水泥路面“白改黑”加鋪技術(shù)要點(diǎn)

■陳德路

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司漳州管理分公司，漳州 363000）

0 “白改黑”技術(shù)的時(shí)代背景

上世紀(jì)八九十年代，國、省道修建的水泥混凝土路面因具有：①剛度大、承載能力強(qiáng)。板底分布荷載小，對基層承載力的要求相對較低；②穩(wěn)定性好（高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性）；③標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下彎拉強(qiáng)度高、疲勞壽命長；④養(yǎng)護(hù)工作量小，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，加上國內(nèi)施工企業(yè)技術(shù)成熟、又能充分利用當(dāng)?shù)氐V藏資源，水泥及集料等路用材料均能就地取材而得到快速發(fā)展。但隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路交通量驟然增長，以載貨汽車的比例增長和重載超限為顯著特征，水泥混凝土路面在重交通流量和重載的雙重作用下，普遍出現(xiàn)大量的斷板、角隅破損甚至斷角、接縫處破損、沉陷引起錯(cuò)臺、開裂、板底脫空、填縫料脫落等病害，以斷板、板底脫空、開裂和錯(cuò)臺為典型，特別是地質(zhì)情況和氣候環(huán)境比較復(fù)雜的地區(qū)尤為如此。這些病害已嚴(yán)重影響了路面行駛質(zhì)量，降低公路服務(wù)水平，甚至帶來不同程度的安全隱患，制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展對公路交通的服務(wù)需求[1]。

1 “白改黑”路面結(jié)構(gòu)概述

1.1 “白改黑”加鋪

水泥路面?zhèn)鹘y(tǒng)的維修方法或采用整塊挖除、重新澆筑；或采用“白加白”，即加鋪一層水泥混凝土面層。由于面板強(qiáng)度高、硬度大，挖除費(fèi)工費(fèi)時(shí)，混凝體澆筑與養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)間長，二者都沒能擺脫水泥混凝土使用和維修困難的固有缺陷，治標(biāo)不治本。瀝青混凝土因具有施工周期短、養(yǎng)護(hù)維修快捷、表面平整（無斷縫）、路表抗滑性能好、噪聲低、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)，直接加鋪在水泥混凝土路面上，構(gòu)成“白加黑”復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)，在國、省道水泥路改造工程的應(yīng)用中，有效改善路面行駛質(zhì)量，提高公路運(yùn)輸效益，因而得到普遍推廣。

“白改黑”加鋪是指：利用舊水泥混凝土（灰白色）的強(qiáng)度和剛度并具有良好擴(kuò)散應(yīng)力的能力，經(jīng)病害徹底處治后加鋪瀝青混凝土面層（黑色），構(gòu)成上黑（加鋪層）下白 （舊水泥路面灰白色）的復(fù)合式路面結(jié)構(gòu) （如圖1所示），以改善路面使用性能，包括：承載能力、穩(wěn)定性、耐久性、表面平整性、表面抗滑性，達(dá)到環(huán)保、防塵、降噪和行車舒適的效果。特別是表面平整性和表面抗滑性方面尤其顯著，經(jīng)“白改黑”加鋪后，車輛在雨天行駛時(shí)，緊急制動(dòng)效果顯著提高，大大減少交通事故。近年來對國、省道水泥路大都采用此法進(jìn)行改造，工程實(shí)踐較多，施工工藝相對成熟，既充分留用原路面結(jié)構(gòu)材料，又有效控制工期，取得良好的社會(huì)效益。

圖1 “白改黑”路面結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 “白改黑”路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

（1）改善表面平整性

不平整的路表增大行車阻力，使車輛產(chǎn)生附加的振動(dòng)作用，這種振動(dòng)作用造成行車顛簸，影響行車的速度和安全、駕駛的平穩(wěn)和乘客的舒適，同時(shí)，振動(dòng)還會(huì)對路面施加沖擊力，加劇路面和車輛機(jī)件的損壞和輪胎的破壞。因此，加鋪后提高路表平整性，改善行車安全性、舒適性。

（2）增強(qiáng)表面抗滑性能

路面抗滑性能在車輛低速時(shí)主要取決于集料表面的微觀紋理，高速時(shí)主要取決于路面表面的宏觀紋理，增強(qiáng)路面與輪胎的附著力或摩擦力，雨天高速行車，或緊急制動(dòng)或突然啟動(dòng)或爬坡、拐彎時(shí)，車輛能避免輪胎空轉(zhuǎn)或打滑。尤其緊急制動(dòng)效果顯著改善。由于水泥混凝土表面易磨光，瀝青混凝土在抗滑性方面凸顯優(yōu)勢。

1.3 “白改黑”路面結(jié)構(gòu)存在的問題

“白改黑”加鋪通車2～3年后，通常相繼出現(xiàn)的病害：裂縫、反射裂縫、松散、坑洞、唧槳、推移。尤其以反射裂縫和推移最為顯著。

（1）加鋪層反射裂縫

反射裂縫是“白改黑”加鋪?zhàn)钪饕膯栴}之一，表現(xiàn)形式通常有：

①平行縫：舊水泥路面板的構(gòu)造縫或舊板開裂但尚未形成錯(cuò)臺而形成；

②縱向縫：水泥板發(fā)生錯(cuò)臺形成的縱向不平整而造成。

瀝青混凝土加鋪層屬于柔性路面結(jié)構(gòu)，與剛性的水泥混凝土結(jié)構(gòu)存在很大的差異。舊水泥面板客觀上存在脹縫、縮縫、施工縫和原有裂縫，造成承重層介質(zhì)不連續(xù)，加鋪后在重載交通的作用下和環(huán)境影響下，重載交通作用指車輪通過時(shí)接縫處因相鄰板塊的彎沉差出現(xiàn)豎向集中剪應(yīng)力；環(huán)境影響指溫變效應(yīng)（降溫因收縮產(chǎn)生水平向集中拉應(yīng)力，升溫因膨脹受約束產(chǎn)生溫度翹曲應(yīng)力）。相鄰板塊的彎沉差與溫變效應(yīng)長期綜合作用，接縫處加鋪層底面因疲勞而開裂，隨后緩慢擴(kuò)展到頂面，形成反射裂縫。路表水隨即沿裂縫滲入面層，引起面層材料脫落。

反射裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展和破壞是一個(gè)緩慢連續(xù)的過程，最初由溫度應(yīng)力引起，行車荷載的重復(fù)作用加劇了發(fā)射裂縫的擴(kuò)展，最終擴(kuò)展到加鋪層頂面導(dǎo)致破壞。

（2）加鋪層與舊水泥路面的層間黏結(jié)

水泥混凝土與瀝青混凝土層間黏結(jié)不良，抗剪能力低，導(dǎo)致加鋪層出現(xiàn)推移、擁包等病害，尤其是薄層加鋪，彎道、陡坡路段，層間連接更為重要。

2 舊水泥路面調(diào)查與使用性能評價(jià)

對舊水泥路面的調(diào)查和使用性能的評價(jià)，是合理布置加鋪層的重要前提和必要過程。

2.1 舊水泥路面病害調(diào)查

調(diào)查路面損壞狀況，包括：損壞類型、輕重程度、范圍與修復(fù)措施等，現(xiàn)場病害照片如圖2所示。

（1）裂縫、斷板、斷角、角隅破損;

（2）唧槳、錯(cuò)臺、板塊脫空、沉陷;

（3）接縫損壞;

（4）磨損、露骨、坑洞與起皮。

圖2 路面破碎病害現(xiàn)場照片

2.2 舊路面狀況檢測

（1）舊路面當(dāng)量回彈模量

以板中為標(biāo)準(zhǔn)荷載位置，每車道、每公里布置若干檢測區(qū)，檢測區(qū)從板塊荷載中心點(diǎn)起等距布點(diǎn)，測定彎沉值。一般采用貝克曼梁彎沉儀進(jìn)行檢測，現(xiàn)場檢測如圖3所示。

圖3 貝克曼梁彎沉檢測現(xiàn)場照片

（2）接縫傳荷能力

標(biāo)準(zhǔn)荷載施加于臨縫路面、實(shí)測接縫兩側(cè)邊緣彎沉值，通常每公里單幅檢測20點(diǎn)，測點(diǎn)在兩個(gè)車道上交錯(cuò)布置，采用落錘式彎沉儀檢測。

（3）取芯檢測舊水泥板強(qiáng)度

依據(jù)彎沉檢測結(jié)果取芯檢測其彎拉、抗壓強(qiáng)度。還可以根據(jù)現(xiàn)場情況，對水泥路面裂縫板、破碎板等病害及完好板塊處取芯，現(xiàn)場取芯樣照片如圖4所示。

圖4 裂縫處取芯現(xiàn)場照片

2.3 舊水泥路面使用性能評價(jià)

舊水泥路面使用性能評價(jià)從不同角度反映路面狀況對行車要求的適應(yīng)工況，包括：

（1）路面結(jié)構(gòu)承載能力：即路面在達(dá)到預(yù)定的破壞之前所能承受的車輛荷載作用次數(shù)。

（2）接縫傳荷能力：根據(jù)彎沉差的規(guī)定值，判定接縫傳荷能力的好壞。以評價(jià)整體性好壞。

（3）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與厚度：統(tǒng)計(jì)計(jì)算強(qiáng)度與厚度，按規(guī)定方法判定路面整體性好壞。

（4）舊水泥路面當(dāng)量回彈模量：計(jì)算各車道板中心荷載下的彎沉，判定路面結(jié)構(gòu)整體性好壞。

（5）舊路面狀況評價(jià)：舊水泥路面的損壞狀況采用斷板率（DBL）和平均錯(cuò)臺量兩項(xiàng)指標(biāo)評定。根據(jù)病害調(diào)查的斷裂類板塊數(shù)量，按斷裂縫種類和嚴(yán)重程度的不同，采用不同的權(quán)系數(shù)進(jìn)行修正，計(jì)算斷板率DBL和平均錯(cuò)臺量。

（6）總體評價(jià)。

對以上五項(xiàng)檢測與計(jì)算結(jié)果綜合分析，判定是否符合加鋪條件。

3 加鋪層瀝青混合料類型的選擇

加鋪改造的目的是改善面層路用性能并持久保持這些性能即所謂耐久性，以提高路面行駛質(zhì)量。國、省道水泥路“白改黑”加鋪瀝青面層，路用性能中主要體現(xiàn)在降噪、潮濕抗滑性能的提高、減震（良好的路表平整度）方面顯著改善，在投資造價(jià)可承受前提下，根據(jù)交通等級和功能需求確定加鋪層混合料類型。

3.1 確定交通等級

國、省道周邊開發(fā)區(qū)多、制造業(yè)廠家多，因而載貨車輛質(zhì)量大，時(shí)常出現(xiàn)季節(jié)性、周期性高峰，交通量、軸載組成及增長率等交通特征接近重交通，推薦按照重交通等級加鋪設(shè)計(jì)計(jì)算，即大型客車及中型以上貨車交通量1500～3000 輛/日·車道。

3.2 選擇混合料所用的集料大小

集料公稱最大粒徑的采用取決于交通等級，交通荷載越重，采用越大的集料與之匹配，以滿足承載要求[3]。

3.3 考慮路表表觀

混合料所用的集料越大，路面表面紋理越粗，抗滑性越好，但施工時(shí)通常也越容易離析。

綜上三個(gè)因素，加鋪層下層推薦采用中粒式密級配混合料，如AC-20或AC-16，其粗糙的表面有利于層間連接，同時(shí)由于瀝青用量相對較低，作為加鋪層的下層比較經(jīng)濟(jì)；上層推薦采用瀝青瑪蹄脂碎石（SMA），與密級配混合料相比，SMA瀝青混合料具有高粗集料含量、高瀝青含量、高礦粉含量以及低空隙率等特點(diǎn)，既提高抗永久變形能力，又增加瀝青的黏結(jié)能力，提高耐久性，低空隙率減少水的滲入和混合料老化硬化[4]。通過合理級配組成設(shè)計(jì)后具有良好的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、構(gòu)造紋理。各層厚度依據(jù)改造設(shè)計(jì)計(jì)算確定。

推薦加鋪結(jié)構(gòu)組合：SMA-13+AC-20。

4 舊水泥路面病害處治

（1）破碎板處治

①基層處理，整塊換板

板有兩條以上裂縫、兩個(gè)以上破損角、一個(gè)破損角面積大于1/4板塊，且路面基層出現(xiàn)破壞的。

②整塊換板，基層不做處理

板塊有兩條以上裂縫、或者板塊有兩個(gè)以上的角損壞、或者一板角的損壞面積大于1/4板塊面積，但基層完好。

③板塊局部維修

板塊內(nèi)僅有一條貫穿裂縫，或一個(gè)破損角，且破損角面積小于1/4板塊面積[2]。

（2）裂縫處治

板內(nèi)有裂縫且板內(nèi)無錯(cuò)臺時(shí)，無需換板，只進(jìn)行裂縫維修和混凝土加固即可。一般，小于1cm的裂縫采用灌縫處理；大于1cm的裂縫采用填縫處理。

（3）構(gòu)造縫處治

圖5是一種典型的接縫處理方式，采用混凝土路面專用填縫料灌縫處理。

圖5 路面板接縫的處理

（4）錯(cuò)臺處治

錯(cuò)臺高差小于1cm，用切削機(jī)鑿除錯(cuò)臺，修補(bǔ)縱坡變化在1%內(nèi)。

錯(cuò)臺高差大于1cm，且一塊板不穩(wěn)定時(shí)（彎沉差大于6），換板處理。

（5）板塊脫空

板塊脫空（彎沉值大于20）且彎沉差小于0.06mm，板塊間具有良好的傳荷能力，灌漿處理。

處治后的水泥路面應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：

混凝土板彎沉值應(yīng)小于20（0.01mm）；

相鄰板塊間的彎沉差應(yīng)小于6（0.01mm）。

5 加鋪層反射裂縫的防治措施

反射裂縫和加鋪層與舊水泥路面的層間黏結(jié)不良，始終是“白改黑”路面結(jié)構(gòu)的最主要的兩個(gè)問題。

5.1 改善層間黏結(jié)不良的措施

（1）選擇加鋪層下層混合料所用的集料粒徑，合理配合比，控制油石比；

（2）舊水泥板表面預(yù)處理。

常采用銑刨機(jī)銑刨后清理干凈，恢復(fù)路表的平整度和粗糙度。

5.2 防治反射裂縫的措施

由于加鋪時(shí)不同的交通條件和環(huán)境情況，防治反射裂縫的措施與方法也各不相同。根據(jù)側(cè)重點(diǎn)的不同，大致有三種：一是側(cè)重改變加鋪層，采用不同的加鋪厚度，在加鋪層切縫；二是側(cè)重對舊水泥路面的處治，如水泥面板加固，舊水泥面板碎石化處理；三是側(cè)重設(shè)置防裂夾層，如土工材料類、應(yīng)力吸收層等。

（1）加鋪層切縫

面層對應(yīng)舊水泥路面的接縫處位置切橫縫，并填實(shí)封縫料，可防止反射裂縫的產(chǎn)生。此法只在舊水泥面板工況良好的路段使用，切橫縫難于嚴(yán)格密實(shí)，易滲水。適用范圍小。

（2）舊水泥面板碎石化

舊水泥面板碎石化由于工期長、破碎造價(jià)昂貴，且作為碎石基層，級配難于掌握，目前尚未形成共識。

（3）設(shè)置防裂夾層①土工材料類

土工材料類在一定程度上能防治反射裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展，但各自有材料性能的局限性。土工布可緩解因溫縮效應(yīng)引起的拉應(yīng)力，對板塊間相對位移即沉降差引起的豎向剪應(yīng)力幾乎不起作用；改性瀝青油氈可有效緩解水平和豎向應(yīng)力，但易老化，防水和黏結(jié)性能難于保持；玻纖格柵受溫度變化影響大，施工質(zhì)量難于控制。

②設(shè)置應(yīng)力吸收層

用高粘度瀝青（橡膠瀝青或SBS改性瀝青）撒噴在水泥板表面，立即撒布單一粒級（9～12mm）的封層集料，再進(jìn)行碾壓，將集料嵌入瀝青膜。

應(yīng)力吸收層通過瀝青膜的變形和碎石的轉(zhuǎn)動(dòng)，消解應(yīng)溫度荷載引起的水平拉應(yīng)力，吸收板塊位移差引起的豎向剪應(yīng)力，起到防止或延緩反射裂縫的產(chǎn)生。同時(shí)吸收層施工和易性好，施工質(zhì)量易控制，適用范圍廣，得到廣泛應(yīng)用。

設(shè)置應(yīng)力吸收層的作用表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

①改善層間應(yīng)力狀態(tài)，避免推移，延緩反射裂縫的形成，提高抗裂能力；

②粘結(jié)效果好，增強(qiáng)層間的黏結(jié)；

③封水和抗?jié)B性能好，有效防止加鋪層下層產(chǎn)生水沖刷作用。

6 瀝青加鋪層施工

（1）原材料品質(zhì)選擇與控制：選好瀝青、礦料、添加劑，明確加工工藝與設(shè)備要求，從品質(zhì)、加工、運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場管理四個(gè)環(huán)節(jié)掌控原材料質(zhì)量；

（2）瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)：加鋪各層目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比調(diào)試和施工過程優(yōu)化調(diào)整；

（3）施工關(guān)鍵工藝與質(zhì)量控制：工作面準(zhǔn)備、拌和工藝、運(yùn)輸過程、攤鋪工藝、碾壓工藝、接縫處理等；

（4）工程質(zhì)量管理與檢驗(yàn)評定：施工過程中的關(guān)鍵指標(biāo)壓實(shí)度、厚度、彎沉、平整度的檢查與檢測、按評定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行質(zhì)量評定。

7 結(jié)論

近年來，國、省道水泥路面改造多采用對舊水泥路面的病害處治后，直接加鋪罩面，或一厚層或二層。但如何防止、延緩反射裂縫在加鋪層中的產(chǎn)生和發(fā)展，仍是“白改黑”加鋪工程中急需解決的關(guān)鍵問題。

設(shè)置應(yīng)力吸收層，可增強(qiáng)層間的黏結(jié)性能，保持結(jié)構(gòu)的整體性，防止路表水滲入舊水泥板裂縫，起到防水作用。既可緩解接縫處溫縮效應(yīng)產(chǎn)生的水平拉應(yīng)力，也可吸收相鄰板塊間的沉降差引起的豎向剪應(yīng)力，同時(shí)其彈性模量較低，具有足夠的應(yīng)變空間。有效防止和延緩反射裂縫的形成和發(fā)展。工藝要求簡單易控制，適用范圍廣，具有良好的應(yīng)用空間。

[1]楊芳.淺談水泥混凝土路面“白改黑”工程中防反射裂縫技術(shù).建材與裝飾，2016（1）：268-270.

[2]JTJ 073.1-2001，公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]黃曉明，趙永利，高英.高速公路瀝青路面設(shè)計(jì)理論與方法[M].北京.人民交通出版社,2006.

[4]梁洪國.SMA在舊水泥路面加鋪工程中的應(yīng)用研究［D］.長安大學(xué)，2007.