既有水泥混凝土路面病害原因分析及維修改造的處治措施

李姍姍

中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043

水泥混凝土路面由于具有強度高、穩定性及耐久性好等優點，在公路的建設中水泥混凝土路面得到廣泛應用。隨著經濟的發展，交通量劇增，汽車軸載日益重型化及車輛超載，道路路基路面排水不暢，路基路面病害養護不及時，這造成水泥混凝土路面經過一定時期的使用后就出現不同程度路面病害，因此需要對混凝土路面進行維修改造平。

1 既有水泥路面概況

輔助道路自四川省雷波縣渡口鄉附近的專用公路K23右側引出，從專用公路的金沙江特大橋橋跨下穿過，沿金沙江左岸順江而下。終點在大橋鄉附近的和平村G213線改建里程K45+600處接國道213線。輔助道路涼山段為三級公路，設計速度為30km/h，2006年建成通車，原路面為水泥混凝土路面。道路路基寬度為8.5m，水泥混凝土路面板長為4.5m，板寬為3.5m，路面結構為25cm厚的水泥混凝土面層+20cm厚的水泥穩定碎石基層+15cm厚的級配碎石底基層。輔助道路路面已達到設計年限，道路由于多種原因影響，路面出現較多病害，其中部分路面出現較嚴重病害，影響道路行車安全。

2 路面損壞狀況調查評定及檢測

根據路面損壞狀況（PCI）、路面行駛質量（RQI）、路面抗滑性能（SRI）、接縫傳荷能力等對既有混凝土路面進行綜合評價[1]；根據評價結果得出相對應的處治政策；根據既有資料確定路面典型破壞的形式，從而準確評價該段路面的破損狀況，并找出造成路面板損壞的原因，為整治設計提供設計依據[2]。既有水泥混凝土路面的評價指標如下。（1）路面損壞狀況（PCI）檢測結果：“優”占3.6%，“良”占46.4%，“中”占21.4%，“次”占21.4%，“差”占14.3%。（2）路面行駛質量（RQI）檢測結果：“優”占21.4%，“良”占32.1%，“中”占14.3%，“次”占14.3%，“差”占17.9%。根據路面抗滑性能（SRI）統計可知，該標段抗滑性能大多處于“中”及以下狀態，其中“優”占0%，“良”占0%，“中”占0%，“次”占3.6%，“差”占96.4%。根據接縫傳荷能力檢測統計可知，該標段抗滑性能大多處于“中”及以下狀態，其中“優”占50.7%，“良”占26.9%，“中”占14.3%，“次”占3.6%，“差”占8.1%。二級公路及以下路面損壞狀況等級為次及次以下時應采用全路段修復或改善措施；二級公路及以下路面行駛質量為次及次以下時，應采取刻槽、罩面或加鋪層等措施改善路面平整度；二級公路及以下路面抗滑能力等級為次及次以下時，應采取刻槽、罩面等措施提高表面的抗滑能力[3]。因此根據檢測數據分析結果，認為僅維修水泥路面不可行，需要采取罩面的措施提高其行車舒適性。

3 路面破損原因分析

根據現場調查及查閱當年施工資料、交通量及養護資料得出，涼山段路面病害主要原因如下：（1）雖然輔助道路涼山段為山嶺重丘區三級公路，設計速度為30km/h，但大部分路段平、縱線性指標較高，由于局部路段受地形、地質條件控制平縱線性指標較低，造成超速、超載車輛在道路上頻繁剎車，對路面表面磨損嚴重。（2）輔助道路涼山段為臨江公路，路基多以半填半挖為主，且填方大多位于崩、坡積碎（塊）石土上，碎（塊）石土較松散、孔隙度大，路基差異沉降、不均勻沉降，易造成水泥混凝土面板的開裂。（3）輔助道路作為電站建設的輔助通道，施工期為了確保電站建設的運輸任務；加之道路所在區域年降水量大。部分路面施工在雨期，路基積水、部分土基處于潮濕狀態，路基強度降低，造成路面結構的早期破損。（4）輔助道路建成初期承擔了部分電站大型部件、建材的運輸任務，施工期間車輛軸載及交通量均較大，早期混凝土收縮形成的表面微小裂縫，受行車荷載及溫度應力的雙重作用，部分裂縫增長、變深。

4 選擇加鋪方案

路面的加鋪方案主要考慮以下三種方案即加鋪瀝青混凝土、加鋪水泥混凝土、水泥混凝土路面碎石化。三種方案的優缺點如下：（1）加鋪瀝青混凝土。舊水泥路面換板、注漿等維修手段后，對表面進行精銑刨處理，鋪筑改性瀝青抗裂貼，以防止產生反射裂縫，然后再加鋪筑瀝青混凝土面層。優點：修復后，路面服務性能好，平整度好、行車舒適、噪聲小；施工機械化程度高、工期較短，對交通影響小；維護方便、養護容易；能夠提高舊水泥混凝土路面強度。缺點：路面容易產生車轍、干裂等破壞；工程造價相對較高；路面易出現反射裂縫。（2）加鋪水泥混凝土。舊水泥混凝土路面采用銑刨、噴射高壓水或鋼珠、酸蝕等方法，打毛舊混凝土面層表面，并在清理后的表面涂敷黏結劑，使舊路面與舊混凝土面層結合成整體。優點：較經濟。缺點：維修施工較復雜；對既有道路要求高，只適用于既有道路路面損壞狀況和接縫傳荷能力評定為優良的路段；工期長、對正常交通干擾大。（3）水泥混凝土路面碎石化。舊水泥混凝土面板碎石化并壓實后，加鋪瀝青混凝土面層。優點：施工快捷、操作簡單，工期短；就地再生，環保無污染；有效減少反射裂縫。缺點：加鋪厚度較大，縱斷面適應性相對較差；碎石化時對既有擋墻、橋涵等構造物安全有一定影響；工程造價較高。由于輔助道路沿金沙江左岸順江而下，路基段以修建擋墻收坡為主，且此段橋隧比較大，對比三種方案的優缺點，推薦采用加鋪瀝青混凝土面層。

5 確定加鋪厚度

5.1 設計累計軸載

設計年限內一個車道上的累計當量軸次以路段交通量根據交通運輸部行業標準《公路水泥混凝土路面設計規范》（JTG D40—2011）進行。累計軸次計算結果如表1所示，屬于重交通等級。

表1 軸載換算與累計軸載

5.2 加鋪厚度

利用HPDS2017舊混凝土路面病害加鋪層設計程序，計算交通量、既有水泥混凝土路面面板參數、瀝青混凝混合料的壓實適宜厚度（瀝青混凝土厚度為10cm），經過計算，考慮可靠度系數后舊混凝土面層綜合疲勞應力為2.8MPa＜5MPa（舊面層混凝土彎拉強度）；考慮可靠度系數后舊混凝土面層最大綜合應力為3.3MPa＜5MPa（舊面層混凝土彎拉強度）。計算結果顯示，加鋪10cm厚的瀝青混凝土面層后，舊水泥混凝土路面面層不僅可以承受設計基準期內荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用，也可以承受最重軸載在最大溫度梯度時的一次作用。因此，瀝青混凝土面層加鋪層設計厚度為10cm，即4cm厚的細粒式瀝青混凝土+6cm厚的中粒式瀝青混凝土。

6 舊水泥路面加鋪設計

在舊水泥路面加鋪設計過程中，對于既有水泥混凝土路面的處置，從經濟方面、工期長短及交通干擾三個方面進行綜合分析：混凝土路面病害較少時對路面進行維修改造（病害處治）；路面病害較多時挖除既有混凝土路面，鋪筑水泥穩定碎石基層。加鋪瀝青混凝土時必須對舊水泥混凝土路面病害進行處治：應更換破碎板，修補和填封裂縫，壓漿填封板底脫空，磨平錯臺，清除舊混凝土面層表面的松散碎屑、油跡或輪胎擦痕，剔除接縫中失效的填縫料和雜物，并重新封縫[4]。根據交通量、瀝青混凝混合料的壓實厚度、滿足路面結構極限狀態要求的瀝青混凝土厚度，加鋪層設計厚度為10cm，即4cm厚的細粒式瀝青混凝土+6cm厚的中粒式瀝青混凝土。其加鋪方案如下：4cm厚的細粒式瀝青混凝土+改性乳化瀝青黏層+6cm厚的中粒式瀝青混凝土（水泥混凝土路面調平后）+條鋪改性瀝青抗裂貼+改性瀝青同步碎石封層+改性乳化瀝青黏層，處治合格并精銑刨原水泥路面（銑刨厚度不大于1cm）。

7 結束語

水泥混凝土路面具有諸多優點，例如施工便捷、具有較高的強度。當前水泥混凝土路面廣泛地應用于我國農村公路中，同時也面臨著諸多病害問題，例如常見的裂縫、車轍、結構損壞等問題，這些病害會嚴重威脅公路的安全使用和使用壽命，為此，文章通過對既有水泥混凝土路面分析其病害原因，確定路面加鋪厚度及維修改造措施，對既有水泥混凝土路面維修改造具有一定的借鑒意義。