國道“白加黑”路面病害成因分析及維修方案研究

頓浩

（江漢大學(xué)基建與后勤管理處，武漢430056）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在我國道路工程中廣泛應(yīng)用的水泥混凝土路面因急劇上升的道路交通量、路面自身的長時間運(yùn)營以及自然環(huán)境等因素的共同作用，路面發(fā)生病害，對道路的使用造成不利影響。為充分利用舊水泥混凝土路面的剩余強(qiáng)度，節(jié)約工程投資，縮短施工周期，提高路面服務(wù)水平，延長路面使用壽命[1]，許多道路選擇對其舊路面進(jìn)行加鋪瀝青混合料面層處理，構(gòu)成“白加黑”路面。本文以某國道路面維修實(shí)際工程為例，研究“白加黑”路面病害的維修方案。

2 工程概況

某國道K844+280～K846+727 段為雙向6 車道一級公路，路面寬23 m。該路段初建于1995 年，原為16 m 寬雙向4 車道，其路面由24 cm 厚水泥混凝土面板+15 cm 厚水泥石灰穩(wěn)定碎石土基層+15 cm 厚水泥石灰穩(wěn)定碎石土底基層構(gòu)成。1999 年，在道路兩側(cè)各加寬3.5 m，加寬車道路面結(jié)構(gòu)為22 cm厚水泥混凝土面板+30 cm 厚石渣墊層。2010 年，對該路段實(shí)施“白加黑”改造，將路面升級為4 cm 厚AC-16C 橡膠瀝青混凝土上面層+6 cm 厚AC-20C 普通瀝青混凝土下面層+1 cm厚橡膠瀝青應(yīng)力吸收層+舊路面。隨著該路段交通量的迅速上漲，道路路面的自身老化，加之重載車輛的反復(fù)荷載作用，該路段路面產(chǎn)生了局部嚴(yán)重坑槽、車轍、擁包、反射裂縫等病害，對道路的通行能力和行車舒適性造成了極大的影響，同時帶來了一定的安全隱患，處治其路面病害，提升其路用性能，已勢在必行。

3 交通量分析及預(yù)測

交通量的調(diào)查及預(yù)測是道路建設(shè)的重要組成部分。路面工程中，交通量的調(diào)查及預(yù)測結(jié)果是設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)，制訂路面養(yǎng)護(hù)維修方案的重要基礎(chǔ)[2]。該路段歷年交通量觀測資料顯示，近5 年來，該路段的交通量以年均10%的比率逐年上漲，現(xiàn)年平均交通量為18 604 pcu/d，其中大型、特大型貨車占比較高，多為過境運(yùn)輸砂石料的車輛。對其進(jìn)行交通量預(yù)測，20 年后，該路段年平均交通量約為43 372 pcu/d，經(jīng)計(jì)算，其交通荷載等級為重交通。

4 路面病害調(diào)查及相關(guān)檢測

該路段主要病害為反射裂縫、嚴(yán)重車轍、擁包、局部嚴(yán)重坑槽等。在對路面病害進(jìn)行調(diào)查的過程中，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)裂縫條數(shù)及裂縫長度；測量車轍深度；確定坑槽段落；選取代表性位置進(jìn)行鉆芯取樣，測試水泥混凝土劈裂強(qiáng)度及基層抗壓強(qiáng)度；采用落錘式彎沉儀進(jìn)行彎沉檢測，評價水泥混凝土板塊之間接縫傳荷能力及板底脫空情況[3]。

4.1 反射裂縫病害調(diào)查

通過徒步調(diào)查方式，對反射裂縫的條數(shù)及裂縫長度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對板塊破損情況進(jìn)行梳理。該路段長2 447 m，水泥混凝土板共計(jì)2 934 塊，板塊之間的橫向接縫共計(jì)2940 條。其反射裂縫總長度5 331 m，共計(jì)1 380 條，占橫向接縫的46.94%，說明反射裂縫已非常嚴(yán)重，但現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，裂縫之間沒有明顯錯臺，基本不影響行車舒適性。水泥混凝土板出現(xiàn)明顯斷板破損和嚴(yán)重唧漿的板塊共計(jì)220 塊，需進(jìn)行換板處置。

該路段右幅出現(xiàn)的反射裂縫共計(jì)1 008 條，左幅出現(xiàn)的反射裂縫共計(jì)372 條，右幅反射裂縫明顯多于左幅，主要是右幅運(yùn)輸砂石料的重載貨車較多，左幅的重載貨車相對較少所致。

4.2 車轍病害調(diào)查

統(tǒng)計(jì)該路段發(fā)生車轍病害的段落，并檢測其車轍深度。該路段車轍病害主要發(fā)生在K844+885～K845+145（右一車道）、K845+295～K845+640（右一車道）和K845+440～K845+640（右二車道），最大車轍深度達(dá)50 mm。

4.3 局部嚴(yán)重坑槽病害調(diào)查

調(diào)查發(fā)現(xiàn)該路段嚴(yán)重坑槽病害主要發(fā)生在道路紅綠燈路口處。全路段共計(jì)有10 個坑槽病害段落，總長1 312 m，分布在道路左右兩幅。

4.4 鉆芯取樣及試驗(yàn)檢測

在該路段選取9 個點(diǎn)位鉆芯取樣，分別測量各路面層的厚度，試驗(yàn)檢測水泥混凝土劈裂強(qiáng)度和基層抗壓強(qiáng)度。檢測數(shù)據(jù)表明，瀝青面層厚4.5～10.5 cm，其厚度大部分未達(dá)到設(shè)計(jì)的10 cm；瀝青面層質(zhì)量一般，鉆芯取樣使其與下層水泥混凝土脫開，兩者之間黏結(jié)較差。中間4 車道水泥混凝土板厚標(biāo)準(zhǔn)值為21.1 cm，其厚度未達(dá)到設(shè)計(jì)的24 cm，其劈裂強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3.26 MPa，彎拉強(qiáng)度為5.23 MPa；兩側(cè)加寬車道水泥混凝土板厚標(biāo)準(zhǔn)值為19.6 cm，其厚度未達(dá)到設(shè)計(jì)的22 cm，其劈裂強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為2.90 MPa，彎拉強(qiáng)度為4.72 MPa。中間4 車道二灰穩(wěn)定土基層芯樣完整，其厚度10.5～18.0 cm，大部分達(dá)到設(shè)計(jì)的15 cm，其抗壓強(qiáng)度為2.29 MPa；兩側(cè)加寬車道基層芯樣完全松散，質(zhì)量較差。

4.5 彎沉檢測

采用落錘式彎沉儀來檢測該路段舊路面彎沉值，分別用彎沉差和單點(diǎn)彎沉值指標(biāo)來分析評判舊路面接縫傳荷能力和板底脫空情況。

對該路段129 個點(diǎn)進(jìn)行彎沉檢測，其中彎沉差大于6（0.01 mm）的占98.45%，單點(diǎn)彎沉值大于20（0.01 mm）的占58.91%，這表明反射裂縫出現(xiàn)部位水泥混凝土板塊之間的接縫傳荷能力不足，且板底存在脫空現(xiàn)象，因此，對出現(xiàn)反射裂縫的部位，應(yīng)采取措施提高板塊之間的接縫傳荷能力，填充板底脫空。

5 路面病害成因分析

通過了解該路段路面的建設(shè)、養(yǎng)護(hù)情況，統(tǒng)計(jì)其歷年交通量增長狀況，結(jié)合其路面現(xiàn)狀調(diào)查及相關(guān)檢測數(shù)據(jù)，對該路段路面病害成因進(jìn)行綜合分析。

5.1 反射裂縫

反射裂縫是“白加黑”路面最主要最常見的病害。該路段反射裂縫嚴(yán)重的主要原因如下：（1）2010 年對該路段進(jìn)行“白加黑”改造之前，未對原路面進(jìn)行全面檢測、評價和處治，僅對局部病害嚴(yán)重部位進(jìn)行基層壓漿和水泥混凝土換板處理。從反射裂縫處彎沉檢測結(jié)果來看，水泥混凝土板塊之間的接縫傳荷能力不足，且板底存在脫空現(xiàn)象，這是該路段出現(xiàn)反射裂縫的根本原因。（2）該路段貨車交通量較大，特別是運(yùn)輸砂石料的重載車輛較多，重載交通的反復(fù)作用，導(dǎo)致瀝青面層剪切破壞出現(xiàn)裂縫。（3）溫度變化也是該路段出現(xiàn)反射裂縫的重要因素[4]。

5.2 嚴(yán)重車轍、擁包

導(dǎo)致該路段出現(xiàn)嚴(yán)重車轍、擁包病害的主要因素：（1）該路段為普通瀝青混凝土下面層，相對于改性瀝青混凝土來說，不能有效抵抗路面車轍；（2）該路段地處夏季炎熱地區(qū)，在夏季高溫作用下，瀝青混合料由彈性逐漸變?yōu)轲椥?，抗剪?qiáng)度下降，加上該路段運(yùn)輸砂石料的超重超載車輛較多，在重載交通的反復(fù)作用下，路面內(nèi)部剪應(yīng)力急劇增大并最終超過其抗剪強(qiáng)度，瀝青面層發(fā)生剪切變形，輪跡帶附近瀝青混合料向兩側(cè)移動，最終導(dǎo)致面層失穩(wěn)破壞，出現(xiàn)車轍；（3）該路段為市區(qū)道路，行車速度相對較慢，在慢速重載的作用下，更容易產(chǎn)生車轍病害。

5.3 嚴(yán)重坑槽病害

該路段嚴(yán)重坑槽病害主要發(fā)生在紅綠燈路口處，這是因?yàn)檐囕v在紅綠燈路口處需制動剎車。車輛質(zhì)量越大，剎車時對路面造成的橫向力就越大，路面內(nèi)部剪應(yīng)力就越大，當(dāng)路面內(nèi)部無法抵抗其剪應(yīng)力時，瀝青面層產(chǎn)生推移。夏季高溫條件下，由于車輛作用時間長，紅綠燈路口處瀝青面層容易產(chǎn)生車轍病害。在推移、車轍的共同作用下，路面開裂，雨水進(jìn)入路面后，在動水壓力的作用下，出現(xiàn)嚴(yán)重坑槽病害。

6 路面維修方案

依據(jù)該路段“白加黑”路面病害成因分析，結(jié)合交通量預(yù)測結(jié)果，綜合考慮材料組成、路面結(jié)構(gòu)性能、施工工藝、投資造價等多方面因素，有針對性地設(shè)計(jì)維修方案，處治加強(qiáng)原水泥混凝土板后，在其上方重新鋪設(shè)瀝青面層。

6.1 原水泥混凝土板處治方案

1）對原水泥混凝土板出現(xiàn)斷板或破損、脫空嚴(yán)重的，采用換板措施進(jìn)行處治，具體方案如下：（1）對原瀝青面層進(jìn)行銑刨，鑿除斷板或破損、脫空嚴(yán)重的水泥混凝土板；（2）采用C15貧混凝土對原水泥混凝土板的基層或者底基層松散部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；（3）在相鄰的水泥混凝土板塊上鉆孔，植入拉桿、傳力桿；（4）重新澆筑水泥混凝土板（其28 d 彎拉強(qiáng)度≥5.0 MPa），澆筑厚度與原標(biāo)高保持一致。

2）對出現(xiàn)反射裂縫的水泥混凝土板塊，采用板底注漿的方式進(jìn)行處治。壓漿完成并養(yǎng)護(hù)7 d 后進(jìn)行板塊接縫彎沉檢測，如接縫傳荷能力和單點(diǎn)彎沉值仍不滿足要求，應(yīng)另行采取換板措施進(jìn)行處理。

6.2 瀝青混凝土面層加鋪方案

1）對于嚴(yán)重坑槽和嚴(yán)重車轍段落，將原瀝青混凝土面層銑刨并清理干凈后，重新鋪設(shè)20 cm 厚瀝青混凝土面層，具體方案如下：（1）將嚴(yán)重坑槽和嚴(yán)重車轍病害段落銑刨瀝青混凝土面層后（銑刨起終點(diǎn)位置須避開水泥混凝土板塊接縫處），在水泥混凝土板橫向接縫處，開槽增設(shè)傳力桿。（2）對水泥混凝土板表面進(jìn)行銑刨拉毛，并徹底清理干凈。（3）對水泥混凝土板的橫縫和縱縫分別進(jìn)行保養(yǎng)及更換填嵌縫材料，跨縫鋪設(shè)寬1.5 m 且被乳化瀝青浸透的單面燒毛土工布。對于嚴(yán)重坑槽段落，在水泥混凝土板塊其他部位施工一層反應(yīng)型防水黏結(jié)層，用量為0.35 kg/m2；對于嚴(yán)重車轍段落，在水泥混凝土板塊其他部位施工一層PCR 改性乳化瀝青防水黏結(jié)層。（4）重新攤鋪4 cm 厚改性AC-13C+8cm 厚改性AC-20C+8 cm 厚AC-25C 瀝青混凝土面層，并在瀝青混合料中摻入4‰抗車轍劑，瀝青層間灑布PCR 改性乳化瀝青黏結(jié)層[5]，攤鋪壓實(shí)，并對新舊路面進(jìn)行平順連接。

2）對于其他段落，采用反射裂縫處跨縫鋪設(shè)單面燒毛土工布，然后加鋪10 cm 厚改性瀝青混凝土面層的方式進(jìn)行處理，具體方案如下：（1）在反射裂縫處跨縫鋪設(shè)寬1.5 m 且被乳化瀝青浸透的單面燒毛土工布，在單面燒毛土工布之外的部位施工一層PCR 改性乳化瀝青黏結(jié)層；（2）加鋪4 cm 厚改性AC-13C+6 cm 厚改性AC-20C 瀝青混凝土面層，瀝青層間灑布PCR 改性乳化瀝青黏結(jié)層，攤鋪壓實(shí)，并對新舊路面進(jìn)行平順連接。

7 結(jié)語

“白加黑”路面是一種兼具剛性路面和柔性路面雙重特色的復(fù)合路面，在長期的交通運(yùn)營中，不可避免會產(chǎn)生各種路面病害，在對其處治維修時，應(yīng)該選擇正確的路面檢測方法，準(zhǔn)確反映路面現(xiàn)狀，結(jié)合道路交通量的發(fā)展趨勢，分析路面病害成因，并充分考慮材料組成、結(jié)構(gòu)性能、施工工藝、投資造價等多方面影響因素，才能有針對性地設(shè)計(jì)維修方案。