高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造關(guān)鍵技術(shù)探討

楊志堅

摘要：文章結(jié)合桂林繞城高速公路靈川至僚田段水泥混凝土路面“白加黑”改造工程，從舊水泥面板處治、剛?cè)嵝越缑娴奶幚?、反射裂縫的防治、薄層罩面抗車轍等方面出發(fā)，探討了“白加黑”改造的關(guān)鍵技術(shù)，以期為類似項目提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路;水泥混凝土路面;“白加黑”改造;質(zhì)量控制

Combining the “White Plus Black” reconstruction project of cement concrete pavement for LingchuanLiaotian section of Guilin Ring Expressway，and starting from the aspects such as treatment of old cement panels，treatment of rigid flexible interface，prevention of reflective cracks，and rutting resistance of thinlayer overlays，this article discusses the key technologies of “White Plus Black” reconstruction，hoping to provide the reference for similar projects.

Expressway;Cement concrete pavement;“White Plus Black” reconstruction;Quality control

0 引言

基于我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸需求持續(xù)增長，尤其是重型車輛超載現(xiàn)象的增多，導(dǎo)致路面開裂、下陷、擁包等病害日益嚴(yán)重，甚至一些新建的水泥混凝土路面在未達(dá)到設(shè)計年限時就出現(xiàn)早期破壞。因此，研究高速公路水泥混凝土路面維修養(yǎng)護措施十分必要。本文主要就高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造問題展開具體論述。

1 高速公路水泥混凝土路面改造的必要性和方法

1.1 水泥混凝土路面改造的必要性

20世紀(jì)90年代，我國修建的大部分路面都是水泥混凝土路面，其具有路面剛度大、強度高、水穩(wěn)性好、施工方便、成本低等優(yōu)勢，在高速公路中應(yīng)用十分廣泛。我國水泥混凝土路面設(shè)計使用年限一般為20年，早期修筑的很多公路運行至今已經(jīng)超過使用年限，加之社會經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸量急劇增加、車輛大型化發(fā)展，導(dǎo)致水泥混凝土路面的破損嚴(yán)重，路用性能無法滿足使用要求。同時，與瀝青混凝土路面相比，水泥混凝土路面的修復(fù)難度較大。對此必須加強對高速公路水泥混凝土路面改造問題的研究，選擇合適的維修改造技術(shù)，切實提高路面服務(wù)水平。

1.2 水泥混凝土路面改造方法

根據(jù)我國水泥混凝土路面改建、修復(fù)規(guī)模，可以將其分為四種類型：保養(yǎng)、小修、中修、大修。其中大修技術(shù)主要是對水泥混凝土路面進行全路段修理，主要方法分為三種：

（1）“白加黑”改造：此種方法主要是在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青，可消除原有接縫、裂縫處的各類病害，改善路面使用性能。

（2）“白加白”改造：此種方法主要是在舊水泥混凝土路面上加鋪水泥混凝土層，適用于盛產(chǎn)水泥或是石料較多的地區(qū)，可提高路面承載能力。

（3）徹底刨除舊水泥混凝土路面板后加鋪：將舊水泥混凝土路面板徹底碎石化后，可攤鋪水泥混凝土或是瀝青混凝土，適用于路基、路面嚴(yán)重?fù)p壞的地區(qū)，或是舊路面標(biāo)高有限制的路段。

上述幾種改造方法中，水泥混凝土路面“白加黑”施工簡單、造價低、對交通環(huán)境影響小，應(yīng)用越加廣泛，其優(yōu)點可總結(jié)如下：

（1）由于舊路面采用的是高強度水泥混凝土板，將其作為基層可有效提高瀝青路面剛度，在承受重交通、減少車轍方面表現(xiàn)良好。

（2）通過加鋪瀝青路面，可有效提高行車舒適性與安全性。

（3）在表面破損嚴(yán)重、強度足夠的舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青路面，可有效延長路面使用壽命。

（4）舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青路面，有利于減小噪聲、減少揚塵，改善道路環(huán)境。

2 “白加黑”改造關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)實踐可知，高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造優(yōu)勢多，但若是施工不到位極易出現(xiàn)各種層間滑移、反射裂縫病害，尤其是廣西處于高溫多雨地區(qū)，交通荷載重，改造施工安全保通壓力大，給水泥混凝土路面“白加黑”改造提出了更高的要求。其不僅要具有良好的變形適應(yīng)性以減少反射裂縫，還要具備強大的高溫抗變形能力、抗水損壞能力等。對此，本文主要從以下幾個方面出發(fā)對水泥路面瀝青加鋪結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)展開分析。

2.1 舊水泥混凝土面板處治技術(shù)

舊水泥混凝土面板的處治效果直接關(guān)系到“白加黑”改造后路面施工質(zhì)量。從病害調(diào)查情況來看，其主要類型有裂縫、錯臺、坑洞、填縫料破損等，應(yīng)采取針對性的處理方法，如板底灌漿穩(wěn)固處治、嚴(yán)重破碎板更換處治、裂縫與接縫的封水處治等。具體適用情況見表1。

2.2 剛?cè)嵝越缑娴奶幚砑夹g(shù)

高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造中，剛?cè)嵝越缑嬲辰Y(jié)與防水處理是否有效、可靠，直接關(guān)系到是否會出現(xiàn)層間滑移問題。目前主要采用兩種施工方法：（1）改善接觸表面粗糙程度;（2）引入粘結(jié)力強的材料。若是舊路剛性刻槽狀況差、未設(shè)富瀝青含量的應(yīng)力吸收層，必須做好常規(guī)粗銑刨處理，增加改性瀝青防水粘結(jié)層，切實保證新舊路面的良好結(jié)合。

2.3 反射裂縫的防治技術(shù)

反射裂縫是高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造難以避免的一個問題，為防止此病害的早期發(fā)生，必須采取有效措施減小瀝青層底的應(yīng)力集中。具體方法包括以下三種：

（1）改善加鋪層性能：主要方法包括完善瀝青混合料級配、混合料中摻加纖維或是高粘彈材料、增加面層厚度等，切實提高加鋪層抗拉、抗變形能力。

（2）增設(shè)中間夾層：常見類型包括抗拉型夾層結(jié)構(gòu)（玻璃格柵、玻纖布）、低模量柔性消散結(jié)構(gòu)及一層多碎石、多孔隙瀝青結(jié)構(gòu)層。上述幾種結(jié)構(gòu)的造價、可操作性、使用效果各有千秋，應(yīng)根據(jù)區(qū)域特點、施工條件等進行選擇。

（3）增設(shè)補強層：在原水泥路面基礎(chǔ)上鋪設(shè)補強層后，方可繼續(xù)加鋪瀝青面層，切實減輕裂縫反射的程度。

2.4 薄層罩面抗車轍技術(shù)

高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造中，舊水泥路面往往強度較大，瀝青面層僅僅用作功能層，厚度較小。但是根據(jù)實踐可知，重車荷載作用下薄層罩面會出現(xiàn)較大剪切應(yīng)力，對此必須采取有效措施提高加鋪層路用性能。具體措施包括：優(yōu)化瀝青材料、優(yōu)化混合料配比（采用骨架密實型混合料）、優(yōu)化粘結(jié)層材料性能等。

3 實例分析“白加黑”改造施工與質(zhì)量控制

3.1 工程概況

桂林繞城高速公路靈川至僚田段（G72：K1101+550～K1117+717、G65：fK2477+749～K2485+032，以下簡稱桂林繞城高速），于2000年5月建成通車，是國家“7918”高速公路網(wǎng)的重要組成部分。2004年以來，桂林繞城高速公路路面逐漸出現(xiàn)了裂縫、錯臺、破碎板等病害，并呈現(xiàn)逐年遞增趨勢，管養(yǎng)難度與運營風(fēng)險均在增大，對此做好相關(guān)改造施工十分必要。

3.2 路面調(diào)查與檢測

（1）采用智能道路檢測車與人工調(diào)查相結(jié)合的方式進行逐板調(diào)查，對路面現(xiàn)有病害破碎板、裂縫、板角斷裂、錯臺等進行嚴(yán)重程度分類及詳細(xì)的記錄。匯總數(shù)據(jù)后，按每公里對路面進行狀況評定，得到每公里的路面斷板率和路面狀況指數(shù)PCI。

（2）對全線路面進行鉆芯取樣，芯樣位置均勻，各個行車道都有芯樣分布。鉆芯取樣時對面層、基層情況進行記錄，選取面層芯樣進行水泥混凝土圓柱體劈裂抗拉強度試驗，選取基層芯樣進行水泥混凝土圓柱體軸心抗壓強度試驗。

（3）采用落錘式彎沉儀（FWD）檢測路面脫空、接縫傳荷能力及基層頂面當(dāng)量回彈模量。

（4）根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，按《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGH20-2007）提供檢測報告及路面狀況評價指標(biāo)。

3.3 路面“白加黑”改造方案

基于本項目路面調(diào)查與評價結(jié)果，決定采用原水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土的“白加黑”改造方法：

（1）根據(jù)路用狀況調(diào)查結(jié)果、病害分類情況，采用不同處治措施，重點在于防止出現(xiàn)反射裂縫、提高路面耐久性。

（2）結(jié)合項目特點，提出以下加鋪結(jié)構(gòu)方案（見圖1），本項目瀝青混凝土表面層采用改性瀝青摻0.3%的木質(zhì)素纖維的SMA-13路面，表面層路用碎石推薦采用輝綠巖碎石。

3.4 舊水泥路面板的處治

為了提高加鋪結(jié)構(gòu)的使用壽命和行車舒適性，在加鋪新路面之前必須先對原舊路面進行一定的處治。具體處治方法見表2。

經(jīng)上述處理后，混凝土板塊檢測需合格，合格要求見表3，否則需再次處理。為檢測灌漿效果，建議養(yǎng)生3 d且開放交通10 d后，經(jīng)檢測合格方可加鋪瀝青路面。

3.5 “白加黑”改造施工

3.5.1 加鋪前處理

加鋪瀝青混凝土面層前，應(yīng)由業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理和施工單位四方現(xiàn)場檢驗舊路面的處治完成情況，并簽認(rèn)合格后方可進行瀝青混凝土面層的施工，以確保舊水泥路面病害處治徹底。應(yīng)對行車道和超車道逐板作彎沉和傳荷能力驗收，板邊單點彎沉值要求≤0.14 mm，板邊彎沉差≤0.06 mm，要求接縫傳荷系數(shù)kj>75%，對不合格板塊和脫空板塊重新進行相應(yīng)的處理。

3.5.2 SBS改性瀝青粘層

（1）粘層瀝青采用SBS改性瀝青，其材料應(yīng)符合《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGH20—2007）表3.5.2-2 SBS改性瀝青（I-D）的技術(shù)要求。瀝青面層之間的改性瀝青粘層用量為0.3～0.5 kg/m2，舊水泥混凝土面層與瀝青加鋪層的改性瀝青粘層用量為0.5～0.6 kg/m2。

（2）采取試撒的方法確定粘層瀝青施工用量，并符合規(guī)范要求。

（3）通過智能瀝青灑布車均勻撒布粘層瀝青，過量處做好刮除工作。

（4）氣溫<10 ℃或路面潮濕時，不得澆灑粘層瀝青完成澆灑后，嚴(yán)禁其他車輛、行人通過。

（6）粘層瀝青撒布后，立即鋪筑上一層瀝青層，確保粘層不受污染。

3.5.3 瀝青混凝土面層施工

（1）鋪筑瀝青混合料前，檢查下層質(zhì)量是否滿足規(guī)范要求，且要求下層潔凈無污物，以免影響其與瀝青面層的粘結(jié)。

（2）材料：本項目AC-20 C、細(xì)粒式AC-10采用石灰?guī)r碎石，SMA-13采用輝綠巖碎石。

（3）混合料：細(xì)粒式改性瀝青混凝土應(yīng)力吸收層要求采用3檔礦料組成，油石比≥6.0%，60 ℃車轍試驗動穩(wěn)定度DS≥2 000 次/mm，0 ℃小梁彎曲試驗最大破壞應(yīng)變εmax≥5 000 uε，設(shè)計空隙率≤2.5%。SMA中摻入的木質(zhì)素纖維比例為瀝青混合料質(zhì)量的0.3%。

（4）正式開工前，鋪筑100～200 m試驗路段，明確相關(guān)施工參數(shù)：混合料生產(chǎn)能力、混合料施工溫度、攤鋪厚度、碾壓設(shè)備、碾壓時間、最佳碾壓遍數(shù)等。

（5）嚴(yán)格控制瀝青、集料加熱溫度，按生產(chǎn)配合比隨拌隨用改性瀝青混合料。

（6）采用噸位自卸車裝運混合料，配齊覆蓋設(shè)備、涂拌好隔離劑。運輸車輛在攤鋪機前行走時，不允許急剎車，防止輪胎破壞改性瀝青粘結(jié)防水層。

（7）攤鋪作業(yè)應(yīng)連續(xù)、均衡進行，嚴(yán)格控制攤鋪溫度、厚度、平整度以及碾壓溫度、速度、遍數(shù)。

（8）竣工后第一個夏季測定瀝青面層橫向力系數(shù)（或擺值）、路面宏觀構(gòu)造深度，應(yīng)符合交工驗收值的要求：橫向力系數(shù)SFC≥54、構(gòu)造深度TC≥0.55 mm。

3.6 質(zhì)量控制

（1）本項目構(gòu)建了完善的質(zhì)量管理制度，配備齊全相應(yīng)的管理人員，落實施工過程的質(zhì)量管理工作。

（2）抓好前期施工質(zhì)量管理：前期施工大致分為進場建點;制定施工組織計劃;核實建設(shè)規(guī)模、筑路材料料場、導(dǎo)線點和水準(zhǔn)基點;對天橋、電訊線等對凈空有影響的控制點進行放樣;場地清理。施工單位應(yīng)避開暴雨集中期和河流主汛期，注意備料、料場安全和防洪，并合理安排工期，原路面開挖后避免雨水對路基的浸泡，合理的施工組織可有效減小施工受雨季的影響。

（3）各道工序質(zhì)量管理：本項目工程質(zhì)量管理要求，各道工序必須經(jīng)由監(jiān)理工程師逐一檢查認(rèn)可后，方可開展下道工序。

（4）重點工程、隱蔽工程質(zhì)量管理：落實監(jiān)理工程師旁站機制，徹底清除工程隱患。

（5）環(huán)境保護：本項目施工過程必須落實環(huán)境保護工作，并將其作為衡量工程質(zhì)量的重要組成部分。

4 結(jié)語

我國高速公路水泥混凝土路面維修改造需求急劇增加，“白加黑”改造技術(shù)的應(yīng)用越加廣泛，其在解決路面病害、提高路用性能、延長服務(wù)年限方面發(fā)揮著巨大的作用。舊路改造中，必須合理選擇加鋪層材料、結(jié)構(gòu)組合方案和結(jié)構(gòu)厚度，重點落實好舊水泥面板處治、剛?cè)嵝越缑娴奶幚怼⒎瓷淞芽p的防治以及薄層罩面的抗車轍處理，切實保證改造后的高速公路運行可靠、舒適。

參考文獻：

[1]易守春，高彥芝.白加黑改造工程施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制[J].筑路機械與施工機械化，2016，33（8）：113-115.

[2]張寶龍.粘層材料在白加黑路面結(jié)構(gòu)中的力學(xué)行為研究[J].公路工程，2015，40（2）：332-334.

[3]孫 元.“白加黑”改造技術(shù)在寧海人民大道路面改造中的應(yīng)用[J].工程與建設(shè)，2016，30（2）：260-262.

[4]馮凌兵，姜守亮，李 妍.“白加黑”道路改造中脫空板灌漿處理的研究和應(yīng)用[J].安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2011，21（2）：44-47.

[5]孫李棟.淺談如何處理道路“白加黑”工藝中出現(xiàn)的反射裂縫[J].滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，7（3）：64-65.