舊水泥混凝土路面維修改造技術(shù)分析與研究

蘇 華

中煤科工集團武漢設(shè)計研究院有限公司（430064）

舊水泥混凝土路面維修改造技術(shù)分析與研究

蘇 華

中煤科工集團武漢設(shè)計研究院有限公司（430064）

水泥混凝土路面由于交通量加劇以及重載車輛的反復作用，導致其出現(xiàn)不同程度的破損現(xiàn)象，因此，根據(jù)破損狀況及其周圍環(huán)境，亟需相應的合理改造方案。這里以三里河水泥混凝土路為工程依托，通過統(tǒng)計其斷板率和測定其彎沉值，以此確定水泥混凝土路面的破損狀況，并分析病害成因，進而提出加鋪瀝青路面的改造方案。

舊水泥混凝土路面；斷板率；彎沉；瀝青路面

目前，隨著早期建成的混凝土公路使用年限的不斷加劇，特別近些年來，由于交通量的急劇增加和重載交通的反復作用，使得混凝土路面出現(xiàn)不同程度的損壞，因此導致大量的水泥混凝土路面工程必須進行綜合升級改造。本文以三里河路水泥混凝土路為工程背景，調(diào)查與分析水泥混凝土路面破損狀況以及破損形式，據(jù)此結(jié)合工程實際狀況，提出相應的水泥混凝土路面改造方案[1-2]。

1 工程概況

三里河路路面改造工程東起于合安路，向西止于萬佛路交叉口,道路全長3 940 m。原道路等級為城市主干道1，設(shè)計車速60 km/h，路寬22 m，為水泥混凝土路面,路面結(jié)構(gòu)為:24 cm水泥混凝土+20 cm水泥穩(wěn)定碎石+50 cm天然砂礫。老路布置簡易綠化帶和非機動車道,路面具體布置情況為:機動車道2×11.0 m,為雙向六車道,非機動車道寬度為2×5.0 m,側(cè)分隔帶寬度為2×3.0 m，人行道寬度為2×6.0 m。

1.1 舊水泥混凝土路面破損狀況調(diào)查分析

隨著近些年來交通量不斷地增加，導致三里河路已出現(xiàn)病害，特別是道路南半幅路，由于重載車輛的不斷作用，導致本幅道路病害現(xiàn)象集中且損害十分嚴重。根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，混凝土路面破損主要分為:路面裂縫類和坑洞類。其中裂縫類病害主要有縱橫及斜向裂縫、角隅斷裂等；坑洞類病害主要有坑洞等。

此次改造設(shè)計對原道路的每一塊水泥板進行病害調(diào)查和統(tǒng)計，K0+000～K3+940原道路的機動車道斷板率為20%，斷板率評價為差。

從DBL評價指標可以看出，K0+000～K3+940全段道路水泥路面損壞程度較大，嚴重影響行車舒適度，三里河原道路綜合DBL評價為差，因此原道路全路段基本都需要換板或者作挖除處理。

表1 水泥混凝土路面損壞狀況評價表

1.2 舊水泥混凝土路面彎沉檢測

對三里河路全線的彎沉檢測采用貝克曼梁彎沉儀測量，按照檢測頻率布置要求全線共設(shè)置監(jiān)測點10 145點。道路評價和路面承載能力評價標準詳見表2和表3。

表2 三里河水泥混凝土路面承載能力評價統(tǒng)計表（彎沉值單位:0.01 mm）

表3 水泥混凝土路面承載能力評價標準

從板角彎沉檢測可以發(fā)現(xiàn)，K0+000～K2+000路段板底脫空比例相對較大,占全部測點的45.96%和30.93%，需要進行換板處理。全路段均存在板角脫空現(xiàn)象，因此全路段需要進行注漿處理。

2 病害分析

針對上述調(diào)查分析，結(jié)合道路運營實際狀況發(fā)現(xiàn)導致水泥混凝土路面病害的主要原因包含以下幾個方面:

1）水泥混凝土路面自身剛度較大，擴散荷載能力強，但是由于其材料自身的變形能力有限、脆性大的特點，使得路面的變形適應能力較差，面層與基層之間容易脫空，特別是由于脫空以及彎沉超標等原因，使得路面結(jié)構(gòu)的整體剛度下降，承載能力明顯不足，路面發(fā)生嚴重破損，引起路面行車顛簸，導致行車不舒適。2）目前交通量急劇上漲，舊水泥混凝土路設(shè)計時對交通量的增長估計不足，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計強度與剛度均不滿足現(xiàn)行大交通量的實際發(fā)展需求。特別是由于本項目路段行駛著大量超載超重車輛，重載車長時間的不斷反復加壓作用，同時由于存在相當高的水平?jīng)_擊力，使得水泥板出現(xiàn)斷裂破壞。3）由于混凝土施工工藝控制不當或者攪拌時間不夠，振搗不密實，拌合時混凝土組成材料溫度過高等原因的影響，導致水泥混凝土路面在冷卻硬化過程中會因溫差導致開裂，那么使雨水可沿著縫隙滲入基層,在行車荷載作用下產(chǎn)生唧泥，同時相鄰塊之間產(chǎn)生抽吸作用，造成錯臺現(xiàn)象，嚴重時甚至面板脫空，當受到的彎拉應力大于混凝土板強度時，造成板塊斷裂。[3]

3 道路改造方案

3.1 加鋪瀝青層前舊水泥混凝土板處理

對于水泥混凝土路面的改造，根據(jù)舊水泥混凝土路面破損狀況的不同程度，提出對應的路面改造方案。

①縫維修。對于破壞程度較小的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，水泥混凝土板塊上僅僅存在少量路面裂縫,無沉陷、坑槽、錯臺等嚴重病害時，對路面裂縫進行灌縫處理。對于寬度小于3 mm的表面裂縫，先進行清縫，然后采用擴縫后封縫膠灌縫處理，灌縫要飽滿。裂縫修補后，粘貼聚酯玻纖維布；對于寬度大于3 mm的裂縫以及貫穿全板的縱、橫縫,即視為斷板。

②局部修補。對于局部有輕微損壞，如局部破碎、橫向裂縫、斷角等病害的路段，采用以下處理方式:按照斷裂的大小確定切割范圍并且放樣，將其打成規(guī)則的垂直面，對原有鋼筋盡量保留全部，如若必須切除，則至少應保留20～30 cm的鋼筋接頭;對于有缺陷的滑動傳力桿，在澆筑新混凝土層之前應加設(shè)傳立桿，然后在破壞處附近1 m處,橫向切除損壞混凝土面板，采用24 cm水泥混凝土恢復路面。

③脫空板處理。當板塊單點彎沉值大于20（0.01 mm）時，需要對板底進行注漿處理，對于單點彎沉值大于40（0.01 mm）的面板，則應按照破碎板處理。板角脫空具體分析如下:板角彎沉≥40（0.01mm），認為板底脫空，需要換板；20（0.01 mm）≤板角彎沉＜40（0.01 mm），板角脫空，必須注漿；板角彎沉＜20（0.01 mm），認為板塊完好。

④破碎板塊處理。對于損壞嚴重的舊水泥混凝土面板,在施工前應以壓路機對現(xiàn)狀路面進行檢壓，以判斷路面是否出現(xiàn)脫空松動現(xiàn)象。對于脫空的混凝土面板，若其下基礎(chǔ)已破壞,則用水泥混凝土進行澆筑調(diào)平，若基礎(chǔ)完整則保留原有的基礎(chǔ)；如若板塊出現(xiàn)大面積嚴重的破碎，甚至出現(xiàn)縱、橫向貫通斷裂，沉陷，錯臺等病害，則首先利用小型鑿巖機或啄木鳥型破碎機破碎舊板（切忌采用沖擊破碎方法），其次將破碎后的舊板及時清運，清掃基層表面松散顆粒及其他雜物,然后用24 cm水泥混凝土澆筑整個混凝土板塊，待新板混凝土終凝后在新舊板結(jié)合處切縱縫，橫縫與周圍舊板橫縫平齊,縫深不小于5 cm。原設(shè)計脹縫、施工縫等應恢復。各種施工縫切完后要及時用高壓水沖洗干凈,待縫面干燥后再及時進行填縫。[4-5]

3.2 加鋪瀝青層厚度的確定

根據(jù)三里河水泥混凝土路面破損狀況調(diào)查分析和承載能力分析發(fā)現(xiàn),本段道路路面破損嚴重，承載能力已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行交通量的要求，需要進行升級改造處理。根據(jù)“白加黑”設(shè)計經(jīng)驗，采用加鋪瀝青路面的方案改造三里河舊水泥混凝土路面。

采用COE法確定瀝青加鋪層的厚度。美國陸軍工程師部隊基于瀝青加鋪層與混凝土加鋪設(shè)計等同的理論——補足厚度缺額，提出了舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層的經(jīng)驗厚度設(shè)計公式:

其中:hd—基于現(xiàn)有地基承載能力和未來交通量，用新建混凝土路面的方案計算得到的混凝土單層面層厚度（cm）;hex—舊混凝土面層厚度；Cb—舊面層板的狀況系數(shù)；F—控制舊面層板在加鋪后裂縫的進一步發(fā)展程度系數(shù),一般取值為0.6～1.0；A—混凝土層厚與瀝青層厚的當量轉(zhuǎn)換系數(shù)，A=3.0。

本項目中hd取值為27 cm，hex取值為24 cm，且在加鋪瀝青之前，已經(jīng)針對不同損壞程度的水泥混凝土板進行了處理，那么Cb=1，F(xiàn)=1.0。

根據(jù)上述加鋪瀝青經(jīng)驗厚度公式可以計算得到: