高速公路水泥混凝土路面病害分析與處治技術(shù)研究

賴永欽

（廣西北部灣投資集團(tuán)有限公司沿海高速公路分公司，廣西 南寧 530012）

0 引言

水泥混凝土路面具有悠久的歷史，因?yàn)槠涓邚?qiáng)度、長壽命、取材施工方便等優(yōu)點(diǎn)，一直在公路建設(shè)領(lǐng)域占有重要地位。但是隨著交通需求的急劇增長，對高等級公路使用性能的要求也不斷提高。當(dāng)前高等級公路主要以瀝青混合料路面為主，但在我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)前期修建的高速公路主要為水泥混凝土路面，由于諸多原因，或多或少地都出現(xiàn)了不同程度的損壞。若不加以處理就會發(fā)展成路面功能的嚴(yán)重喪失[1]。所以，隨著公路建設(shè)數(shù)量的逐漸飽和，其道路養(yǎng)護(hù)維修的力度應(yīng)該不斷加強(qiáng)[2]。

水泥混凝土路面常見病害有板角斷裂、板底脫空、錯臺、板破碎等，對于病害的維修處治，首先應(yīng)該通過日常的定時養(yǎng)護(hù)阻止病害的發(fā)展，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)不失為一種有效又經(jīng)濟(jì)的方式，不僅可以延緩路面需要大修重建的期限，延長道路使用壽命，減少建設(shè)單位的經(jīng)濟(jì)支出，還可以恢復(fù)路面的使用功能，提高行車舒適性。對于病害嚴(yán)重需要大中修的道路，需要采取一定的換板重鋪、加鋪瀝青罩面層（白加黑）等措施[3-4]。

本文基于符合國內(nèi)高速公路使用性能情況的評價方法，對病害進(jìn)行系統(tǒng)分析，并結(jié)合水泥混凝土路面維修過程的實(shí)例，提出不同病害相對應(yīng)的處治措施，為提高水泥混凝土路面的使用壽命和使用質(zhì)量提供決策參考[5-6]。

1 路面病害分析及評價

1.1 路面病害分析

水泥路面病害主要的影響因素有接縫、材料、荷載等，導(dǎo)致的病害形式多種多樣，不同病害之間不是相互獨(dú)立的，而是相互關(guān)聯(lián)影響的；部分病害則具有相同的引發(fā)機(jī)理。因此，水泥混凝土路面的病害沒有依據(jù)病害的破壞現(xiàn)象分別分析，而是按照病害原因并考慮到病害的演變規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)籌分析。

1.1.1 與接縫有關(guān)的病害分析

因?yàn)樘羁p料的老化剝落、被行車荷載擠壓流失等原因，失去了封閉接縫的作用。目前，使用較廣的有橡膠改性瀝青類、瀝青瑪蹄脂類、氨酯焦油類等。填縫材料受環(huán)境的影響會發(fā)生硬化，硬化后容易損壞和剝落。填縫料遭到自然破壞，地表水會進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)，引發(fā)其他病害如唧泥和錯臺病害。

在行車荷載的反復(fù)作用下，內(nèi)部材料在通過接縫溢出路表，無疑會導(dǎo)致基層材料逐漸損失，水泥板塊底脫空現(xiàn)象隨之而出。往往因?yàn)榛鶎硬牧系牧鲃?，脫空不均勻，兩塊板間的高度不一致，導(dǎo)致常見的錯臺病害現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了路面平整度，影響行車的安全性和舒適性。板底脫空又會使水泥板在受力狀態(tài)下處于不利情況，很容易發(fā)生斷板病害。

接縫的病害會導(dǎo)致接縫之間的傳力桿受損，傳力桿的不合理設(shè)置會加劇這一現(xiàn)象。傳力桿的作用十分重要，主要承受板塊之間由于相對運(yùn)動產(chǎn)生的剪切力，傳力桿若因質(zhì)量不合格，直徑不滿足要求，會導(dǎo)致其強(qiáng)度不足以抵抗疲勞破壞，重載交通會加劇傳力桿破壞。傳力桿如若設(shè)置不當(dāng)或是集中應(yīng)力而產(chǎn)生松動，那么傳力桿良好的使用性能就無法保證，所以水泥混凝土板在行車荷載作用易受到破壞。

在工程中，造成水泥路面拱起的因素比較復(fù)雜，如施工時橫向接縫所切割的接縫不滿足水泥板塊的縱向膨脹的需求；唧泥病害使得淤泥堆積在接縫內(nèi)，不再具有接縫填料所有的功能，以致縮縫不能恢復(fù)原位，脹縫也不能自由膨脹失去吸收應(yīng)力的；兩板間接觸能力減弱，接觸面積減少，加劇了路面拱起的產(chǎn)生。如果采用溫縮系數(shù)較大的石料，會使得水泥混凝土的線收縮系數(shù)增大，從而接縫的吸收應(yīng)力的能力遠(yuǎn)小于板塊的溫度膨脹變化，這是發(fā)生路面拱起病害的又一原因。

板角啃邊不同于角隅斷裂，板角啃邊主要是由于紋裂導(dǎo)致的板角剝落。板角啃邊的表現(xiàn)也不同于角隅斷裂，板角啃邊是斜向偏離板塊，沒有垂直方向上的板塊穿透，主要表現(xiàn)為起皮磨損、掉塊等現(xiàn)象，看起來板塊不整潔、給人的視覺感不佳。由于堅(jiān)硬物體進(jìn)入接縫縫間，硬物周圍在板塊膨脹和荷載作用下會產(chǎn)生應(yīng)力集中，也會發(fā)生啃邊病害。

1.1.2 材料不良導(dǎo)致的損壞分析

水泥混凝土的原始材料特點(diǎn)如以配合比設(shè)計(jì)等也是影響水泥路面質(zhì)量的重要因素，例如紋裂、網(wǎng)裂、脫皮等病害與材料本身有很大的關(guān)聯(lián)性。

紋裂的主要原因是混凝土中的一些粗集料因溫度發(fā)生膨脹，在板邊自由端周圍密集的細(xì)裂縫。規(guī)范中對粗集料的耐磨性有嚴(yán)格要求，因?yàn)槟湍バ圆缓?，在車輛輪胎的作用下會使得路表的粗集料磨損光滑，出現(xiàn)磨光病害。粗骨料的堅(jiān)硬程度也有要求，粗集料強(qiáng)度不足，軟弱顆粒較多，會容易因?yàn)槠扑槊撾x混凝土造成掉粒不潔。

堿集料反應(yīng)的危害較大，主要是由于集料的某些活性物質(zhì)與混凝土中的堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，會產(chǎn)生吸水性很強(qiáng)的膨脹物質(zhì)，引發(fā)混凝土板內(nèi)的膨脹應(yīng)力而造成板塊開裂。混凝土中的堿主要是因?yàn)樗嗍炝虾屯饧觿┊a(chǎn)生的，所以要嚴(yán)格控制堿含量。

1.1.3 荷載導(dǎo)致的損壞分析

由于荷載的作用，板塊容易產(chǎn)生角隅斷裂、斷板現(xiàn)象。角隅斷裂是板角荷載作用下的整體斷裂，是典型的與荷載有關(guān)的病害。由于其他因素的綜合作用，使得板塊及周圍會產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)超過混凝土板抗拉強(qiáng)度時，板角就會斷裂。

由于各種各樣的行車環(huán)境會導(dǎo)致水泥路面出現(xiàn)縱向和橫向裂縫的現(xiàn)象并不斷積累，以致產(chǎn)生斷裂質(zhì)變，斷板的產(chǎn)生又會加劇各種病害，導(dǎo)致混凝土路面的使用性能嚴(yán)重下降，因此需要及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修。

任何一種病害都是多重原因造成，并且互相影響發(fā)展，所以病害的處治也不能僅僅從單一方面進(jìn)行，而應(yīng)該調(diào)查清楚路面狀況，通過多種手段進(jìn)行綜合處治。

1.2 道路使用狀況評價

對高速公路的水泥混凝土路面進(jìn)行維護(hù)前，首先應(yīng)對此次項(xiàng)目工程路面的實(shí)際情況予以了解，再對其性能進(jìn)行評價。目的主要是對之后道路的使用程度、養(yǎng)護(hù)以及維修的狀況有針對性地制定相應(yīng)的措施。建議可根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20-2007）中的規(guī)范進(jìn)行評價。評價內(nèi)容由下面三個部分組成，即路面損壞、平整度、抗滑性能。

1.2.1 路面損壞檢測

路面是否遭受損壞，以及損壞程度，由路面損壞檢測結(jié)果這一指標(biāo)欄進(jìn)行評定。水泥混凝土在經(jīng)受荷載、環(huán)境等各方面的綜合作用后，路面會逐漸出現(xiàn)各種各樣的損壞形式。所以，當(dāng)路面前期出現(xiàn)一些損壞后，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施來減緩或修復(fù)其損壞的部分。但是當(dāng)損壞的程度較大，即超過了某一零界值時，就必須由專業(yè)工作人員采取一定措施來保證路面使用及其結(jié)構(gòu)的完整性。在此次工程中，對其路面的損壞程度狀況進(jìn)行了定位定時的監(jiān)控。同時，對路面之后的使用過程中，每年必須由專業(yè)工作人員配備最新的設(shè)備和采用最新的檢測手段對其路面進(jìn)行詳細(xì)的檢查。目的是評定道路的使用還是否滿足規(guī)范要求，其路面現(xiàn)狀是否需要采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)和維修措施。路面損壞狀況評定見表1。

表1 路面損壞狀況評定

1.2.2 路面平整度檢測

在此次工程項(xiàng)目中，對路面平整度的檢測于養(yǎng)護(hù)中的重要作用程度不言而喻。由于路面為水泥混凝土路面，所以路面的平整度對于行車的舒適性起到至關(guān)重要的作用。平整度的檢測由其行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)來評價，數(shù)據(jù)越小說明其平整度越差，具體評定級別見表2。測量的手段主要采用三米直尺、激光路面平整度儀。為了便于交流，一般將其結(jié)果轉(zhuǎn)換為國際平整度指數(shù)(IRI)。在此次路面施工完成后，無論對其路面施工的驗(yàn)收，還是在之后的使用過程中，對其路面的平整度的測量都必須逐段去測定。

表2 行駛質(zhì)量評定級別

1.2.3 路面抗滑能力檢測

在道路的使用過程中，路面抗滑能力的高低對行駛安全起到重要作用。描述其抗滑能力的高低，一般使用構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)兩個指標(biāo)來評價。在道路使用一段時間后，由于環(huán)境的復(fù)雜性、行車環(huán)境的多變性等因素，應(yīng)對全部路段進(jìn)行若干劃分。同時，根據(jù)之前制定的措施，在一定的路段一定的時間內(nèi)對其進(jìn)行定時檢測，針對特定事故多發(fā)路段，其檢測的次數(shù)也相應(yīng)增加。其路面抗滑能力的評定指標(biāo)見表3。在水泥混凝土路面中，分別用三個評價技術(shù)指標(biāo)來評價水凝混凝土路面的路用性能。其路用性能評價由混凝土路面路用使用性能指數(shù)PQI 來評價。其指數(shù)詳見下式（1），PQI 指數(shù)的分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重見表4，其路面路用性能見表5 所示。

表3 抗滑能力等級評定指標(biāo)

表4 PQI 分項(xiàng)指標(biāo)加權(quán)重

表5 路面使用性能等級評定標(biāo)準(zhǔn)

最后，基于以上數(shù)據(jù)可以對此次工程路段等級進(jìn)行詳細(xì)的評定。

2 病害處治技術(shù)

對于原水泥路面，由專業(yè)工作人員進(jìn)行評定后，對于不同等級損壞的路面，相應(yīng)的措施也是不同的，其措施見流程圖所示。

圖1 不同損壞等級路面的維修措施

2.1 裂縫維修與接縫灌漿

對于路面產(chǎn)生的較大裂縫（裂縫寬度≥15mm），應(yīng)采取的措施是大修，即對混凝土整塊板進(jìn)行局部切割，嚴(yán)重時需要進(jìn)行更換處理。針對較小裂縫的情況，采取的措施為灌縫處理。灌縫時應(yīng)根據(jù)不同情況，如施工環(huán)境、自然環(huán)境、裂縫的情況，使用不同的灌縫方式，即高滲透改性乳化瀝青灌縫施工、乳化瀝青冷拌料灌縫施工、改性冷拌料施工，填縫料采用的材料也不一樣，即乳化瀝青、聚氯乙烯膠泥、環(huán)氧砂漿。

2.2 破碎板換板處理

（1）路面板切割

當(dāng)原有的水泥路面板塊破碎時，先沿板邊四周縮縫切割，切割至面板底，使需更換的路面板塊與周邊板塊完全分離，之后對前面切割的板塊，在其周圍離板塊縮縫一定的距離進(jìn)行再次切割，切割的距離一直到板底，第二道縫內(nèi)路面板用機(jī)械破除，兩縫間人工鑿除，一直切割到此次工程路面的基層。

（2）破除破碎路面板

使用配備破碎錘、履帶設(shè)置膠墊的挖掘機(jī)進(jìn)行面板破除，作業(yè)時設(shè)置擋板做好防護(hù)，防止混凝土破碎塊濺入通車車道，危及過往車輛的安全。

（3）挖除混凝土破碎塊及清理基層

使用一臺挖掘機(jī)配備3 ～4 輛自卸車進(jìn)行混凝土破碎塊清運(yùn)，人工清除殘余部分和基層中松散的部分，并將基層頂面清理干凈。自卸車裝運(yùn)混凝土破碎塊時注意保證破碎塊的牢固，杜絕在運(yùn)輸過程中破碎塊跌落路面，造成路上安全事故。

（4）基層整平及瀝青封層

基層松散部分按規(guī)范要求鑿除清理干凈后，基層面先鋪設(shè)乳化瀝青石屑作封層再采用邊長大于基層面15cm 的單面防水短纖針刺非織造土工布鋪設(shè)，乳化瀝青石屑封層瀝青用量0.8 ～1.2kg/m2，厚度不小于3mm 且將基層面調(diào)平。

（5）路面鋼筋制作與安裝

在澆筑混凝土之前，所有鋼筋的裝設(shè)和固定均需經(jīng)過現(xiàn)場管理員的檢查批準(zhǔn)。按圖紙要求，每塊板均鋪設(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)φ8＠150*150mm，新舊板交接處設(shè)鋼筋籠主筋4φ14 箍筋φ8＠200，并滿足規(guī)范中鋼筋安裝的要求。

（6）采用現(xiàn)場攪拌混凝土澆筑

（7）混凝土路面鋪筑

攤鋪

混凝土罐車將混凝土直接倒進(jìn)入基坑內(nèi)，人工找補(bǔ)均勻，如發(fā)生離析現(xiàn)象，用鏟翻拌。攤鋪厚度考慮振實(shí)預(yù)留高度，人工攤鋪采用扣揪，嚴(yán)禁拋擲和耬耙，防止離析。

振搗

攤鋪完成，立即進(jìn)行振搗，采用插入式振動器按順序全面振搗，振搗要充分、密實(shí)，嚴(yán)防漏振?；炷撩軐?shí)程度以混凝土不再下沉、氣泡不再上冒為準(zhǔn)。同一位置不宜少于20S，振動器移動間距不大于其作用半徑的1.5 倍。振搗的同時輔以人工找平，不平之處及時挖填補(bǔ)平，補(bǔ)填時用較細(xì)的混合料，但嚴(yán)禁用砂漿填補(bǔ)。有鋼筋的部位，振搗時防止鋼筋變位。振搗密實(shí)后用平直的滾杠滾揉表面，使表面初步整平并提漿均勻。然后采用鋁合金刮尺進(jìn)行混凝土表面粗平，人工進(jìn)行精平。在對混凝土表面進(jìn)行修整時，嚴(yán)禁混凝土面層上灑水、撒水泥粉。

（8）混凝土養(yǎng)生

混凝土表面修整完畢后，及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，一般澆筑12h 內(nèi)即用薄膜覆蓋并澆水養(yǎng)護(hù)，每天每隔4h 澆水一次，夜晚每隔6 ～7h澆水一次，澆水次數(shù)以始終保持混凝土表面濕潤狀態(tài)為準(zhǔn)。在氣溫較高，日曬較烈時，混凝土表面修整完畢后即刻覆蓋塑料薄膜養(yǎng)護(hù)，可有效防止混凝土表面早期裂縫的產(chǎn)生。

（9）平整度

混凝土表面刻槽前先利用三米直尺對混凝土路面進(jìn)行平整度檢測，不應(yīng)大于3mm。達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)范要求的需進(jìn)行處理，直至達(dá)到規(guī)范要求時方可進(jìn)行刻槽。

（10）剛性刻槽

當(dāng)混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到40%后即可進(jìn)行剛性刻槽，注意構(gòu)造深度滿足設(shè)計(jì)要求。在完成刻槽后，還需注意繼續(xù)進(jìn)行混凝土養(yǎng)生。

（11）填縫及熱熔標(biāo)線

在混凝土養(yǎng)生期滿后開始進(jìn)行填縫和熱溶標(biāo)線施工。

2.3 加鋪罩面維修

對于混凝土路面上加鋪罩面材料，目的是進(jìn)一步延長路面的使用壽命，雖然為功能材料，其功能為抗老化、抗腐蝕、抗滑性能、防止反射裂縫的出現(xiàn)，但在交通量與軸載等諸多因素的共同作用下，對罩層材料的強(qiáng)度、剛度有著一定的要求。常用的罩面材料主要包括以下幾種：

（1）聚合物乳液水泥砂漿混凝土

（2）鋼纖維水泥砂漿

（3）瀝青磨耗層

3 結(jié)語

通過對水泥混凝土的病害分析、道路狀況評價，提出不同病害狀況下的養(yǎng)護(hù)維修措施。在采用養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)時，應(yīng)清楚調(diào)查原路面病害、選擇基于路面狀況的合理養(yǎng)護(hù)時機(jī)、選用經(jīng)濟(jì)有效的養(yǎng)護(hù)方案以及控制好維修施工質(zhì)量，使養(yǎng)護(hù)維修發(fā)揮其最大的作用，以此提高路面的使用質(zhì)量，延長其使用年限。