或人工鑿除高出部分，鑿除（打磨）寬度一般為10~30cm。錯臺量大于10mm的，在低的一側(cè)用瀝青砂或細(xì)粒式瀝青碎石襯平，也可用聚合物水泥砂漿薄層修補(bǔ)。修補(bǔ)前應(yīng)用鋼絲刷將原路面清理干凈。

1.2.5 非結(jié)構(gòu)性病害處治技術(shù)

大面積麻面、露骨、平整度差等非結(jié)構(gòu)性病害，常采用瀝青混凝土罩面處理，處理厚度應(yīng)大于2.5cm，施工應(yīng)滿足《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求，罩面前要對破碎板及整個路面進(jìn)行修補(bǔ)和壓漿處理。一般的麻面可不作處理，只對露骨嚴(yán)重部分作整段處理，可用聚合物砂漿作薄層處理，其配合比為水泥：砂=1：2，用J6型膠液拌和至均勻稠度，在清洗干凈的混凝土表面涂上IV型超早強(qiáng)界面劑，待稍干后，將聚合物砂漿均勻攤鋪在路面上，厚度在15mm以下，抹平、整形、拉紋、養(yǎng)生8h即可開放交通。

1.3 該方式優(yōu)缺點

局部修復(fù)具有造價較低，周期較短的優(yōu)點。但該方式由于僅僅適用于原路面破損較輕的情況，并且修復(fù)后不久又會出現(xiàn)新的病害，不能從根本上解決問題。

2 直接加鋪

直接加鋪是指對原路面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)后，并根據(jù)需要鋪設(shè)一定厚度的夾層，然后直接在原路面上加鋪新面層。

2.1 適用范圍

當(dāng)高速公路及一級公路的路面損壞狀況評定為中和中以下，或者二級和二級以下公路的路面損壞狀況評定為次和次以下時，可采用鋪設(shè)加鋪層的方案。

2.2 常見處治方式

在加鋪前要對原路面進(jìn)行必要的補(bǔ)強(qiáng)，主要包括更換破損較嚴(yán)重的破碎板、修補(bǔ)接縫和裂縫、脫空板灌漿、整平錯臺等。補(bǔ)強(qiáng)后，要控制接縫兩側(cè)的彎沉值不超過0.2mm，彎沉差不超過0.06mm，并清理補(bǔ)強(qiáng)后的路面。清理過后，為了減少加鋪后瀝青面層的反射裂縫，需要在清理過的原路面上鋪設(shè)夾層，設(shè)置夾層可以使瀝青加鋪層底面的應(yīng)力或應(yīng)變因離開應(yīng)力集中的接縫（或裂縫）端部而降低，同時也可改變加鋪層結(jié)構(gòu)（包括夾層在內(nèi)）的抗拉和抗剪能力。迄今所采用的夾層種類很多，可分為三大類。

2.2.1 橡膠瀝青應(yīng)力吸收夾層

這是一種高彈性低勁度的軟夾層，厚度為10~50mm，模量為10~100MPa。其作用為降低舊面層與加鋪層之間的黏附阻力，使二者易于蠕動、滑移，從而減少溫度下降引起的反射裂縫。同時，由于隔開了接縫（或裂縫）端部，它可以降低加鋪層底面的載荷能力。但根據(jù)Francken的分析，軟夾層對距底面3~5mm以上的加鋪層，以及位于接縫（或裂縫）之間的加鋪層內(nèi)的承載能力具有不良影響，使其應(yīng)力和應(yīng)變比不設(shè)夾層時反而增大。

2.2.2 土工織物夾層

包括聚丙烯或聚酯織物和聚乙烯、聚丙烯或聚酯無紡織物。無紡織物厚度為0.4~4mm，模量為10~60MPa，臨界應(yīng)力為5~20MPa；織物的厚度較薄些，為0.4~0.7mm，模量則高些，為40~150MPa，臨界應(yīng)力為40~140MPa。無紡織物夾層的主要作用與橡膠瀝青應(yīng)力吸收夾層相似；而織物由于模量稍高，可對加鋪層起少量的加筋作用。

2.2.3 格柵

包括聚丙烯或聚酯土工格柵、玻璃格柵和金屬格柵。土工格柵的厚度一般為0.8~11mm，模量為900~ 2500MPa，臨界應(yīng)力和應(yīng)變與織物相近。金屬格柵的厚度為2~4mm，其模量可達(dá)到8000~10000MPa。剛度大的夾層對于降低加鋪層內(nèi)因溫度下降而引起的應(yīng)力和應(yīng)變的作用不如軟夾層，但對于降低荷載產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變的作用則遠(yuǎn)大于軟夾層，采用復(fù)合式夾層（下層為應(yīng)力吸收層，上層為金屬格柵），雖然可以像軟夾層那樣減少溫度引起的反射裂縫，但仍保留了軟夾層不能降低加鋪層荷載應(yīng)力的缺點。

2.3 鋪筑夾層注意事項

在鋪筑各種夾層前，應(yīng)對損壞的面層進(jìn)行修復(fù)，并填封所有的接縫和裂縫，需要時鋪筑調(diào)平層。夾層鋪筑在加鋪層的底面，要使格柵和織物在加鋪層底面開裂后能起承擔(dān)較大彎矩的作用，夾層應(yīng)與舊面層底面有良好的黏結(jié)，并與加鋪層底面的瀝青混合料黏附牢（織物）或緊密結(jié)合（格柵）。為此，在鋪設(shè)土工織物或土工格柵時，應(yīng)先在舊面層表面灑布粘層油；而在鋪設(shè)金屬格柵時，先在舊路層表面灑布稀漿封層（或者將格柵釘在舊面層上），使夾層在舊面層和加鋪層接口處具有抗剪切滑移的能力，并使夾層具有抵抗向上位移的能力。鋪設(shè)時，夾層材料必須密貼在舊面層表面，不能出現(xiàn)任何皺起或含有氣泡，否則，加鋪層在開放交通后會很快出現(xiàn)裂縫和坑洞等損壞。

2.4 該方式優(yōu)缺點

這種方法的優(yōu)點是施工方便且能充分利用原路面的承載力，造價低，工期短；缺點是更換的新面板養(yǎng)護(hù)周期長，而且夾層僅能防止因溫度收縮引起的水平位移所產(chǎn)生的開裂，而對荷載作用下產(chǎn)生的豎向相對位移就顯得不足，不能完全擬制反射裂縫。

3 破碎后加鋪

3.1 適用范圍

該方式的使用范圍與直接加鋪的適用范圍一致，在路面破損較嚴(yán)重時使用。

3.2 常見處治方式

破碎后加鋪是20世紀(jì)80年代初在美國發(fā)展起來的，我國于21世紀(jì)初引進(jìn)了這種技術(shù)，相比較傳統(tǒng)的處置方法，該技術(shù)可以明顯地減少瀝青加鋪層的反射裂縫。目前最常用的破碎方式有多錘頭碎石化、打裂壓穩(wěn)和沖擊壓實等。

3.2.1 多錘頭碎石化

多錘頭碎石化技術(shù)是采用多錘頭破碎機(jī)（MHB）將水泥混凝土路面面板打碎，控制碎塊粒徑上層不超過7.5cm，中層不超過22.5cm，下層不超過37.5cm，經(jīng)碾壓并灑布乳化瀝青后，上部形成一個平整面，下部形成嵌擠結(jié)構(gòu)，為加鋪層提供一個均勻的基層。碎石化用到的機(jī)械主要有多錘頭破碎機(jī)（MHB）、Z型鋼輪壓路機(jī)和振動鋼輪壓路機(jī)。

多錘頭破碎機(jī)（MHB）尾部配有8對質(zhì)量介于450~ 550kg的重錘，每對重錘都配有一套液壓提升系統(tǒng)，破碎時按一定規(guī)律落下，重錘下落時可產(chǎn)生1.38~11.2kJ的沖擊能。MHB設(shè)備的工作寬度可以通過調(diào)節(jié)落錘數(shù)在0.45~4m之間調(diào)節(jié)，落錘高度可以在0.8m~1.3m之間調(diào)節(jié)，落錘頻率以及機(jī)械的行走速度都可以在一定范圍內(nèi)控制。Z型鋼輪壓路機(jī)是一種鋼輪表面有Z型紋理的振動式壓路機(jī)，最小質(zhì)量不得低于8t，作用是碾壓破碎的路面，有利于表面平整。振動鋼輪壓路機(jī)為單振動輪、自裝備動力，最小質(zhì)量不小于14t，在Z型壓路機(jī)作業(yè)之后進(jìn)一步壓實破碎的水泥混凝土路面。多錘頭破碎機(jī)（MHB）和Z型鋼輪壓路機(jī)如圖3-1和圖3-2所示：

多錘頭碎石化的重錘作用時，水泥混凝土面板對能量的吸收是從上到下逐漸變?nèi)醯?，因而破碎后的顆粒粒徑沿深度方向遞增，基于此，可以將破碎后的路面簡化為松散層、碎石化層上部和碎石化層下部。如圖3.3所示：

松散層位于水泥混凝土表面，吸收能量最充足，水泥混凝土板通常碎裂成片狀顆粒，難以形成嵌擠結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性差，因而通常要在松散層灑布乳化瀝青以防水泥混凝土顆粒的滑移，并加強(qiáng)其與下面層次的連接。碎石化層上部和碎石化層下部是比較穩(wěn)定的層次，破碎后的粒徑較大，類似于骨架—空隙結(jié)構(gòu)，顆粒之間相互嵌擠形成強(qiáng)度。

以下情況不推薦采用碎石化技術(shù)：

①路段中有擋墻、橋梁、涵洞等承載能力不足，無法承受碎石化設(shè)備的荷載及振動的影響，需加固的路段。

②距離公路5米以內(nèi)存在敏感建筑或設(shè)備，不能承受破碎設(shè)備引起的振動的路段。

③受凈空限制不能加鋪的路段。

3.2.2 打裂壓穩(wěn)

打裂壓穩(wěn)是利用門板式破碎機(jī)（CS）將水泥混凝土路面每隔0.3~0.6m橫向打裂，使75%以上的路面不規(guī)則開裂，相鄰裂縫圍成的面積約為0.4m2~0.6m2，再經(jīng)膠輪壓路機(jī)碾壓后直接作為加鋪結(jié)構(gòu)的基層或底基層。打裂壓穩(wěn)的設(shè)備主要有門板式破碎機(jī)和膠輪壓路機(jī)。

門板式破碎機(jī)尾部配備有尺寸為2.5m×1.3m（寬度×高度）的門板式打裂錘，錘頭重5t，打裂錘在一定高度自由落體將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，作用在水泥混凝土路面上使其開裂。CS設(shè)備的落錘高度可以在1.1~1.3m之間調(diào)節(jié)，錘頭間距不宜大于0.6m，以適應(yīng)各種破碎需求。膠輪壓路機(jī)的質(zhì)量不應(yīng)低于25t，低于25t時宜增加壓實次數(shù)，直到達(dá)到規(guī)定要求。門板式破碎機(jī)和膠輪壓路機(jī)如圖3.4和圖3.5所示：

經(jīng)門板式破碎機(jī)打裂的路面會形成一系列與板厚方向成一定角度的斜縫，再經(jīng)壓路機(jī)碾壓，使破碎后的水泥混凝土塊體更好地嵌擠在一起。

以下情況不推薦采用門板式打裂壓穩(wěn)技術(shù)：

①原路面板塊破損嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積沉陷，路面起伏大時不能使用打裂壓穩(wěn)。

②距離公路7m以內(nèi)存在敏感建筑或設(shè)備，不能承受打裂設(shè)備引起的振動的路段。

③受凈空限制不能加鋪的路段。

3.2.3 沖擊壓實

沖擊壓實是利用多邊形鋼輪行走時的反復(fù)升落產(chǎn)生巨大的沖擊能量作用于地面，使路面在破碎的同時被夯實穩(wěn)固到基層上的一種破碎技術(shù)。早期主要用于消除濕陷性黃土的濕陷性、降低土的壓縮性和提高地基強(qiáng)度等方面，近年來逐漸開始應(yīng)用于舊水泥混凝土路面修復(fù)，并取得了可觀的工程效果。

沖擊壓實機(jī)種類有很多，按鋼輪數(shù)可分為單輪式和雙輪式，按鋼輪形狀可分為三角形、四邊形、五邊形等，應(yīng)根據(jù)地基情況以及要求的壓實效果選擇不同沖擊能量的機(jī)器。最常用的是雙輪三角形和雙輪五邊形的沖擊壓實機(jī)。

沖擊壓實作業(yè)時，牽引車帶動鋼輪反復(fù)沖擊地面，相鄰兩次沖擊地面可以看作一個工作周期，每個工作周期分為三個階段：重心上升階段，重心下降階段，沖擊地面階段如圖6所示。

一般情況下，舊水泥混凝土路面經(jīng)沖擊壓實5~10遍就會產(chǎn)生紋裂的效果，10~20遍可使舊水泥混凝土路面產(chǎn)生破裂穩(wěn)固的效果；20遍以上，舊水泥混凝土路面將趨于破碎。但在實際施工過程中，不同路段的路面路基的具體情況以及土基的類型是有區(qū)別的，因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)破碎需求以及路段具體狀況，通過試驗段來確定沖壓變數(shù)。

以下情況不推薦采用沖擊壓實技術(shù)：

①道路附近存在高于0.8m的擋墻或護(hù)墻。

②路面下有軟土或路基含水率過大時，應(yīng)慎重考慮。

③舊水泥路面上覆蓋有柔性面層。

3.3 該方式優(yōu)缺點

破碎后加鋪的方法優(yōu)點是基本上可以避免反射裂縫的產(chǎn)生，路面的使用壽命大幅度提高；缺點是造價偏高，工期相對較長，且對周邊環(huán)境有一定的影響。

4 結(jié)語

綜合分析了局部修復(fù)、直接加鋪和破碎后加鋪三種路面處治方法以及不同破碎方式的適用條件、各自特點，為舊水泥混凝土路面處治方式的選擇奠定了基礎(chǔ)。

［1］JTG H20-2007.公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］李昌鑄，盧鐵瑞，劉月蓮，等.水泥混凝土路面再生利用關(guān)鍵技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2010.

Research on the Common Treatment Techniquesof Highway Cement Concrete Pavement

He Yan1Hou MoJi2
（1 XuchangHighway Administration Bureau,Xuchang Henan 461000;2 XuchangHuajie Highway Survey and Design Co.,Ltd.Xuchang Henan 461000）

According to the developmentof disease in cement concrete pavement,pavement treatment technology can be divided into local repair and laying ofpaving layer.Through different levelsofpavement condition assessment,dif?ferent treatmentmethods are adopted.Through engineering practice,analysis of the use of various treatmentmethods and the advantagesand disadvantagesare carried out.

cementconcrete pavement;repair;crushing;overlay

TU201

A

1003-5168（2015）06-0083-4

2015-6-2

何巖（1989.8-）男，本科,助理工程師，研究方向:項目管理。