淺談水泥混凝土路面維修與改造

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北武漢 430023）

0 引言

目前，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在不同等級(jí)的公路修建水泥混凝土路面比重相當(dāng)可觀。美國的水泥混凝土路面占高級(jí)路面的比重約為48.5%，英國約為55%，德國也在39%以上。在國外路面建設(shè)中，之所以水泥混凝土路面的比重不斷增加，一方面是出于能源方面的考量，另外一方面，主要注重其經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，在建設(shè)、維修、養(yǎng)護(hù)全部建設(shè)和運(yùn)營總費(fèi)用最低的價(jià)值工程基礎(chǔ)上，性價(jià)比較高。目前，我國已經(jīng)建立了較為成熟的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論體系，對(duì)普通混凝土路面及鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土、連續(xù)配筋混凝土、碾壓混凝土等新型混凝土路面都建立了較為完善的設(shè)計(jì)方法。

1 水泥混凝土路面的特點(diǎn)

水泥混凝土路面之所以廣泛使用，首先，得益于國家宏觀發(fā)展戰(zhàn)略，交通流量的大幅增長對(duì)公路建設(shè)需求量增加；其次，水泥混凝土路面經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，即前期投資適中，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較少，性價(jià)比較高。另外，水泥混凝土路面本身具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）剛度大，承載能力強(qiáng)；（2）高溫穩(wěn)定性好，抗水損害能力強(qiáng)；（3）彎拉強(qiáng)度高，疲勞壽命長；（4）耐候性、耐久性優(yōu)良；（5）材料資源豐富，有利于環(huán)保；（6）油耗低，經(jīng)濟(jì)性好；（7）使用壽命長；（8）色差小，隔熱性好；（9）造價(jià)適當(dāng)，養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用較?。唬?0）抗滑性能好，有利于夜間行車。但是，水泥混凝土路面也存在以下缺點(diǎn)和不足：（1）接縫多，行駛舒適性較差；（2）鋪筑后不能立即開放交通；（3）對(duì)基層抗沖刷要求較高；（4）面板不適應(yīng)大沉降差；（5）面板對(duì)脫空、超載較為敏感；（6）破壞后，維修難度較大。

2 典型病害產(chǎn)生原因

目前常見病害主要包括以下幾種類型：①裂縫；②破碎；③路面隆起；④邊角破損；⑤路面沉陷；⑥路面變形；⑦路面錯(cuò)臺(tái)。

2.1 裂縫

由于混凝土內(nèi)各種材料在凝固時(shí)變形是不同步的，會(huì)造成骨料及膠結(jié)面之間產(chǎn)生微細(xì)裂紋，這種裂縫的形態(tài)往往是不規(guī)則的，在后期各種不利因素影響下，這種微觀的裂紋可以發(fā)展成宏觀的裂縫。導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生可以在早期產(chǎn)生，也可以在運(yùn)營期間產(chǎn)生，主要因素有以下幾個(gè)方面：①原材料不合格；②基層高程失控或不平整；③混凝土配合比不當(dāng)；④施工工藝不合理；⑤邊界原因；⑥設(shè)計(jì)不合理；⑦重載車輛影響；⑧路基不均勻沉降；⑨基礎(chǔ)失穩(wěn)；⑩排水不良。

2.2 破碎

根據(jù)嚴(yán)重程度，破碎可以分為輕度、中度、嚴(yán)重三種等級(jí)。對(duì)于輕度破碎，可以采用封閉裂縫的方法抑制其發(fā)展，保證路面的正常使用。對(duì)于中度破碎，應(yīng)采渠裂縫封閉或者換板措施進(jìn)行處理。對(duì)于嚴(yán)重破碎，應(yīng)對(duì)整塊板進(jìn)行更換，同時(shí)應(yīng)對(duì)基層進(jìn)行妥善處理。造成面板破碎的主要因素主要有以下兩種：①溫度造成破碎；②荷載導(dǎo)致破碎。

2.3 錯(cuò)臺(tái)

所謂錯(cuò)臺(tái)，就是當(dāng)面板接縫兩側(cè)高差大于3mm，即認(rèn)為是錯(cuò)臺(tái)。錯(cuò)臺(tái)根據(jù)嚴(yán)重程度，也可分為輕度，中度，重度三種。一般情況下，輕度錯(cuò)臺(tái)，可以暫不處理；中度錯(cuò)臺(tái)需要使用機(jī)械磨平處理；對(duì)于嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)，需要使用樹脂砂漿進(jìn)行結(jié)合式補(bǔ)平。造成錯(cuò)臺(tái)最主要的因素就是路基不均勻沉降。而導(dǎo)致路基不均勻沉降的原因包括以下幾個(gè)方面：①路基填土壓實(shí)度不足；②地基中存在軟弱土層或巖溶；③路基剛度差異顯著；④路基填料不均勻；⑤地下水作用；如圖3.1所示。

圖3.1 導(dǎo)致路基不均勻沉降的主要因素

2.4 路面隆臺(tái)

路面隆起主要是由于路基凍脹或膨脹土膨脹，在局部范圍內(nèi)造成面板向上隆起。一般輕微隆起不會(huì)造成不舒適感；中度和重度隆起，才會(huì)造成不舒適感。路面隆起也有以下幾種因素造成：①土凍結(jié)時(shí)的水分遷移；②溫度變化；③脹縮性。

2.5 路面沉陷

一般沉陷會(huì)伴有開裂現(xiàn)象，一般情況下需要進(jìn)行整塊板更換。路面沉陷也有以下幾種因素造成：①路基壓實(shí)度；②荷載因素；③路基高度；據(jù)有關(guān)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，路基高度為5m左右時(shí)，沉降8個(gè)月，沉降量達(dá)到20mm后基本趨于穩(wěn)定；當(dāng)路基高度為14～20m時(shí)，沉降量達(dá)到40mm以上時(shí)，仍未穩(wěn)定的趨向，因此對(duì)于高路基，路面發(fā)生沉降的概率越大。

3 維修改造技術(shù)措施

自從上世紀(jì)80年代以來，美國聯(lián)邦公路管理部門曾對(duì)不同等級(jí)的道路，做了一項(xiàng)深入的跟蹤調(diào)查，最后得到了一條結(jié)論，道路在使用壽命達(dá)到75%時(shí)，其使用性能也會(huì)下降40%，在這一階段需要對(duì)道路進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，若不及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，當(dāng)使用壽命再次較少12%左右，使用性能會(huì)再次下降40%，隨之養(yǎng)護(hù)成本也會(huì)大幅增加。因此預(yù)防性養(yǎng)護(hù)對(duì)于延緩路面惡化速率和延長使用壽命起到一定的積極意義。相關(guān)研究成果表明，當(dāng)一條道路在使用周期內(nèi)，如果可以進(jìn)行3至4次的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，使用壽命可以提高10年左右，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的效益是可觀的。合適的時(shí)間采用合適的養(yǎng)護(hù)辦法，對(duì)一條道路的正常使用非常重要。例如，美國很多州都將道路的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)融入到道路管理系統(tǒng)中，建立相應(yīng)的手冊(cè)和指南，通過管理系統(tǒng)來判斷養(yǎng)護(hù)時(shí)間和養(yǎng)護(hù)方式。

目前，在我國，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)尚未得到足夠的重視，尚未擺脫傳統(tǒng)的響應(yīng)式養(yǎng)護(hù)理念和模式，但是隨著預(yù)防性理念及技術(shù)在我國不斷推廣，需要用主動(dòng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)代替響應(yīng)式被動(dòng)養(yǎng)護(hù)模式，同時(shí)需要不斷完善相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)材料、養(yǎng)護(hù)工藝、養(yǎng)護(hù)機(jī)械等，來縮小我國在這方面與西方國家的差距。

在2000年以前，我國采用較低的設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn)建成的11.85萬公里水泥混凝土路面，當(dāng)時(shí)交通量及超載率都沒目前嚴(yán)重。同時(shí)由于路線的升級(jí)改造，舊水泥混凝土路面需要調(diào)坡、改線、截彎取直，而且這種加鋪工程隨著水泥混凝土路面里程的增加，需求越來越迫切。目前有以下幾種常用的水泥混凝土路面改造技術(shù)：

3.1 路面板塊破裂穩(wěn)固技術(shù)

破碎穩(wěn)固技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)在于，在一定程度上，破碎的舊路面可以再利用，可以直接作為基層或者墊層。破碎的混凝土材料，本身具有較高的承載力和透水性能，同時(shí)有利于環(huán)保，避免廢料造成環(huán)境生態(tài)污染。因?yàn)?，該技術(shù)應(yīng)用比較廣泛和成熟。早期，最常用的做法，是舊面層上鋪裝玻璃纖維柵格后，再鋪筑一層新的面層，但是，該工藝治標(biāo)不治本，在根本上無法解決反射裂縫問題。而破碎穩(wěn)固技術(shù)則能夠較好的解決這一問題，首先，可以保持原結(jié)構(gòu)的大部分強(qiáng)度；同時(shí)對(duì)后期加鋪的面層具有較好的支承作用。從各種因素綜合考慮，破碎穩(wěn)固技術(shù)具有較好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

3.2 路面板塊沖擊壓實(shí)技術(shù)

沖擊壓實(shí)機(jī)械具有低頻高振幅，沖擊能量和沖擊荷載都較大的優(yōu)點(diǎn)。路面沖擊壓實(shí)技術(shù)，主要有兩方面的特點(diǎn)，一方面，可以快速高效的把舊路面破碎；另一方面，可以有效的將碎裂的舊路面板塊穩(wěn)固到基層或土基上，另外可以有效較少和緩解反射裂縫，有效的改善路面的改造質(zhì)量和效果。其主要優(yōu)勢(shì)在于以下幾點(diǎn)：①修復(fù)質(zhì)量高；②施工速度塊；③工程成本低；④影響交通時(shí)間短；⑤環(huán)境污染小。

3.3 路面板塊碎石化技術(shù)

所謂碎石化技術(shù)，就是用多錘頭破碎機(jī)將路面板就低破碎，破碎后的水泥混凝土塊可以作為穩(wěn)定的基層和底基層。碎石化技術(shù)對(duì)排水要求、土基及基層要求、破碎后顆粒組成特性、加鋪厚度要求較高。最大的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)交通影響較小，可以降低工程成本，最大限度減少環(huán)境污染。有關(guān)研究表明，破碎后的廢料利用率可達(dá)到95%以上，碎石化層的剛度較大，是一般普通級(jí)配碎石基層剛度的3倍左右，可以形成堅(jiān)實(shí)的粒料基層。同時(shí)，也可以有效解決反射裂縫問題。

3.4 水泥混凝土路面直接加鋪瀝青路面

這種改造措施的最大特點(diǎn)在于，可以提高路面的承載力，消除接縫處斷裂、脫空病害的影響，也可以提高路面整體的平整性能和抗滑性能，是一種較為有效的補(bǔ)強(qiáng)措施。

3.5 舊水泥混凝土路面直接加鋪水泥混凝土結(jié)構(gòu)路面

加鋪水泥混凝土是舊水泥混凝土路面維修技術(shù)的最有效，也是最常見的方法，通常情況下，可以采用結(jié)合式、分離式、直接式三種加鋪方式。

3.6 加鋪連續(xù)配筋混凝土結(jié)構(gòu)

在面層中設(shè)置縱向鋼筋和橫向鋼筋，同時(shí)在橫向不設(shè)置縮縫的路面稱為連續(xù)配筋混凝土路面。該路面結(jié)構(gòu)適用于重載交通，主要由于該路面結(jié)構(gòu)可以有效提高在裂縫處的荷載傳遞能力，可以大大降低接縫處的彎沉差，改善板角和板邊的工作狀態(tài)；此外可以減少雨水侵入基層的概率，不需要進(jìn)行灌縫，所以可以減少后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，該路面結(jié)構(gòu)的平整度也較好，使用壽命也相對(duì)較長。連續(xù)配筋加鋪層的結(jié)構(gòu)形式主要有三種：①分離式連續(xù)配筋加鋪層；②結(jié)合式連續(xù)配筋加鋪層；③設(shè)半剛性補(bǔ)強(qiáng)層的連續(xù)配筋加鋪層。

4 結(jié)論

在水泥混凝土路面發(fā)展中，只有建立良好的養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，才能使公路發(fā)揮最大效益，這也進(jìn)一步表明養(yǎng)護(hù)工作至關(guān)重要。但由于過去我國公路等基礎(chǔ)交通設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后于國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，導(dǎo)致在近一時(shí)期公路發(fā)展中，出現(xiàn)了重建輕養(yǎng)、忽視舊路改造的現(xiàn)象。特別是在新路里程不斷增加的背景下，對(duì)公路養(yǎng)護(hù)提出了更為迫切的要求。但由于條件制約，我國公路養(yǎng)護(hù)水平還有待進(jìn)一步提高，特別是原有設(shè)計(jì)理論的不完善、施工經(jīng)驗(yàn)的不足及對(duì)養(yǎng)護(hù)的不重視，使許多水泥混凝土路面不僅存在功能性的缺陷，還出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性的損壞；同時(shí)，養(yǎng)護(hù)中普遍存在的“效率低、質(zhì)量差”現(xiàn)象，也是我國水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)工作中必須解決的問題。