水泥混凝土路面微裂加固技術(shù)在市政道路的應(yīng)用

王玉杰 卜鑫德

中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北 武漢 430010

1 水泥混凝土路面裂縫分類

1.1 結(jié)構(gòu)裂縫

在方向上，結(jié)構(gòu)裂縫可以是垂直的或水平的，但通常位于道路基礎(chǔ)或基礎(chǔ)強(qiáng)度相對(duì)較低的區(qū)域。裂縫穿過混凝土斷面上、下貫通，寬度一般較大，結(jié)構(gòu)裂縫通常在工程項(xiàng)目竣工并且投入使用后，經(jīng)過外界因素的長(zhǎng)期干擾導(dǎo)致部分混凝土路面發(fā)生坍塌和變形。

1.2 沉降裂縫

沉降裂縫通常發(fā)生在道路處理不當(dāng)?shù)膮^(qū)域，由于硬基底或車輛的長(zhǎng)期荷載以及平臺(tái)重量引起的不均勻沉降，當(dāng)基底裂縫擴(kuò)散至路面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生表層裂紋或不均勻沉陷，許多工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)表明，沉降裂縫多出現(xiàn)于橋涵與路基銜接處、半填半挖路基及軟弱地基位置處，仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。

1.3 溫度裂縫

在方向上，溫度裂縫通常是橫向的或者平行的，沿著混凝土路面的橫截面產(chǎn)生，溫度裂縫通常發(fā)生在混凝土截面相對(duì)較小的地方。例如，混凝土局部截面的裂縫發(fā)生在混凝土局部振動(dòng)強(qiáng)度低、混凝土強(qiáng)度低的其他地方，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)要求，溫度裂紋通常規(guī)則且完整，分布相對(duì)均勻，通常在水泥工程最終交付之際會(huì)出現(xiàn)相關(guān)問題。

1.4 荷載裂縫

在水泥混凝土路面施工未完全結(jié)束的期間內(nèi)，其強(qiáng)度還未完全形成。過早開放交通或正式通車運(yùn)營(yíng)期間嚴(yán)重超速超載，使得實(shí)際荷載大大超過了混凝土本身的極限應(yīng)力應(yīng)變，造成其內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p傷并很快發(fā)展成貫穿裂縫，甚至路面斷板。水泥混凝土路面投入生產(chǎn)后，在車輛長(zhǎng)期運(yùn)行的作用下，基礎(chǔ)水泥混凝土路面產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過基材的抗拉強(qiáng)度時(shí)，底部會(huì)產(chǎn)生局部裂紋，在重復(fù)荷載的作用下基層裂紋逐漸延伸至路面表面，導(dǎo)致水泥混凝土出現(xiàn)裂縫。

2 水泥混凝土路面出現(xiàn)微裂縫的原因

2.1 水泥混凝土路面板底微裂縫的產(chǎn)生原因

水泥混凝土路面的鋪設(shè)方式主要是將水泥直接澆灌到路面基層中，但由于表面和基層系數(shù)不同，水泥混凝土逐漸凝固，收縮后會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形；此外，會(huì)因溫度、濕度等因素的變化而發(fā)生變化，表面和基層之間的變化程度和速度也不同，整個(gè)過渡層和原始薄弱層會(huì)出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致路面和基層出現(xiàn)裂縫，以致道路不平，最終會(huì)在一系列因素的影響下導(dǎo)致工程的表面上出現(xiàn)裂縫[1]。

2.2 水泥混凝土路面板中微裂縫的產(chǎn)生原因

在承重環(huán)境中，由于建筑材料的結(jié)構(gòu)變化，水泥混凝路面會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的裂縫，一旦裂縫向外擴(kuò)散，整個(gè)道路就會(huì)發(fā)生變形甚至斷裂，由于混凝土是由集料顆粒以及水泥漿基體組成的，這就導(dǎo)致水泥本身就包含水、裂縫以及孔隙，因此其長(zhǎng)期在外力作用下很容易出現(xiàn)變形，這對(duì)混凝土過渡層結(jié)構(gòu)造成的損壞可能導(dǎo)致路面與底層分離，一旦路面繼續(xù)膨脹收縮，板底微裂紋不斷增加和膨脹，會(huì)降低路面承載能力。道路上行駛的車輛也有相關(guān)影響，從而導(dǎo)致道路承載能力受到車輛重量和速度的影響。長(zhǎng)久以來，路面不可避免地會(huì)出現(xiàn)相關(guān)質(zhì)量問題。一般來說，道路越平坦，車輛移動(dòng)越快，車輛重量越重，對(duì)水泥混凝土路面的影響越大，也會(huì)進(jìn)一步危及交通安全。水泥混凝土板和地板出現(xiàn)裂縫可能導(dǎo)致應(yīng)力區(qū)破壞，這就需要將中性板和軸向板移向道路頂部，增加壓縮區(qū)。擴(kuò)大板上微裂紋的范圍；不均勻的水泥混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致板中部和底部的裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大，兩個(gè)裂縫之間可能會(huì)發(fā)生貫通，進(jìn)一步使得路面發(fā)生斷裂。

3 水泥混凝土路面微裂式破碎再生加固技術(shù)

目前，中國(guó)舊水泥路面主要有兩種裂縫維護(hù)施工方法，即破碎法和裂縫穩(wěn)定法，這兩種方法都旨在降低水泥路面產(chǎn)生裂縫的可能性，兩者都有優(yōu)缺點(diǎn)：碎石化法是在混凝土路面上方增加鋪設(shè)一層瀝青，但這種方法大大降低了混凝土表面強(qiáng)度，在長(zhǎng)期使用期間，可能會(huì)出現(xiàn)下陷、開裂等質(zhì)量問題；穩(wěn)定方法對(duì)混凝土襯里的強(qiáng)度沒有影響，但不能完全消除底層的空隙，并且路面寬度越大，越容易產(chǎn)生變形問題。水泥混凝土路面微裂縫加固技術(shù)結(jié)合了兩種施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)——在加固路面結(jié)構(gòu)和裂縫路面后，對(duì)路面寬度進(jìn)行相關(guān)處理，以達(dá)到微裂縫水泥路面“無損開裂、穩(wěn)定、粗糙”的效果[2]。

3.1 水泥混凝土路面微裂式破碎

修復(fù)水泥混凝土表面微裂縫的技術(shù)是微裂縫加固技術(shù)的基礎(chǔ)，使用該技術(shù)必須使用專用的微裂縫破碎設(shè)備來破碎舊水泥結(jié)構(gòu)。在此操作后，水泥混凝土內(nèi)部出現(xiàn)小裂縫，損壞越嚴(yán)重，微裂紋加固技術(shù)的優(yōu)勢(shì)越大，需要注意的是：舊水泥混凝土未受到破壞的標(biāo)準(zhǔn)是“傾斜裂紋、未斷裂裂紋、良好粘附性”。

3.2 水泥混凝土路面微裂后檢測(cè)與注漿加固

水泥混凝土破壞后，應(yīng)檢查每一塊破損的區(qū)域。如果寬度不足，應(yīng)組裝所有板塊直到符合要求，然后將其集中在微裂縫上。如果面板彎曲較大，則使用雷達(dá)檢測(cè)裂縫后水泥混凝土的截面，為了檢測(cè)和分析材料容量不足的原因，平臺(tái)的承載能力不足或結(jié)構(gòu)層空置，則使用聚合物水泥進(jìn)行加固，并使用專用水泥設(shè)備將聚合物材料直接注入微裂紋中，排出其中的空氣和水，使其完全占據(jù)整個(gè)空間。

4 微裂加固技術(shù)的施工工藝

4.1 微裂式破碎，針對(duì)舊路面運(yùn)用微裂式擊打

首先，應(yīng)仔細(xì)研究現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，仔細(xì)檢查舊水泥路面斷裂的具體情況，如路面開裂程度、道路裂縫寬度等，此類相關(guān)問題的具體處理，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體勘察情況選擇相應(yīng)的施工方法。就水泥路面破碎施工的能量來講，選用66KG充滿能量的破碎再生設(shè)備來?yè)舸蚱扑橐郧暗穆访?，各塊板都必須要擊打5次，還要對(duì)板上的所有點(diǎn)位擊打1次，每個(gè)點(diǎn)之間的距離在15～20cm之間。微裂紋的破壞順序如下：對(duì)于水泥板，先打兩邊，然后打中間。每個(gè)板塊的錘擊次數(shù)必須通過破碎技術(shù)控制?；鶎拥拇驌舸螖?shù)通常包括實(shí)際垂體的下降高度和每個(gè)點(diǎn)的打擊次數(shù)。通常，槽深應(yīng)小于3cm，凹槽的深度必須要小于3cm，寬度在0.01～0.04cm2之間板角的，都必須要距離接縫在10～20cm之間。如果溝槽深度和裂縫寬度不符合相應(yīng)要求，須與道路裂縫的寬度相結(jié)合——通常，裂紋寬度不應(yīng)超過1mm[3]。

4.2 運(yùn)用微裂加固施工技術(shù)檢測(cè)加固路面的效果

如果道路輕微開裂，應(yīng)徹底清理整個(gè)道路上的垃圾，然后讓車輛在輕微開裂的道路上自然行駛3～5d。輕微開裂路面在相對(duì)穩(wěn)定的條件下滾動(dòng)后，使用探測(cè)器對(duì)路面曲率進(jìn)行科學(xué)測(cè)量。如果彎沉值不符合標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)使用測(cè)地雷達(dá)科學(xué)檢測(cè)板材結(jié)構(gòu)損壞的特征，確定需要滲碳加固的板材部分。用破碎機(jī)破碎原始水泥路面，在道路上留下裂縫后打開運(yùn)動(dòng)，以自然穩(wěn)定的方式滾動(dòng)，準(zhǔn)確測(cè)量和記錄每次沖擊。通過比較先前的壓縮值，可以確認(rèn)兩個(gè)累積值是否發(fā)生了變化。如果第一次和第二次傾析之間的差異不超過5mm，這意味著路面維修工作可以停止，因?yàn)槠浞舷嚓P(guān)施工參數(shù)[4]。

4.3 注漿加固

檢測(cè)微裂紋板的彎沉值，并使用測(cè)量的彎曲值精確確定是否需要路面加固。檢查后，如果板塊的彎沉值不小于37.3（0.01mm），則需要增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)，路面加固通常使用低聚物混合物進(jìn)行。具體技術(shù)流程如下：步驟1：施工準(zhǔn)備；步驟2：放置孔；步驟3：練習(xí)；步驟4：清潔孔；步驟5：關(guān)閉孔；步驟6：斷開管道；步驟7：碳排放；步驟8：生產(chǎn)纖維素；步驟9：培訓(xùn)；步驟10：審核，步驟11：批準(zhǔn)道路應(yīng)在固結(jié)前進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)，確定各種技術(shù)參數(shù)，如固結(jié)壓力和懸架黏度等[5]。

4.4 對(duì)彎沉路面注漿加固的效果作出評(píng)價(jià)

在4～6h內(nèi)完成路面固結(jié)后，客觀公正地評(píng)估路面固結(jié)效果。如果試驗(yàn)后的加固效果不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，則應(yīng)進(jìn)行額外的加固。

4.5 補(bǔ)強(qiáng)路面接縫部位

針對(duì)已加固的舊路面，路面接縫處就需要使用高強(qiáng)纖維布實(shí)現(xiàn)銜接，必須要對(duì)接縫位置進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，才可以使路面有更高的抗剪強(qiáng)度，加固層有更高的抗拉強(qiáng)度。

5 市政道路工程水泥混凝土路面微裂加固技術(shù)的應(yīng)用策略

5.1 施工準(zhǔn)備

施工前的準(zhǔn)備工作是市政道路施工的第一步，也是水泥混凝土表面微裂縫加固的重要一步，對(duì)于后續(xù)施工環(huán)節(jié)是否能夠順利推進(jìn)，呈現(xiàn)出的效果與預(yù)期之間的差異性是否能夠維系在最小的范圍之內(nèi)有著較大的關(guān)系，因此市政道路修復(fù)單位應(yīng)當(dāng)對(duì)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)的優(yōu)化重視起來，積極落實(shí)相應(yīng)措施，確保有效保護(hù)后續(xù)施工工程：首先，材料的選擇。在選擇水泥混凝土路面微裂縫加固材料時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)路面原材料的類型，確保修復(fù)材料與原材料一致，有效保證施工質(zhì)量。其次，在制定施工計(jì)劃時(shí)，新時(shí)代的交通需求大幅增加，水泥混凝土路面微裂縫加固任務(wù)也有所上升，在這種情況下，為了確保市政道路工程水泥混凝土路面施工各階段的正確實(shí)施和高質(zhì)量結(jié)果，施工方有必要確保施工計(jì)劃的合理性和科學(xué)性。須從客觀現(xiàn)實(shí)出發(fā)，對(duì)實(shí)際路面上存在的問題進(jìn)行全面分析，將其與改造計(jì)劃進(jìn)行比較，糾正出現(xiàn)的不合理的問題，并在施工準(zhǔn)備過程中進(jìn)行改善，確保施工計(jì)劃設(shè)計(jì)的可靠性，加固路面上的微裂縫，盡量保證更合格的施工結(jié)果。

5.2 嚴(yán)格地開展微裂加固效果和質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)

市政道路工程竣工后，施工方相關(guān)負(fù)責(zé)人員有必要嚴(yán)格檢查和控制路面微裂縫加固的質(zhì)量。全面檢查水泥混凝土路面微裂縫施工項(xiàng)目，深入挖掘施工過程中微裂縫加固過程出現(xiàn)的問題，對(duì)其進(jìn)行檢查后，如果發(fā)現(xiàn)不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則需要對(duì)其單獨(dú)列出，以供后續(xù)糾正。市政道路水泥混凝土微裂縫加固工程完成后，應(yīng)首先對(duì)路面進(jìn)行清潔，而后再開展持續(xù)一周的碾壓施工，這是為了確保水泥混凝土路面可以達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定和耐用的狀態(tài)。水泥混凝土路面穩(wěn)定后，市道路建設(shè)局應(yīng)檢查水泥混凝土路面的變形，主要目的是借助測(cè)地雷達(dá)等特殊檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)微裂紋板，以及各種密封操作后的工程變化，如果沉積物密封變化大于或等于6mm，這意味著施工項(xiàng)目的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，水泥混凝土路面的微裂縫加固工作已經(jīng)完成。

5.3 優(yōu)化水泥混凝土路面微裂式破碎再生工藝

水泥混凝土路面微裂加固技術(shù)實(shí)施前需要先對(duì)微裂路面進(jìn)行壓縮，為路面微裂施工奠定基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，施工單位應(yīng)采用水泥混凝土路面微裂縫再生技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化施工流程，完善施工程序。為了建立一個(gè)科學(xué)合理的水泥混凝土路面微裂縫加固施工施工體系，改進(jìn)各級(jí)施工程序和施工項(xiàng)目：首先，道路工程組織須首先在水泥混凝土路面上對(duì)產(chǎn)生的微裂縫進(jìn)行破碎，保證使水泥混凝土的微裂紋暴露完全，再根據(jù)視覺細(xì)裂縫的深度和寬度，科學(xué)計(jì)算和確定所需的能量。其次，調(diào)整相關(guān)機(jī)械設(shè)備，以滿足水泥混凝土路面微裂縫施工的需要，并用機(jī)械設(shè)備夯擊水泥混凝土板。此外，在夯擊水泥混凝土微裂縫板時(shí)，需按照標(biāo)準(zhǔn)夯擊順序，按照從兩側(cè)到中間順序，達(dá)到夯擊的效果。此外，在進(jìn)行夯擊時(shí)，施工方應(yīng)密切監(jiān)控夯擊的頻率、強(qiáng)度和時(shí)間，確保工作后微裂紋破壞和修復(fù)工作的效率和質(zhì)量。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，在中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，道路相關(guān)施工項(xiàng)目的數(shù)量不僅在不斷增加，其規(guī)模也在持續(xù)增加，水泥混凝土路面是道路建設(shè)的重要組成部分，起著關(guān)鍵作用，在這方面，相關(guān)施工單位就需要及時(shí)采用先進(jìn)的施工技術(shù)。比如：微裂縫施工技術(shù)，不會(huì)影響正常交通，也不需要大量投資，正因?yàn)檫@些特點(diǎn)，其被廣泛應(yīng)用于我國(guó)目前的道路機(jī)械施工中，并得到許多施工單位的認(rèn)可，這也會(huì)是提高道路建設(shè)質(zhì)量和促進(jìn)我國(guó)運(yùn)輸業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。