水泥混凝土路面預養護技術對策研究

郭 峰 王鶴翼

水泥混凝土路面以其強度高、承載能力大、使用壽命長等優點，在我國公路網中占據相當大的比重。然而，水泥混凝土路面一旦發生結構性損壞，路面維修需要封閉交通，同時水泥混凝土需要一定的時間進行養生以達到一定的設計強度。因而維修時間較長，對道路交通干擾較大，影響道路的正常運營。路面預防性養護(Pavement Preventive Maintenance，簡稱預養護)是指在不增加路面結構承載力的前提下，對結構完好的路面或附屬設施有計劃地采取某種具有較高效益費用比的措施，以達到保養路面系統、延緩損壞、保持或改進路面功能狀況的目的[1］。通過對路面有計劃的實行預養護，使路面使用性能維持在一個較高的水平，為公路運輸提供安全、舒適和耐久的路面。因此，預防性養護對于水泥混凝土路面具有特別重要的意義。

本文通過分析水泥混凝土路面典型損壞的成因機理，并總結國內外現有各項預養護技術措施，針對不同的水泥路面病害，提出預防性養護措施的適用條件和施工工藝，為水泥混凝土路面預防性養護提供依據。

1 路面主要損壞類型

水泥混凝土路面在行車荷載和環境因素的共同作用下將出現各種損壞。這些損壞具有不同的形態和成因，并對路面結構性能與功能性能產生不利影響。它們按使用狀態可分為結構性破壞和功能性破壞兩大類。

結構性破壞是由于路面各層的承載能力降低引起的，反映在表面上往往是裂縫。功能性損壞是由于路面提供給道路用戶的服務能力下降引起的，反映在路面上則是平整度降低。

按損壞形態可分為五大類:

1)斷裂類病害:斷裂類病害主要有以下4種:裂縫、破碎、斷角和補塊。2)變形類病害:變形類病害主要有脫空、唧泥、錯臺、拱起、脹起、沉陷6種類型。3)接縫類病害:接縫類病害主要有接縫剝落、縱縫張開、接縫填縫料損壞3種類型。4)表面類病害及路肩損壞:表面類病害及路肩損壞主要有露骨、表層裂紋、層狀剝落、坑洞、路肩損壞5種類型。5)修補類:主要包括小補丁(修補面積小于0.5 m2)，大補丁(修補面積大于0.5 m2)和開挖補塊。

2 路面損壞成因機理

2.1 設計方面原因

在設計過程中各種參數決定了道路的等級以及路面結構的形式。由此，在使用年限內對混凝土強度、面板厚度、基層類型和模量等方面提出了不同的技術要求，所以在充分收集初始年日平均交通量和交通組成，方向分配系數和車道分配系數，交通量的年平均增長率等交通資料的基礎上，經科學計算，合理準確的設計是施工的前提和依據。

造成水泥混凝土路面損壞，特別是早期損壞的另一大原因是路面排水設計不合理。水泥混凝土路面由于具有接縫，其密封性不及瀝青路面。在設計中如果沒有設置或少有設置地下排水設施，如肓溝、滲溝、滲井等，而兩側路肩壓實后透水性又差，則沿接縫或裂縫下滲進入基層和土基的水分將長期積聚在板下而無法排出。由此將造成基層和土基強度降低，并在車輛荷載的作用下產生高速水流沖刷基層，導致路面板出現脫空、唧泥和錯臺等損壞。

2.2 施工方面的問題

在水泥混凝土施工過程中未嚴格按施工規范進行施工。在原材料質量控制、基層標高和平整度控制、施工配合比控制及施工工藝控制等環節未認真對待。混凝土中粗集料級配不良，細長及扁平狀顆粒的含量過高，降低了混合料的粘結度，或所選用的水泥質量不穩定，澆筑過程中未按規范要求完全振搗密實，蜂窩麻面較嚴重。此外，在施工過程中標高控制不嚴格，致使路面厚度嚴重不足，達不到設計的要求。

因而，施工單位應隨時對水泥混凝土路面的施工質量進行自檢。當施工監督人員發現異常情況，應加大檢測頻率，找出原因，及時處理。

2.3 使用和養護方面的原因

在路面施工過程中，養護不及時是造成路面損壞快速發展的一個重要原因。在路面使用過程中若未及時疏通地表排水設施，造成路面積水，積水通過伸縮縫、邊溝等薄弱環節滲入路面基層及路基，致使其強度降低，造成路面板面提前破壞。養護人員忽視了路面養護工作，錯過了路面裂縫及伸縮縫灌縫等預防性養護和初期養護的大好時機，造成地表水下滲，進而導致路面產生結構性損壞。

此外，車輛頻繁超載也是導致路面提前發生損壞的一大重要原因。在軸載等效換算中，超重軸載對路面造成的損傷與標準軸載相比成冪函數關系增長。因此按標準軸載設計的路面結構厚度，在超載車輛作用下其疲勞壽命將大大縮短，最終致使路面板提前破壞。

2.4 典型損壞成因分析

1)裂縫類損壞。水泥混凝土路面裂縫分為橫向、縱向、交叉裂縫等。縱向裂縫:指順路方向出現的裂縫，主要由于無傳力桿或缺少傳荷能力、填料土質不均勻、膨脹性土、凍脹、混凝土板強度不足或疲勞開裂、路基處理不當等原因造成[2］。橫向裂縫:垂直于行車方向的有規則的裂縫稱為橫向裂縫，主要是由干燥收縮和溫度收縮所造成。交叉裂縫:路面上兩條或兩條以上相互交錯的裂縫稱為交叉裂縫，主要由于混凝土強度不足、路基和基層的強度與水穩定性差引起的不均勻沉降而形成的。

2)板底脫空損壞。脫空:基層與面層發生了脫離即為脫空。發生脫空的原因有很多，如路基施工時壓實不均，導致路基沉降;在外界載荷的長期作用下，基層發生了塑性變形。唧泥:當水泥混凝土路面板下發生脫空時，板下匯集了積水，當車輛通過脫空的路面板時，會有明顯的活動感，隨即發生積聚的泥水從板下濺出現象即為唧泥。有的地區基層采用的砂石級配不合理，或細料含量過多，或未經處治，同樣存在整體性、穩定性及防凍性差的問題，造成路面錯臺、唧泥等損害。

3)接縫類。接縫是水泥混凝土路面的薄弱環節，出現損壞的幾率大，類型也較多。接縫類損壞發生的范圍雖然是局部的，但往往會導致板塊出現斷裂，從而使路面的使用壽命迅速降低。縱向接縫張開主要是由于縱縫內未按規定要求設置拉桿，相鄰板塊在溫度和橫向坡度的影響下出現橫向位移，使縫隙逐漸變寬。唧泥和板底脫空是由于接縫填封料失效、雨水下滲、基層材料不耐沖刷、接縫傳荷能力差和重載反復作用而造成的。唧泥在發展過程中，基層頂面受沖刷，細料被有壓水沖積在鄰板板底脫空區域內，使接縫或裂縫兩側板面出現高程差，便形成錯臺。拱起通常發生在春季和炎熱的夏季，橫向接縫或裂縫處板塊由于膨脹受阻而出現突發性的向上隆起，有時還伴隨鄰近板塊出現橫向裂縫。

4)表層表面類。表層損壞雖然僅影響混凝土板的面層，但對行車的影響較大，并且難以修復。

松散:水泥混凝土路面由于結合料不足或失效，成片或成段呈現過度粗糙和砂石材料分離，稱為松散。松散主要是由于砂石含泥量較大、水泥質量較差或用量較少、混凝土強度不足引起。

磨光:水泥混凝土路面磨成光面時，其摩擦系數已降到極限值以下。磨光的主要原因是由于水泥路面水泥砂漿層強度低，水泥等原料耐磨性差。路面使用時間較長也會發生磨光現象。

3 預養護技術措施

路面養護在道路服務壽命中扮演著重要的角色。根據養護時機的不同，可將養護方法分為三類，即預防性養護、日常養護和糾正型或反應型養護[3］。

對于水泥混凝土路面，典型的預養護技術措施主要包括接縫填縫、裂縫填縫、剝落維修、金剛石研磨、傳荷恢復、部分厚度補塊、板底壓漿和刻槽等[4］。

3.1 接縫填封

接縫填封料可以密封水泥混凝土路面接縫，防止水浸入板底，從而減少基層的沖刷、唧泥和板底脫空。

1)適用條件。

接縫壁完好，有很少或基本沒有剝落。接縫寬度在一年內任何溫度下都不能小于1 cm。當路面比較新的時候，采用氯丁橡膠進行填封，當路面使用年限較長時(超過10年)常采用硅樹脂進行填封。當剝落深度不超過2.5 cm、寬度小于4 cm時，采用自流平硅樹脂進行填封(從接縫壁開始測量)。如果剝落超過了這個限度，為了使用硅樹脂，應首先進行接縫剝落維修。

2)施工工藝。

a.清除舊填料。槽面清掃干凈有助于新的填料與之更好的粘結，用鋸片機對接縫進行切割，深度達到3 cm以上，切割完畢后用吹風機吹干。

b.清掃槽口。槽面需要非常干凈才能保證良好的粘結性，清潔后接縫槽壁上應該無灰塵、污物或者可見的填縫料殘留物。

c.安裝支撐棒。接縫清潔后，先安裝支撐棒，再灌入液體填縫料。支撐棒和填縫料要相適應，并且直徑要比接縫寬度大25%。常溫填縫料施工完畢后需養生12 h～14 h，使填縫料固化。加熱填縫料在施工后可立即開放交通。

3.2 裂縫填封

灌縫材料有環氧樹脂類、聚氨酯與改性聚氨酯類、烯類及瀝青橡膠類，其目的是為了減少水分和堅硬物質進入路面結構。

1)適用條件。水泥混凝土路面損壞速度比較慢時，要優先進行裂縫填封的處理。對于寬度小于3 mm的輕微裂縫，可擴縫灌漿;對于貫穿全厚的寬度在3 mm～15 mm的中等裂縫，可采用取條帶四面進行封縫。

2)施工工藝。順著裂縫擴張1.5 cm～2.0 cm的溝槽，槽深可根據裂縫深度確定，最大深度不超過2/3板厚。清除混凝土碎屑，填入粒徑0.3 cm～0.6 cm的清潔石屑，最后把灌縫材料填入，即可開放交通。

3.3 金剛石研磨

金剛石研磨是使用打磨機磨掉水泥混凝土路面大約6 mm厚的混凝土層，目的是為了恢復路面的縱向紋理，提高行車質量。同時還可以修復輕微錯臺，以提高路面抗滑性能。

1)適用條件。路面不能有板角斷裂、剝落或波浪等損壞。允許出現的損壞包括輕微的裂縫，錯臺不能超過6 mm。當錯臺超過6 mm時，一般要求與其他措施配合使用。施工溫度不宜低于2℃。

2)施工工藝。金剛石研磨最好能沿著一條車道連續作業，研磨時最好從路面邊緣開始逐漸向中心線推進。研磨應該涵蓋路面的整個表面，以獲得最好的行駛性能、相同的抗滑性能、均勻的外觀。施工時應及時用真空吸塵器清除打磨下的混凝土漿體，避免漿體流入相鄰車道。

3.4 傳荷恢復

傳荷能力的修復是指使用切割機在垂直接縫或裂縫處割出一條深至1/2板厚處的縫，然后將傳力桿放入切好的縫中，最后將縫回填后再對路面進行金剛砂打磨。其目的是為了維修橫向的裂縫和接縫，使之擁有更好的傳荷能力，維持接縫水泥混凝土路面的性能，避免產生更嚴重的損壞。這項技術主要是恢復接縫和裂縫傳荷的能力，因此對改善錯臺和提高結構承載能力具有重要意義。

1)適用條件。路面損壞要求具有良好～中等的狀況，沒有嚴重的損壞出現。在接縫和裂縫處的剝落要很少或沒有。裂縫寬度不超過6 mm，錯臺不大于3 mm。

2)施工工藝。可對一條車道封閉交通后進行施工，而將其他車道保持通行。一般施工流程為刻槽、安裝傳力桿、填封刻槽、金剛石研磨。填封材料應與原路面材料相同。

3.5 全深度修補

全深度混凝土板塊的更換可以恢復接縫或裂縫傳遞板間荷載的能力，并可以最大限度地減小垂直彎沉。處置的目標不僅要恢復損壞，而且要防止或減緩損壞的再次出現。

1)適用條件。當混凝土路面出現多種損壞類型，且損壞等級較嚴重時，可采用全深度修補措施予以徹底解決。

2)施工工藝。a.舊混凝土的挖除。去除混凝土的常用方法有吊除法和破碎清除法。破碎工作應從補塊的中心處開始，然后擴展到全深度鋸口。b.墊層、地基的預處理。舊混凝土挖除后應將松散墊層、土基材料予以清除。如果修補區域內水分過多，應下挖并設置橫向排水。如果墊層、土基在攤鋪混凝土前保持干燥，就應在攤鋪混凝土前噴灑一定量水，以使界面保持濕潤，避免混凝土水分流失到墊層、土基中去，對水泥水化造成不利影響。c.荷載傳遞系統。修補的工作縫應盡量靠近現有車道工作縫，傳力桿也應該按規定位置擺放。將環氧樹脂或水泥漿灌入孔的后部，這樣在插入傳力桿時漿體就會朝板的切割面流動，從而排出空氣。

在完成上述三項工序后，還需依次做好混凝土攤鋪、整平、養生和封縫等工作。

3.6 鉆孔壓漿處治法

壓漿是指將具有膠凝和固化性能的材料配置成漿液，用泵壓設備將其灌入地基或裂縫內，粘結并固結，使板面與基層密貼，提高其承載力和剛度，延長板塊的使用壽命。

1)適用條件。脫空板、沉陷、錯臺、破碎板(未出現松動現象)等。

2)施工工藝。a.每塊板的灌漿孔不宜少于5個，靠路肩側灌漿孔宜增至8個;孔徑一般為5 cm。b.灌注孔鉆好后，用壓縮空氣將孔清理干凈，保持干燥。c.灌漿順序應按照先板角、邊，后板中進行;多板灌漿時，先路肩側、后向路中推進。d.在第一次灌漿后，須等待0.5 h～1.5 h后方可進行第二次灌漿。e.灌漿結束后，灌漿孔即用木塞臨時封堵，以免雜物掉落其中。

3.7 刻槽

為了改善路面防滑性能，可用刻槽機對磨光路面進行刻槽處理，以增加其抗滑能力，提高行車安全[5］。

1)適用條件。路面性能良好，僅表面磨光，無裂縫等病害。

2)施工工藝。a.水泥混凝土表面出現局部性起皮、剝落、龜裂、麻面、露骨、松散等破損時，可在路面板表面鑿除破損，而后在上面作薄層表面處治。b.采用刻槽機器按照設計要求在磨光路面表面有序刻槽。c.清掃刻槽后的粉塵。

4 結語

1)水泥混凝土路面在行車荷載作用下，將產生各種類型的損壞，按使用狀態可將其分為結構性損壞和功能性損壞兩類，按形態類型可分為斷裂類病害、變形類病害、接縫類病害、表面類病害及路肩損壞、修補類。

2)造成水泥混凝土路面損壞的原因是多方面的，既有設計和施工中的不足，也有使用和養護中的缺失。針對具體損壞類型，其相應的成因機理也各不相同，在路面養護中需要區別對待。

3)總結了適用于水泥混凝土路面預養護的技術措施，明確了其功能、使用條件和施工工藝。

[1]Insights into Pavement Preservation[R］.Washington:U.S.Federal Highway Administration，2003.

[2]孫家瑛.水泥混凝土路面裂縫成因及預防治理措施[J］.國外公路，1999(5):38-39.

[3]劉黎萍，王信棠，管紅梅.預防性路面維護的效益[J］.上海公路，2001(3):7-9.

[4]周文獻.水泥混凝土路面使用性能預測與養護維修對策研究[D］.上海:同濟大學，2005.

[5]凌建明，官盛飛，張昌堯.水泥混凝土路面預養護技術研究[J］.中國市政工程，2008(2):77-80.

[6]頊桂蓮.水泥砼路面病害成因和預防養護研究[J］.科技情報開發與經濟，2006，16(9):66-67.