地方公路水泥混凝土路面加鋪瀝青面層(白改黑)設(shè)計(jì)及施工常見(jiàn)問(wèn)題探討

(廣安市公路勘察設(shè)計(jì)院， 四川 廣安 638000）

0 前言

廣安市華鎣山脈石灰?guī)r豐富，水泥生產(chǎn)企業(yè)較多，在2010年前后，較多的地方公路采用了水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，公路運(yùn)輸業(yè)也進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期，舒適、美觀是新時(shí)期對(duì)地方公路提出的新要求。水泥混凝土路面由于反光強(qiáng)導(dǎo)致視覺(jué)效果差，板縫的存在導(dǎo)致舒適度差及易滲水，已經(jīng)不再適合如今的交通需要，為了進(jìn)一步提升公路的強(qiáng)度以及平整度，在公路表面加鋪瀝青層成為了既有水泥混凝土路面改造的主流。

1 “白改黑”的含義以及設(shè)計(jì)理念

“白改黑”就是指在原本的水泥混凝土路面加鋪瀝青面層，設(shè)計(jì)應(yīng)以充分利用原有水泥砼板高強(qiáng)度的特性為基礎(chǔ)，通過(guò)加鋪瀝青層來(lái)達(dá)到提升公路使用性能的作用，這種改造方式具有施工簡(jiǎn)單、改造成本低以及對(duì)交通及環(huán)境影響小的優(yōu)點(diǎn)。但由于水泥混凝土板對(duì)基底狀況敏感度高，在進(jìn)行水泥混凝土路面“白改黑”設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須對(duì)舊路面的狀況進(jìn)行較為細(xì)致的調(diào)查和評(píng)估，以確定最為合理的瀝青加鋪改造方式。

舊路狀況調(diào)查的主要內(nèi)容：①交通量調(diào)查，將通行車輛按《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》分為11類，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并結(jié)合交通量自動(dòng)觀測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定公路設(shè)計(jì)交通荷載等級(jí)。②病害調(diào)查，全路段逐板調(diào)查，記錄裂縫、錯(cuò)臺(tái)、斷角、斷板狀況，計(jì)算評(píng)定舊路破損率DR及路面破碎狀況指數(shù)PCI。③舊路彎沉檢測(cè)，重點(diǎn)對(duì)板縫明顯段落逐板進(jìn)行板角彎沉檢測(cè)，以判斷脫空和接縫傳荷能力。由于地方落錘式彎沉儀較少，也可采用5.4m貝克曼梁按主副點(diǎn)方式進(jìn)行彎沉檢測(cè)。④舊路結(jié)構(gòu)層狀況檢測(cè)，應(yīng)采用鉆孔深度大于路面結(jié)構(gòu)層厚度的鉆芯取樣機(jī)進(jìn)行，通過(guò)取芯樣判定原路結(jié)構(gòu)層厚度、完整度、強(qiáng)度等數(shù)據(jù)。 ⑤沿線其他病害狀況調(diào)查，重點(diǎn)調(diào)查邊溝排水、路肩垮塌、標(biāo)志牌、護(hù)欄等狀況⑥原路建設(shè)養(yǎng)護(hù)等資料查詢。

加鋪改造設(shè)計(jì)理念：病害分類處治，結(jié)構(gòu)寧填勿挖，材料回收利用。在實(shí)際工程中，由于施工、地理環(huán)境、交通狀況等因素的影響，病害類型往往相對(duì)分段集中，方案應(yīng)根據(jù)病害類型和程度分類分段確定。在一般情況下應(yīng)盡量不對(duì)既有路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)挖，通過(guò)增加結(jié)構(gòu)層總厚度提高路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少投資，并減少環(huán)境污染。在目前環(huán)保要求越來(lái)越高的新形勢(shì)下，應(yīng)對(duì)開(kāi)挖出的原路面結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行回收利用，原基層混合料破碎后可作為粒料類基層材料使用，原水泥砼板塊破碎后可作為穩(wěn)定類基層材料使用。

2 “白改黑”加鋪技術(shù)方案

“白改黑”的技術(shù)方案主要包括以下幾種：①碎石化技術(shù)，目前主要有多錘頭和共振破碎兩種方式，這種技術(shù)就是將混凝土板通過(guò)錘擊或振動(dòng)分解成碎塊，通過(guò)調(diào)整錘頭的落距或激振力來(lái)達(dá)到控制板塊碎裂程度的目的。使用壓路機(jī)壓實(shí)，直到將差異沉降程度滿足要求為止，這樣能夠比較徹底的解決反射裂縫。碎石化后舊路可直接加鋪瀝青層也可做為底基層使用。這種方案具有施工簡(jiǎn)單、工程量小以及工期短的特點(diǎn)。該方案一般適用于原砼板破損率達(dá)到15-20%及以上，舊路的評(píng)價(jià)等級(jí)為中等及以下修復(fù)成本較高時(shí)。②裂縫抑制技術(shù)，不挖除原有的路面，只是將其病害進(jìn)行適當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)保持原混凝土板塊狀態(tài)，通過(guò)設(shè)置抗裂卷材、應(yīng)力吸收層之后再進(jìn)行瀝青加鋪。該方案一般適用于原砼板破損率低于 15%以下，舊路評(píng)價(jià)等級(jí)為中、良及以上時(shí)。一般均需同步進(jìn)行脫空板注漿穩(wěn)固處理。裂縫抑制技術(shù)關(guān)鍵在于減少相鄰板變形位移差及提高接縫處面層抗拉強(qiáng)度以減小剪切應(yīng)力。由于高模量砼板接縫對(duì)軸重較敏感，該方案用于重載交通較多的重度交通等級(jí)道路時(shí)，裂縫抑制效果較差，需提高加鋪層厚度。③將原破損嚴(yán)重的水泥混凝土路面挖除，再對(duì)其進(jìn)行處理或補(bǔ)強(qiáng)，加鋪瀝青面層，從而達(dá)到“白改黑”的效果，這種方案具有工程量大、工期長(zhǎng)、施工成本高的特點(diǎn)，而且在挖除混凝土塊的過(guò)程中很容易就會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。一般僅用于路面高程受控制的居民聚集段、構(gòu)造物處。

3 “白改黑”施工中常見(jiàn)的問(wèn)題以及防治

3.1 路基沉降及水泥混凝土板脫空問(wèn)題和防止

路基沉降及面層混凝土板脫空是導(dǎo)致路面板斷裂損壞的主要直接原因。由沉降及脫空引起的斷板將導(dǎo)致路面出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)，車輛沖擊荷載顯著增大導(dǎo)致病害快速發(fā)展。因此路基沉降及混凝土面板脫空防治是施工關(guān)鍵。

路面出現(xiàn)沉降的原因大致為：①由于前期路基施工中路基填料及壓實(shí)質(zhì)量未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，空隙率較大，在荷載和水的作用下而發(fā)生自然密實(shí)沉降和局部孔洞沉陷。此類病害一般表現(xiàn)為路面起伏。②路面、基層、底基層、路床土基由于水進(jìn)入，在車輛動(dòng)荷載下反復(fù)出現(xiàn)泵吸，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層材料流失出現(xiàn)脫空而沉降。此類病害主要表現(xiàn)為以板接縫為邊界出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)沉降。針對(duì)①類因存在存在明顯空隙，則采取注漿方式對(duì)路基進(jìn)行穩(wěn)定，注漿深度應(yīng)大于路基工作區(qū)，注漿材料可采用水泥漿或地聚合物漿液。針對(duì)②類因面層材料缺失，則采用換填調(diào)平處理。施工中往往容易忽略路基沉陷病害的處理，路面病害調(diào)查時(shí)應(yīng)結(jié)合一定的鉆探取樣查看。

混凝土面板下承層材料在泵吸作用下雖有一定流失而脫空，由于面板厚度足夠，能抵抗車輛荷載引起的彎曲變形而不發(fā)生斷裂。當(dāng)水泥混凝土面板斷板病害較少，直接加鋪瀝青面層時(shí)，設(shè)計(jì)及施工較易忽略的是面板的脫空處理。也是部分白改黑項(xiàng)目接縫映射普遍的原因之一。根據(jù)模擬計(jì)算，25cm厚彎拉強(qiáng)度4.5MPa的5x4m面板最大變形量可接近4mm而不發(fā)生斷裂，故脫空板接縫處的彎曲變形會(huì)迅速導(dǎo)致瀝青混凝土面層疲勞開(kāi)裂。目前脫空處理依然以鉆孔注漿方式為主。實(shí)際施工中較難控制的是脫空的判定及注漿質(zhì)量的控制。脫空的判定多采用人工觀察法結(jié)合彎沉測(cè)定法來(lái)確定。人工觀察法是通過(guò)觀察接縫、裂縫、唧泥、車輛通過(guò)后的位移等情況初步判定脫空。目測(cè)不能明顯判定時(shí)可采用主副點(diǎn)法彎沉檢測(cè)，當(dāng)主點(diǎn)彎沉大于0.2mm或差異彎沉（主點(diǎn)-副點(diǎn)）大于0.06mm的，均認(rèn)為板底可能出現(xiàn)脫空。注漿質(zhì)量控制，主要以改善漿液配合比，使其流動(dòng)度不大于20s、泌水率不大于0.4%、膨脹率0.02%、強(qiáng)度不小于5MPa。注漿效果最終以彎沉檢測(cè)評(píng)價(jià)，必要時(shí)應(yīng)多次注漿。

3.2 反射裂縫的防治

增加瀝青面層厚度也可抑制裂縫，但性價(jià)比較低，對(duì)于地方公路需增加投入較多。因此地方公路主要應(yīng)以接縫部位的處理和改善加鋪瀝青層性能來(lái)防治反射裂縫。瀝青加鋪層可采橡膠改性瀝青，以此增強(qiáng)瀝青混合料的抗裂縫效果。接縫處除脫空處理外還需設(shè)置高性能的抗裂貼卷材，以分散應(yīng)力和防水；交通等級(jí)達(dá)到重度及以上時(shí)可設(shè)置橡膠瀝青應(yīng)力吸收層，這種吸收層具有控制裂縫擴(kuò)展效果好的特點(diǎn)，同時(shí)因?yàn)槠湔w結(jié)構(gòu)較為嚴(yán)密，能夠有效的防水。

3.3 水損害的問(wèn)題以及防治

地面水能夠通過(guò)裂縫以及反射裂縫流入基層及路基內(nèi)，下滲水在水泥混凝土剛性板與車輛瞬間動(dòng)荷載作用下形成高壓與負(fù)壓反復(fù)轉(zhuǎn)換的泵吸效果特別明顯，是形成板脫空的直接原因。為了減少水對(duì)公路造成的破壞，最為有效的方式是提高接縫的抗?jié)B能力，對(duì)原板接縫及裂縫進(jìn)行清縫和灌填封。接縫填縫材料應(yīng)選用與混凝土接縫槽壁粘結(jié)力強(qiáng)、回彈性好、適應(yīng)混凝土板收縮、耐老化的材料。常溫施工式填縫料主要有聚（氨）酯、硅樹(shù)脂類、氯丁橡膠、瀝青橡膠類等。加熱施工式填縫料主要有瀝青瑪蹄脂類、聚氯乙烯膠泥類、改性瀝青類等。應(yīng)使用樹(shù)脂類、橡膠類或改性瀝青類填縫材料，并宜在填縫料中加入耐老化劑。

4 “白改黑”工程的實(shí)例分析

廣安地區(qū)白改黑項(xiàng)目最早于2004年開(kāi)始。2004-2008年期間主要針對(duì)城區(qū)的部分主要市政水泥混凝土道路進(jìn)行黑化，黑化采用修復(fù)水泥混凝土板后整體加鋪4cmAC-13瀝青層，部分路段接縫處鋪設(shè)玻璃纖維格柵寬50cm，大部分接縫未設(shè)置格柵或僅設(shè)置強(qiáng)度較差的土工布。從裂縫反射情況看，各道路差異較大，有的幾個(gè)月就出現(xiàn)裂縫，有的3-5年后才出現(xiàn)，部分主要道路部分路段目前也未出現(xiàn)較多裂縫。結(jié)合交通狀況、原路狀況、施工質(zhì)量情況分析，裂縫出現(xiàn)時(shí)間與原砼路面狀況和通行車輛荷載相關(guān)性較大，裂縫嚴(yán)重程度與加鋪層施工質(zhì)量有較大的相關(guān)性。以金安大道為例，金安大道上段無(wú)貨車通行，目前多以細(xì)小裂縫為主，部分段落無(wú)裂縫。金安大道下段為貨車過(guò)城區(qū)道路，存在較多貨車，黑化后裂縫反射十分明顯，已在2014進(jìn)行了一次路面大修。相鄰的平安大道于2012年左右進(jìn)行了黑化，僅對(duì)病害板處治后加鋪4cm瀝青面層，未對(duì)接縫處理。其面層瀝青混合料存在明顯油石比偏低，目前所有板接縫均出現(xiàn)明顯裂縫，且裂縫處瀝青層剝落情況較明顯。2009年至2014年期間分別在G318花橋場(chǎng)鎮(zhèn)、小平故里路道路改造中采用白加黑方式對(duì)路面進(jìn)行黑化，采用25cm砼板修復(fù)后整體加鋪7cm瀝青面層，為提高原砼板的抗變形能力，重點(diǎn)加強(qiáng)了修復(fù)砼板與原板間連接傳力鋼筋的設(shè)置和接縫抗裂貼的使用。后期使用效果較為理想，修復(fù)部分裂縫得到了較好的抑制。2013年S203華鎣境內(nèi)段采用25cm砼修復(fù)板加鋪1cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層再鋪筑9cm雙瀝青面層。由于該路存在重載運(yùn)輸車輛，目前板縫映射較嚴(yán)重，根據(jù)鉆孔取樣情況，部分裂縫并未貫穿整個(gè)瀝青下面層，主要出現(xiàn)在中上部。根據(jù)工程實(shí)例接縫抗裂貼及應(yīng)力吸收層抗變形能力較好，對(duì)抑制裂縫有一定作用，但砼板的變形較大時(shí)同樣可導(dǎo)致面層較早出現(xiàn)反射裂縫，因此提高砼板穩(wěn)定減少豎向變形更能有效的抑制裂縫。

2008-2014年期間主要針對(duì)國(guó)省縣道公路進(jìn)行路面黑化改造，改造以非場(chǎng)鎮(zhèn)段破碎整體加鋪結(jié)構(gòu)層為主，場(chǎng)鎮(zhèn)段以修復(fù)水泥混凝土圖板的白加黑為輔助。其中S304趙家橋至八一橋段在2008年左右，對(duì)原水泥砼路面采用藍(lán)派預(yù)裂穩(wěn)固后加鋪水泥穩(wěn)定碎石補(bǔ)強(qiáng)層后加鋪瀝青面層。由于原水泥砼面板斷板沉陷較嚴(yán)重，沖擊預(yù)裂尺寸普遍較大，因基層破壞嚴(yán)重穩(wěn)固效果較差，加鋪層20-25cm水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)偏薄無(wú)法滿足碎石材料運(yùn)輸?shù)男枨?，?dǎo)致道路使用2年后出現(xiàn)大面積破損，水泥穩(wěn)定碎石層出現(xiàn)大量裂縫。2013年天池至石林公路采用對(duì)原砼板多錘頭碎石化處理加鋪水泥穩(wěn)定碎石基層20（34）cm及10cm雙瀝青面層，重載交通較多段水穩(wěn)碎石基層厚34cm。截止目前使用效果較好，幾乎未見(jiàn)裂縫病害。雖原水泥砼碎斷板破碎病害較多，但由于基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好，多錘頭破碎施工質(zhì)量基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，路面結(jié)構(gòu)厚度符合交通需求，故使用效果較好。因此在采用碎石化方案時(shí)應(yīng)結(jié)合原路基層狀況及通行車輛狀況，正確的確定舊路碎石化后強(qiáng)度，讓路面結(jié)構(gòu)組合滿足交通要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，“白改黑”施工技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了公路改造中，通過(guò)不同病害和路況的不同處治方法，通過(guò)多種方法并行來(lái)抑制裂縫反射，提高路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)舊公路的改造，不但能夠大幅度提升公路的使用性能，同時(shí)還增加了公路的使用壽命，有效的改善了公路中出現(xiàn)的各種病害問(wèn)題。

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