水泥路面“白改黑”加鋪技術要點

■陳德路

（福建省高速公路集團有限公司漳州管理分公司，漳州 363000）

0 “白改黑”技術的時代背景

上世紀八九十年代，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。板底分布荷載小，對基層承載力的要求相對較低；②穩定性好（高溫穩定性、低溫穩定性、水穩定性）；③標準軸載作用下彎拉強度高、疲勞壽命長；④養護工作量小，使用壽命長等優點，加上國內施工企業技術成熟、又能充分利用當地礦藏資源，水泥及集料等路用材料均能就地取材而得到快速發展。但隨著國家經濟的快速發展，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，普遍出現大量的斷板、角隅破損甚至斷角、接縫處破損、沉陷引起錯臺、開裂、板底脫空、填縫料脫落等病害，以斷板、板底脫空、開裂和錯臺為典型，特別是地質情況和氣候環境比較復雜的地區尤為如此。這些病害已嚴重影響了路面行駛質量，降低公路服務水平，甚至帶來不同程度的安全隱患，制約了經濟發展對公路交通的服務需求[1]。

1 “白改黑”路面結構概述

1.1 “白改黑”加鋪

水泥路面傳統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。由于面板強度高、硬度大，挖除費工費時，混凝體澆筑與養護齡期時間長，二者都沒能擺脫水泥混凝土使用和維修困難的固有缺陷，治標不治本。瀝青混凝土因具有施工周期短、養護維修快捷、表面平整（無斷縫）、路表抗滑性能好、噪聲低、行車舒適等優點，直接加鋪在水泥混凝土路面上，構成“白加黑”復合式路面結構，在國、省道水泥路改造工程的應用中，有效改善路面行駛質量，提高公路運輸效益，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）的強度和剛度并具有良好擴散應力的能力，經病害徹底處治后加鋪瀝青混凝土面層（黑色），構成上黑（加鋪層）下白 （舊水泥路面灰白色）的復合式路面結構 （如圖1所示），以改善路面使用性能，包括：承載能力、穩定性、耐久性、表面平整性、表面抗滑性，達到環保、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“白改黑”加鋪后，車輛在雨天行駛時，緊急制動效果顯著提高，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行改造，工程實踐較多，施工工藝相對成熟，既充分留用原路面結構材料，又有效控制工期，取得良好的社會效益。

圖1 “白改黑”路面結構示意圖

1.2 “白改黑”路面結構的優勢

（1）改善表面平整性

不平整的路表增大行車阻力，使車輛產生附加的振動作用，這種振動作用造成行車顛簸，影響行車的速度和安全、駕駛的平穩和乘客的舒適，同時，振動還會對路面施加沖擊力，加劇路面和車輛機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）增強表面抗滑性能

路面抗滑性能在車輛低速時主要取決于集料表面的微觀紋理，高速時主要取決于路面表面的宏觀紋理，增強路面與輪胎的附著力或摩擦力，雨天高速行車，或緊急制動或突然啟動或爬坡、拐彎時，車輛能避免輪胎空轉或打滑。尤其緊急制動效果顯著改善。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勢。

1.3 “白改黑”路面結構存在的問題

“白改黑”加鋪通車2～3年后，通常相繼出現的病害：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”加鋪最主要的問題之一，表現形式通常有：

①平行縫：舊水泥路面板的構造縫或舊板開裂但尚未形成錯臺而形成；

②縱向縫：水泥板發生錯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構，與剛性的水泥混凝土結構存在很大的差異。舊水泥面板客觀上存在脹縫、縮縫、施工縫和原有裂縫，造成承重層介質不連續，加鋪后在重載交通的作用下和環境影響下，重載交通作用指車輪通過時接縫處因相鄰板塊的彎沉差出現豎向集中剪應力；環境影響指溫變效應（降溫因收縮產生水平向集中拉應力，升溫因膨脹受約束產生溫度翹曲應力）。相鄰板塊的彎沉差與溫變效應長期綜合作用，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。

反射裂縫的產生、發展和破壞是一個緩慢連續的過程，最初由溫度應力引起，行車荷載的重復作用加劇了發射裂縫的擴展，最終擴展到加鋪層頂面導致破壞。

（2）加鋪層與舊水泥路面的層間黏結

水泥混凝土與瀝青混凝土層間黏結不良，抗剪能力低，導致加鋪層出現推移、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 舊水泥路面調查與使用性能評價

對舊水泥路面的調查和使用性能的評價，是合理布置加鋪層的重要前提和必要過程。

2.1 舊水泥路面病害調查

調查路面損壞狀況，包括：損壞類型、輕重程度、范圍與修復措施等，現場病害照片如圖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 路面破碎病害現場照片

2.2 舊路面狀況檢測

（1）舊路面當量回彈模量

以板中為標準荷載位置，每車道、每公里布置若干檢測區，檢測區從板塊荷載中心點起等距布點，測定彎沉值。一般采用貝克曼梁彎沉儀進行檢測，現場檢測如圖3所示。

圖3 貝克曼梁彎沉檢測現場照片

（2）接縫傳荷能力

標準荷載施加于臨縫路面、實測接縫兩側邊緣彎沉值，通常每公里單幅檢測20點，測點在兩個車道上交錯布置，采用落錘式彎沉儀檢測。

（3）取芯檢測舊水泥板強度

依據彎沉檢測結果取芯檢測其彎拉、抗壓強度。還可以根據現場情況，對水泥路面裂縫板、破碎板等病害及完好板塊處取芯，現場取芯樣照片如圖4所示。

圖4 裂縫處取芯現場照片

2.3 舊水泥路面使用性能評價

舊水泥路面使用性能評價從不同角度反映路面狀況對行車要求的適應工況，包括：

（1）路面結構承載能力：即路面在達到預定的破壞之前所能承受的車輛荷載作用次數。

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

（3）結構強度與厚度：統計計算強度與厚度，按規定方法判定路面整體性好壞。

（4）舊水泥路面當量回彈模量：計算各車道板中心荷載下的彎沉，判定路面結構整體性好壞。

（5）舊路面狀況評價：舊水泥路面的損壞狀況采用斷板率（DBL）和平均錯臺量兩項指標評定。根據病害調查的斷裂類板塊數量，按斷裂縫種類和嚴重程度的不同，采用不同的權系數進行修正，計算斷板率DBL和平均錯臺量。

（6）總體評價。

對以上五項檢測與計算結果綜合分析，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，在投資造價可承受前提下，根據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、省道周邊開發區多、制造業廠家多，因而載貨車輛質量大，時常出現季節性、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計計算，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，但施工時通常也越容易離析。

綜上三個因素，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，同時由于瀝青用量相對較低，作為加鋪層的下層比較經濟；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，既提高抗永久變形能力，又增加瀝青的黏結能力，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計后具有良好的高溫穩定性、水穩定性、構造紋理。各層厚度依據改造設計計算確定。

推薦加鋪結構組合：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、兩個以上破損角、一個破損角面積大于1/4板塊，且路面基層出現破壞的。

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

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

（2）裂縫處治

板內有裂縫且板內無錯臺時，無需換板，只進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）錯臺處治

錯臺高差小于1cm，用切削機鑿除錯臺，修補縱坡變化在1%內。

錯臺高差大于1cm，且一塊板不穩定時（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滿足以下技術要求：

混凝土板彎沉值應小于20（0.01mm）；

相鄰板塊間的彎沉差應小于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不良，始終是“白改黑”路面結構的最主要的兩個問題。

5.1 改善層間黏結不良的措施

（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）舊水泥板表面預處理。

常采用銑刨機銑刨后清理干凈，恢復路表的平整度和粗糙度。

5.2 防治反射裂縫的措施

由于加鋪時不同的交通條件和環境情況，防治反射裂縫的措施與方法也各不相同。根據側重點的不同，大致有三種：一是側重改變加鋪層，采用不同的加鋪厚度，在加鋪層切縫；二是側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；三是側重設置防裂夾層，如土工材料類、應力吸收層等。

（1）加鋪層切縫

面層對應舊水泥路面的接縫處位置切橫縫，并填實封縫料，可防止反射裂縫的產生。此法只在舊水泥面板工況良好的路段使用，切橫縫難于嚴格密實，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生與擴展，但各自有材料性能的局限性。土工布可緩解因溫縮效應引起的拉應力，對板塊間相對位移即沉降差引起的豎向剪應力幾乎不起作用；改性瀝青油氈可有效緩解水平和豎向應力，但易老化，防水和黏結性能難于保持；玻纖格柵受溫度變化影響大，施工質量難于控制。

②設置應力吸收層

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，再進行碾壓，將集料嵌入瀝青膜。

應力吸收層通過瀝青膜的變形和碎石的轉動，消解應溫度荷載引起的水平拉應力，吸收板塊位移差引起的豎向剪應力，起到防止或延緩反射裂縫的產生。同時吸收層施工和易性好，施工質量易控制，適用范圍廣，得到廣泛應用。

設置應力吸收層的作用表現在以下三個方面：

①改善層間應力狀態，避免推移，延緩反射裂縫的形成，提高抗裂能力；

②粘結效果好，增強層間的黏結；

③封水和抗滲性能好，有效防止加鋪層下層產生水沖刷作用。

6 瀝青加鋪層施工

（1）原材料品質選擇與控制：選好瀝青、礦料、添加劑，明確加工工藝與設備要求，從品質、加工、運輸到現場管理四個環節掌控原材料質量；

（2）瀝青混合料配合比設計：加鋪各層目標配合比設計、生產配合比調試和施工過程優化調整；

（3）施工關鍵工藝與質量控制：工作面準備、拌和工藝、運輸過程、攤鋪工藝、碾壓工藝、接縫處理等；

（4）工程質量管理與檢驗評定：施工過程中的關鍵指標壓實度、厚度、彎沉、平整度的檢查與檢測、按評定標準規定進行質量評定。

7 結論

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生和發展，仍是“白改黑”加鋪工程中急需解決的關鍵問題。

設置應力吸收層，可增強層間的黏結性能，保持結構的整體性，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產生的水平拉應力，也可吸收相鄰板塊間的沉降差引起的豎向剪應力，同時其彈性模量較低，具有足夠的應變空間。有效防止和延緩反射裂縫的形成和發展。工藝要求簡單易控制，適用范圍廣，具有良好的應用空間。

[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.建材與裝飾，2016（1）：268-270.

[2]JTJ 073.1-2001，公路水泥混凝土路面養護技術規范[S].

[3]黃曉明，趙永利，高英.高速公路瀝青路面設計理論與方法[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用研究［D］.長安大學，2007.