高等級(jí)公路水泥砼路面合理維修方式的選擇

周　巍

摘要:文章針對(duì)現(xiàn)有水泥砼路面損壞的現(xiàn)狀,以京珠南水泥路面的實(shí)際維修方案為例,提出了水泥混凝土換板、壓漿穩(wěn)板、舊水泥面板打裂穩(wěn)固、裂縫處理以及加鋪瀝青層罩面等幾種水泥混凝土維修技術(shù),并將國(guó)外的水泥路表打磨技術(shù)予以介紹。

關(guān)鍵詞:高等級(jí)公路;水泥砼路面;維修方式

中圖分類(lèi)號(hào):U416文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-1145(2009)20-0079-03

水泥混凝土路面以強(qiáng)度高、經(jīng)久耐用、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)成為高級(jí)路面的重要形式之一,愈來(lái)愈得到廣泛應(yīng)用。但大量早期和近期修建的水泥混凝土路面都將面臨艱巨的翻修改建任務(wù)。水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)年限為30～50年,即使路面結(jié)構(gòu)未破壞,但表面平整度、抗滑性已不能滿足車(chē)輛行駛要求,這時(shí)也要采取罩面等修復(fù)措施。京珠南路面工程主要存在病害及原因分析:

一、路面概況

京珠高速公路甘塘至翁城段,始于韶關(guān)市甘塘,終于翁源縣翁城鎮(zhèn),里程樁號(hào)為K108+210.815～K151+998.49,全長(zhǎng)42.788km。本路段水泥混凝土面層2000年7月開(kāi)工,同年12月竣工,2001年1月20日通車(chē)。

二、路面病害情況

K108+200~K151+080水泥混凝土路面通車(chē)3年后隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速的發(fā)展,沿線交通量急劇增加,特別超載重載交通比例較高,使路段出現(xiàn)了不同程度的破損和病害。在2005年1月17日~26日和3月8日~12日,分別對(duì)該段路面進(jìn)行了檢測(cè):第一階段檢測(cè)內(nèi)容為FWD檢測(cè)、路用雷達(dá)檢測(cè)、路面平整度檢測(cè)、路面抗滑性能檢測(cè)。第二階段檢測(cè)內(nèi)容為舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)鉆芯取樣試驗(yàn)檢測(cè)。經(jīng)過(guò)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)該段水泥混凝土路面主要病害如下:

(一)水泥路面斷板

經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn),京珠南高速公路水泥路面斷板現(xiàn)象嚴(yán)重,檢測(cè)數(shù)據(jù)如下:

從表中數(shù)據(jù)可以看出,本標(biāo)段路面的斷板率很高,破損較為嚴(yán)重。根據(jù)規(guī)范規(guī)定的路面破損狀況等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),北行主車(chē)道DBL>20%,等級(jí)評(píng)定為差,北行超車(chē)道11%20%,等級(jí)評(píng)定為差;本標(biāo)段DBL>20%,等級(jí)評(píng)定為差。無(wú)論是超車(chē)道還是主車(chē)道,南行斷板率均大于北行斷板率。

(二)水泥混凝土板底脫空

水泥混凝土路面在實(shí)際使用過(guò)程中,由于車(chē)輛荷載的重復(fù)作用,混凝土板下基礎(chǔ)將產(chǎn)生一定塑性變形和唧泥,或者由于溫度、濕度的影響混凝土板將產(chǎn)生撓曲,致使水泥混凝土板局部范圍不再與基礎(chǔ)保持連續(xù)接觸,即混凝土板下局部出現(xiàn)了脫空。京珠南水泥混凝土板底脫空如表3-3和表3-4所示:

從上兩個(gè)表可以看出,右幅行車(chē)道脫空最厲害,累計(jì)長(zhǎng)度達(dá)到2645.40m,其次是左幅超車(chē)道2468.86m,左幅行車(chē)道1811.80m,右幅行車(chē)道1360.50m。

(三)路面裂縫

根據(jù)調(diào)查,該段水泥路面裂縫類(lèi)型有:縱向裂縫、橫向裂縫、斜向裂縫、交叉裂縫,個(gè)別面板上有碎塊或者有認(rèn)為的小坑洞。既有細(xì)縫也有中縫,細(xì)縫與中縫各占一半。其中裂縫占有率主車(chē)道為29.6%,超車(chē)道為20.5%。

(四)其他情況

水泥混凝土路面強(qiáng)度:除局部路段或區(qū)域狀況較好以外,該路段整體上工作性能處于中、下水平。而且南行比北行彎沉值相對(duì)較大。

水泥混凝土板的彈性模量:北行超車(chē)道為66948.2,主車(chē)道為49004.8;南行超車(chē)道為55633.9,主車(chē)道為34813.3,南行主車(chē)道面板的承載力已不能滿足交通需求。

歸納京珠南水泥混凝土路面損壞的原因,有以下幾種:交通量增長(zhǎng)過(guò)快;重載與超載交通;結(jié)構(gòu)本身的施工缺陷以及一些其他因素等。

三、京珠南水泥砼路面維修方式

1.水泥面板換板。水泥面板換板是水泥混凝土病害處理中最常用的一種方法,主要是對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)破損的面板采用直接換板的技術(shù)。對(duì)舊水泥路面斷板,裂縫、嚴(yán)重脫空及嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)及不適合灌漿處理的面板進(jìn)行換板處理,所有換板均采用鋼筋砼路面。在不破壞相鄰板塊的前提下進(jìn)行該板塊的鑿除;如發(fā)現(xiàn)該處基層強(qiáng)度不足或松散,應(yīng)先進(jìn)行基層補(bǔ)強(qiáng);基層補(bǔ)強(qiáng)采用C20貧混凝土,然后澆筑鋼筋混凝土。

2.壓漿穩(wěn)板。壓漿處治技術(shù),是針對(duì)砼路面在使用過(guò)程內(nèi)出現(xiàn)的板塊脫空危害而提出的修復(fù)板底基層密實(shí),確保板底均勻支撐的技術(shù)措施,其作用為:通過(guò)壓漿處治,可以充實(shí)板底脫空,恢復(fù)密實(shí),改善面板的支撐狀況,使砼板的受力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)原理,避免砼路面板過(guò)早損壞。

3.舊水泥面板打裂穩(wěn)固。瀝青混凝土做罩面層是水泥混凝土修復(fù)的最常用技術(shù)之一,但它所帶來(lái)的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題是反射裂縫,反射裂縫是水泥混凝土路面原有裂縫和接縫透過(guò)加鋪層向上擴(kuò)散而產(chǎn)生的,它產(chǎn)生垂直和水平位移引起的應(yīng)力,使瀝青加鋪層破壞。為控制加鋪層反射裂縫,必須在未加鋪瀝青面層前通過(guò)“破碎”和“加固”,減少剛性路面的應(yīng)力,起到消除反射裂縫的應(yīng)力作用,并能使塊與塊之間產(chǎn)生集料嵌擠,還能保住大部分原混凝土路面板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,起到穩(wěn)固作用,緩沖反射應(yīng)力。

4.裂縫處理。水泥混凝土路面由于裂縫造成強(qiáng)度不足時(shí),可先用高模量灌漿材料;當(dāng)路面僅出現(xiàn)貫穿裂縫,而板面強(qiáng)度仍能滿足通車(chē)要求時(shí),為防止雨水和空氣侵蝕,裂縫擴(kuò)大而消弱路基,可先用低模量密封修補(bǔ)材料,將裂縫封閉。

5.加鋪瀝青層。在水泥混凝土路面上加鋪瀝青層有兩種作用:一是恢復(fù)舊混凝土路面功能,改善路面平整度與抗滑性;二是補(bǔ)強(qiáng)原有路面結(jié)構(gòu),提高路面承載能力。由于水泥混凝土面板本身強(qiáng)度較高,將其作為基層,在其上再加鋪瀝青混凝土這種路面結(jié)構(gòu),關(guān)鍵時(shí)防止反射裂縫的產(chǎn)生。防止反射裂縫的措施可通過(guò)改善瀝青罩面層性能、設(shè)置中間夾層來(lái)實(shí)現(xiàn)。

京珠南加鋪瀝青路面的表面層采用改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-13結(jié)構(gòu),中面層為改性瀝青FAC-25瀝青混凝土。為保證加鋪面層厚度、保證施工質(zhì)量和方便施工,根據(jù)不同的加鋪厚度一般路段采用如下四種路面結(jié)構(gòu)形式,其中前三種用于K121+000～K150+998.490。

(1)A-1罩面結(jié)構(gòu):當(dāng)加鋪層厚度為17～22cm時(shí), FAC-25瀝青混凝土均厚8cm,采用5～10cmAM-20瀝青碎石調(diào)平。

(2)A-2罩面結(jié)構(gòu):當(dāng)加鋪層厚度在14～17cm時(shí),FAC-25瀝青混凝土均厚6cm,采用4～7cmAM-20瀝青碎石調(diào)平。

(3)A-3罩面結(jié)構(gòu):當(dāng)加鋪層厚度為12～14cm時(shí),采用FAC-25瀝青混凝土進(jìn)行調(diào)平。

(4)優(yōu)化設(shè)計(jì)路段罩面結(jié)構(gòu)(K108+210～K121+000)。

本次設(shè)計(jì)對(duì)此路段采用“打裂穩(wěn)固舊板+水泥穩(wěn)定碎石基層+瀝青砼面層”結(jié)構(gòu)。先采用沖擊壓路機(jī)對(duì)舊路面板打裂穩(wěn)固處理,把打裂的路面板當(dāng)做底基層使用,在其上鋪筑水泥穩(wěn)定碎石基層并調(diào)平,一般厚度不小于20cm,最后鋪瀝青面層,瀝青面層厚度為22cm。

四、工程效果評(píng)價(jià)

京珠南路面維修方案主要方案為“換板壓漿+不同瀝青砼罩面”及“打裂穩(wěn)固+瀝青砼罩面”,故主要對(duì)“換板壓漿+瀝青砼罩面”及“打裂穩(wěn)固+瀝青砼罩面”兩種方案進(jìn)行比較。

1.方案的技術(shù)比選

(1)“換板壓漿+瀝青砼罩面”方案的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn):

1)可充分利用路面現(xiàn)有的好板。

2)現(xiàn)有的水泥混凝土換板、壓漿、瀝青混凝土罩面的施工工藝都較成熟。

3)水泥混凝土換板的施工工藝較原始。

4)由于水泥混凝土面板存在板塊與板塊之間的縱縫、橫縫,受反射裂縫的影響較大。

(2)“打裂穩(wěn)固+瀝青砼罩面”方案的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn):

1)施工工藝機(jī)械化程度高。

2)大大延緩反射裂縫的作用。

3)未充分利用路面現(xiàn)有的好板,水泥砼板被“打裂穩(wěn)固”后,路面會(huì)產(chǎn)生一定程度的沉降。

綜合對(duì)以上兩個(gè)方案的分析可知:“打裂穩(wěn)固+瀝青砼罩面”方案技術(shù)上雖存有不足,但其整體施工工藝先進(jìn),施工質(zhì)量易得到保證,對(duì)保持路面的長(zhǎng)期使用性能有利。

2.方案的工期比選

(1)“換板壓漿+瀝青砼罩面”方案工期分析。“換板壓漿+瀝青砼罩面”方案采取K123+550～K128+550北行,長(zhǎng)5km,面積:56000m²。據(jù)統(tǒng)計(jì)此段水泥混凝壞板需換板率約:35%,換板面積:19500m²;水泥混凝土板需壓漿為65%,壓漿面積:36500m²。

按以上的工作效率及采取封閉半幅路面,另半幅對(duì)向行駛的施工條件,采用“換板、壓漿+瀝青混凝土罩面”的方案施工K123+550～K128+550段5km,最少需要31天工期。

(2)“打裂穩(wěn)固+瀝青砼罩面”方案工期分析。“打裂穩(wěn)固+瀝青砼罩面”方案采取K108+210～K113+500南行,長(zhǎng)5.3km,施工面積:59500m²,據(jù)統(tǒng)計(jì)此段舊水泥面板壞板破碎率達(dá)到52%。

按以上的工作效率及采取封閉半幅路面,另半幅對(duì)向行駛的施工條件,采用“打裂穩(wěn)固+瀝青砼罩面”的方案施工K108+210～K113+500段5.3km,最少需要22天工期。

由上述算例可以看出,采用沖擊壓實(shí)技術(shù)破裂穩(wěn)固舊板的舊水泥砼路面修復(fù)工程的施工工期比傳統(tǒng)換板、壓漿的施工方法的工期快得多。

3.費(fèi)用比較

方案一:打裂穩(wěn)固舊板+水泥穩(wěn)定碎石基層+瀝青砼面層

該方案工程數(shù)量及費(fèi)用如下:

該方案處理里程長(zhǎng)度為12.79km,折合每公里造價(jià)為5525307元/km。

方案二:水泥換板、壓漿穩(wěn)板、裂縫處理+瀝青砼面層

該方案工程數(shù)量及費(fèi)用如下:

該方案處理里程長(zhǎng)度為29.998km,折合每公里造價(jià)為6361637元/km。

由上述算例可以看出,采用沖擊壓實(shí)技術(shù)破裂穩(wěn)固舊板的舊水泥砼路面修復(fù)工程的綜合費(fèi)用可比傳統(tǒng)方法降低13%。據(jù)測(cè)算,如果某路段斷板率或壞板率超過(guò)10%,采用傳統(tǒng)的挖除舊板換新板方法(換板)處理舊水泥砼路面的費(fèi)用就會(huì)超過(guò)采用沖擊壓實(shí)技術(shù)的費(fèi)用,而且斷板率越高,需換板數(shù)量越大,費(fèi)用就越高。如果考慮綜合效益,沖擊壓實(shí)技術(shù)能對(duì)全斷面進(jìn)行徹底地穩(wěn)固處理,要比局部換板效果優(yōu)越的多,所帶來(lái)的效果就是修復(fù)后的路面(新加鋪層結(jié)構(gòu))使用壽命更長(zhǎng),維修工作量大大減少,壽命周期費(fèi)用顯著降低。因此,沖擊壓實(shí)技術(shù)可以拓展到高等級(jí)公路、機(jī)場(chǎng)舊道面以及站場(chǎng)碼頭等的修復(fù)工程中,應(yīng)用前景很廣。

五、結(jié)語(yǔ)

京珠南高速公路砼路面砼加鋪層改建技術(shù)的主要工藝,對(duì)有關(guān)方案進(jìn)行了比較,為今后舊砼路面的改建施工

和改建技術(shù)應(yīng)用提供了有益的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。選擇水泥混凝土路面維修技術(shù),要從各方面綜合考慮,合理進(jìn)行選擇。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介:周巍(1975- ),男,供職于廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司,研究方向:工程建設(shè)管理。