高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造關鍵技術探討

楊志堅

摘要：文章結合桂林繞城高速公路靈川至僚田段水泥混凝土路面“白加黑”改造工程，從舊水泥面板處治、剛柔性界面的處理、反射裂縫的防治、薄層罩面抗車轍等方面出發，探討了“白加黑”改造的關鍵技術，以期為類似項目提供參考。

關鍵詞：高速公路;水泥混凝土路面;“白加黑”改造;質量控制

Combining the “White Plus Black” reconstruction project of cement concrete pavement for LingchuanLiaotian section of Guilin Ring Expressway，and starting from the aspects such as treatment of old cement panels，treatment of rigid flexible interface，prevention of reflective cracks，and rutting resistance of thinlayer overlays，this article discusses the key technologies of “White Plus Black” reconstruction，hoping to provide the reference for similar projects.

Expressway;Cement concrete pavement;“White Plus Black” reconstruction;Quality control

0 引言

基于我國社會經濟的發展，交通運輸需求持續增長，尤其是重型車輛超載現象的增多，導致路面開裂、下陷、擁包等病害日益嚴重，甚至一些新建的水泥混凝土路面在未達到設計年限時就出現早期破壞。因此，研究高速公路水泥混凝土路面維修養護措施十分必要。本文主要就高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造問題展開具體論述。

1 高速公路水泥混凝土路面改造的必要性和方法

1.1 水泥混凝土路面改造的必要性

20世紀90年代，我國修建的大部分路面都是水泥混凝土路面，其具有路面剛度大、強度高、水穩性好、施工方便、成本低等優勢，在高速公路中應用十分廣泛。我國水泥混凝土路面設計使用年限一般為20年，早期修筑的很多公路運行至今已經超過使用年限，加之社會經濟的發展，交通運輸量急劇增加、車輛大型化發展，導致水泥混凝土路面的破損嚴重，路用性能無法滿足使用要求。同時，與瀝青混凝土路面相比，水泥混凝土路面的修復難度較大。對此必須加強對高速公路水泥混凝土路面改造問題的研究，選擇合適的維修改造技術，切實提高路面服務水平。

1.2 水泥混凝土路面改造方法

根據我國水泥混凝土路面改建、修復規模，可以將其分為四種類型：保養、小修、中修、大修。其中大修技術主要是對水泥混凝土路面進行全路段修理，主要方法分為三種：

（1）“白加黑”改造：此種方法主要是在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青，可消除原有接縫、裂縫處的各類病害，改善路面使用性能。

（2）“白加白”改造：此種方法主要是在舊水泥混凝土路面上加鋪水泥混凝土層，適用于盛產水泥或是石料較多的地區，可提高路面承載能力。

（3）徹底刨除舊水泥混凝土路面板后加鋪：將舊水泥混凝土路面板徹底碎石化后，可攤鋪水泥混凝土或是瀝青混凝土，適用于路基、路面嚴重損壞的地區，或是舊路面標高有限制的路段。

上述幾種改造方法中，水泥混凝土路面“白加黑”施工簡單、造價低、對交通環境影響小，應用越加廣泛，其優點可總結如下：

（1）由于舊路面采用的是高強度水泥混凝土板，將其作為基層可有效提高瀝青路面剛度，在承受重交通、減少車轍方面表現良好。

（2）通過加鋪瀝青路面，可有效提高行車舒適性與安全性。

（3）在表面破損嚴重、強度足夠的舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青路面，可有效延長路面使用壽命。

（4）舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青路面，有利于減小噪聲、減少揚塵，改善道路環境。

2 “白加黑”改造關鍵技術

根據實踐可知，高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造優勢多，但若是施工不到位極易出現各種層間滑移、反射裂縫病害，尤其是廣西處于高溫多雨地區，交通荷載重，改造施工安全保通壓力大，給水泥混凝土路面“白加黑”改造提出了更高的要求。其不僅要具有良好的變形適應性以減少反射裂縫，還要具備強大的高溫抗變形能力、抗水損壞能力等。對此，本文主要從以下幾個方面出發對水泥路面瀝青加鋪結構的核心技術展開分析。

2.1 舊水泥混凝土面板處治技術

舊水泥混凝土面板的處治效果直接關系到“白加黑”改造后路面施工質量。從病害調查情況來看，其主要類型有裂縫、錯臺、坑洞、填縫料破損等，應采取針對性的處理方法，如板底灌漿穩固處治、嚴重破碎板更換處治、裂縫與接縫的封水處治等。具體適用情況見表1。

2.2 剛柔性界面的處理技術

高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造中，剛柔性界面粘結與防水處理是否有效、可靠，直接關系到是否會出現層間滑移問題。目前主要采用兩種施工方法：（1）改善接觸表面粗糙程度;（2）引入粘結力強的材料。若是舊路剛性刻槽狀況差、未設富瀝青含量的應力吸收層，必須做好常規粗銑刨處理，增加改性瀝青防水粘結層，切實保證新舊路面的良好結合。

2.3 反射裂縫的防治技術

反射裂縫是高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造難以避免的一個問題，為防止此病害的早期發生，必須采取有效措施減小瀝青層底的應力集中。具體方法包括以下三種：

（1）改善加鋪層性能：主要方法包括完善瀝青混合料級配、混合料中摻加纖維或是高粘彈材料、增加面層厚度等，切實提高加鋪層抗拉、抗變形能力。

（2）增設中間夾層：常見類型包括抗拉型夾層結構（玻璃格柵、玻纖布）、低模量柔性消散結構及一層多碎石、多孔隙瀝青結構層。上述幾種結構的造價、可操作性、使用效果各有千秋，應根據區域特點、施工條件等進行選擇。

（3）增設補強層：在原水泥路面基礎上鋪設補強層后，方可繼續加鋪瀝青面層，切實減輕裂縫反射的程度。

2.4 薄層罩面抗車轍技術

高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造中，舊水泥路面往往強度較大，瀝青面層僅僅用作功能層，厚度較小。但是根據實踐可知，重車荷載作用下薄層罩面會出現較大剪切應力，對此必須采取有效措施提高加鋪層路用性能。具體措施包括：優化瀝青材料、優化混合料配比（采用骨架密實型混合料）、優化粘結層材料性能等。

3 實例分析“白加黑”改造施工與質量控制

3.1 工程概況

桂林繞城高速公路靈川至僚田段（G72：K1101+550～K1117+717、G65：fK2477+749～K2485+032，以下簡稱桂林繞城高速），于2000年5月建成通車，是國家“7918”高速公路網的重要組成部分。2004年以來，桂林繞城高速公路路面逐漸出現了裂縫、錯臺、破碎板等病害，并呈現逐年遞增趨勢，管養難度與運營風險均在增大，對此做好相關改造施工十分必要。

3.2 路面調查與檢測

（1）采用智能道路檢測車與人工調查相結合的方式進行逐板調查，對路面現有病害破碎板、裂縫、板角斷裂、錯臺等進行嚴重程度分類及詳細的記錄。匯總數據后，按每公里對路面進行狀況評定，得到每公里的路面斷板率和路面狀況指數PCI。

（2）對全線路面進行鉆芯取樣，芯樣位置均勻，各個行車道都有芯樣分布。鉆芯取樣時對面層、基層情況進行記錄，選取面層芯樣進行水泥混凝土圓柱體劈裂抗拉強度試驗，選取基層芯樣進行水泥混凝土圓柱體軸心抗壓強度試驗。

（3）采用落錘式彎沉儀（FWD）檢測路面脫空、接縫傳荷能力及基層頂面當量回彈模量。

（4）根據現場檢測數據，按《公路技術狀況評定標準》（JTGH20-2007）提供檢測報告及路面狀況評價指標。

3.3 路面“白加黑”改造方案

基于本項目路面調查與評價結果，決定采用原水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土的“白加黑”改造方法：

（1）根據路用狀況調查結果、病害分類情況，采用不同處治措施，重點在于防止出現反射裂縫、提高路面耐久性。

（2）結合項目特點，提出以下加鋪結構方案（見圖1），本項目瀝青混凝土表面層采用改性瀝青摻0.3%的木質素纖維的SMA-13路面，表面層路用碎石推薦采用輝綠巖碎石。

3.4 舊水泥路面板的處治

為了提高加鋪結構的使用壽命和行車舒適性，在加鋪新路面之前必須先對原舊路面進行一定的處治。具體處治方法見表2。

經上述處理后，混凝土板塊檢測需合格，合格要求見表3，否則需再次處理。為檢測灌漿效果，建議養生3 d且開放交通10 d后，經檢測合格方可加鋪瀝青路面。

3.5 “白加黑”改造施工

3.5.1 加鋪前處理

加鋪瀝青混凝土面層前，應由業主、設計、監理和施工單位四方現場檢驗舊路面的處治完成情況，并簽認合格后方可進行瀝青混凝土面層的施工，以確保舊水泥路面病害處治徹底。應對行車道和超車道逐板作彎沉和傳荷能力驗收，板邊單點彎沉值要求≤0.14 mm，板邊彎沉差≤0.06 mm，要求接縫傳荷系數kj>75%，對不合格板塊和脫空板塊重新進行相應的處理。

3.5.2 SBS改性瀝青粘層

（1）粘層瀝青采用SBS改性瀝青，其材料應符合《公路技術狀況評定標準》（JTGH20—2007）表3.5.2-2 SBS改性瀝青（I-D）的技術要求。瀝青面層之間的改性瀝青粘層用量為0.3～0.5 kg/m2，舊水泥混凝土面層與瀝青加鋪層的改性瀝青粘層用量為0.5～0.6 kg/m2。

（2）采取試撒的方法確定粘層瀝青施工用量，并符合規范要求。

（3）通過智能瀝青灑布車均勻撒布粘層瀝青，過量處做好刮除工作。

（4）氣溫<10 ℃或路面潮濕時，不得澆灑粘層瀝青完成澆灑后，嚴禁其他車輛、行人通過。

（6）粘層瀝青撒布后，立即鋪筑上一層瀝青層，確保粘層不受污染。

3.5.3 瀝青混凝土面層施工

（1）鋪筑瀝青混合料前，檢查下層質量是否滿足規范要求，且要求下層潔凈無污物，以免影響其與瀝青面層的粘結。

（2）材料：本項目AC-20 C、細粒式AC-10采用石灰巖碎石，SMA-13采用輝綠巖碎石。

（3）混合料：細粒式改性瀝青混凝土應力吸收層要求采用3檔礦料組成，油石比≥6.0%，60 ℃車轍試驗動穩定度DS≥2 000 次/mm，0 ℃小梁彎曲試驗最大破壞應變εmax≥5 000 uε，設計空隙率≤2.5%。SMA中摻入的木質素纖維比例為瀝青混合料質量的0.3%。

（4）正式開工前，鋪筑100～200 m試驗路段，明確相關施工參數：混合料生產能力、混合料施工溫度、攤鋪厚度、碾壓設備、碾壓時間、最佳碾壓遍數等。

（5）嚴格控制瀝青、集料加熱溫度，按生產配合比隨拌隨用改性瀝青混合料。

（6）采用噸位自卸車裝運混合料，配齊覆蓋設備、涂拌好隔離劑。運輸車輛在攤鋪機前行走時，不允許急剎車，防止輪胎破壞改性瀝青粘結防水層。

（7）攤鋪作業應連續、均衡進行，嚴格控制攤鋪溫度、厚度、平整度以及碾壓溫度、速度、遍數。

（8）竣工后第一個夏季測定瀝青面層橫向力系數（或擺值）、路面宏觀構造深度，應符合交工驗收值的要求：橫向力系數SFC≥54、構造深度TC≥0.55 mm。

3.6 質量控制

（1）本項目構建了完善的質量管理制度，配備齊全相應的管理人員，落實施工過程的質量管理工作。

（2）抓好前期施工質量管理：前期施工大致分為進場建點;制定施工組織計劃;核實建設規模、筑路材料料場、導線點和水準基點;對天橋、電訊線等對凈空有影響的控制點進行放樣;場地清理。施工單位應避開暴雨集中期和河流主汛期，注意備料、料場安全和防洪，并合理安排工期，原路面開挖后避免雨水對路基的浸泡，合理的施工組織可有效減小施工受雨季的影響。

（3）各道工序質量管理：本項目工程質量管理要求，各道工序必須經由監理工程師逐一檢查認可后，方可開展下道工序。

（4）重點工程、隱蔽工程質量管理：落實監理工程師旁站機制，徹底清除工程隱患。

（5）環境保護：本項目施工過程必須落實環境保護工作，并將其作為衡量工程質量的重要組成部分。

4 結語

我國高速公路水泥混凝土路面維修改造需求急劇增加，“白加黑”改造技術的應用越加廣泛，其在解決路面病害、提高路用性能、延長服務年限方面發揮著巨大的作用。舊路改造中，必須合理選擇加鋪層材料、結構組合方案和結構厚度，重點落實好舊水泥面板處治、剛柔性界面的處理、反射裂縫的防治以及薄層罩面的抗車轍處理，切實保證改造后的高速公路運行可靠、舒適。

參考文獻：

[1]易守春，高彥芝.白加黑改造工程施工關鍵環節質量控制[J].筑路機械與施工機械化，2016，33（8）：113-115.

[2]張寶龍.粘層材料在白加黑路面結構中的力學行為研究[J].公路工程，2015，40（2）：332-334.

[3]孫 元.“白加黑”改造技術在寧海人民大道路面改造中的應用[J].工程與建設，2016，30（2）：260-262.

[4]馮凌兵，姜守亮，李 妍.“白加黑”道路改造中脫空板灌漿處理的研究和應用[J].安徽冶金科技職業學院學報，2011，21（2）：44-47.

[5]孫李棟.淺談如何處理道路“白加黑”工藝中出現的反射裂縫[J].滁州職業技術學院學報，2008，7（3）：64-65.