舊水泥混凝土路面微裂均質(zhì)化處治技術(shù)在“白加黑”路面再次改造工程中的應(yīng)用

黃定江

（合肥市市政設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230041）

0 引言

在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層，通常稱(chēng)為“白加黑”，這種技術(shù)因其良好的路用性能、低廉的造價(jià)以及較短的施工工期而在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。自2000 年以來(lái)，我國(guó)有大量的水泥混凝土路面通過(guò)“白加黑”改造，有效地改善了舊水泥混凝土路面的使用性能,延長(zhǎng)了使用壽命。目前，這些“白加黑”改造后的路面陸續(xù)出現(xiàn)新的病害，急需再次改造。

1 “白加黑”路面常見(jiàn)病害及原因分析

1.1 裂縫

裂縫是“白加黑”路面最常見(jiàn)的病害，裂縫類(lèi)病害包括縱向裂縫、橫向裂縫、網(wǎng)裂和龜裂。

（1）縱向裂縫：一方面由于老路基的不協(xié)調(diào)變形引起較大的彎拉應(yīng)力從而造成縱向開(kāi)裂；另一方面由于舊水泥混凝土路面板的縱縫或初始缺陷處治不合理，在交通荷載和溫度應(yīng)力的作用下逐漸形成反射裂縫。

（2）橫向裂縫：橫向裂縫是指由于路面結(jié)構(gòu)的收縮、不均勻沉降或其他原因所形成的與路面中線近于垂直的裂縫。

其成因主要有：舊水泥混凝土路面板材料收縮和溫縮引起橫向裂縫、瀝青混凝土面層材料的溫縮引起的裂縫、差異沉降引起的橫向裂縫和舊水泥混凝土路面板的缺陷引起的反射裂縫。

（3）網(wǎng)裂和龜裂：網(wǎng)裂和龜裂是橫裂和縱裂出現(xiàn)后未經(jīng)處理，進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果。網(wǎng)裂和龜裂主要是由于路面的整體強(qiáng)度不足、瀝青面層老化等引起的。

裂縫病害有著相對(duì)復(fù)雜的成因，由于水泥混凝土和瀝青混凝土的剛?cè)崽刭|(zhì)差異，二者的結(jié)合面往往會(huì)由于變形不一致而產(chǎn)生裂紋，這種裂紋隨著車(chē)輛荷載的作用，加之溫度應(yīng)力作用下，使得這種不均勻形變加劇，從而使其裂縫擴(kuò)展延伸。尤其是在原水泥混凝土板橫、縱向接縫處，較容易形成自下而上的反射裂縫，最終表現(xiàn)為路面的病害，對(duì)道路的使用和安全造成不同程度的影響。裂縫對(duì)于道路的工程質(zhì)量和行車(chē)安全的危害，主要體現(xiàn)在裂縫可能引起瀝青混凝土加鋪部分松動(dòng)甚至結(jié)構(gòu)層脫離的情況。在車(chē)輛行駛速度較快的情況下，嚴(yán)重的裂縫會(huì)給車(chē)輛造成劇烈振動(dòng)，對(duì)行車(chē)安全帶來(lái)較大的安全隱患，同時(shí)又造成裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展延伸，形成一種病害與危險(xiǎn)因素的惡性循環(huán)，這種狀態(tài)存在越久危害性就越大。

1.2 坑槽

坑槽是指因?yàn)闉r青鋪筑或修補(bǔ)的部分結(jié)構(gòu)遭到外力損壞而形成的局部缺損，導(dǎo)致路面出現(xiàn)局部破損坑洞的現(xiàn)象。坑槽的成因主要有三種：一是由于路面水及結(jié)構(gòu)水的侵蝕，引起局部舊水泥混凝土路面板和瀝青面層之間的黏結(jié)性遭到破壞，出現(xiàn)坑槽；二是由于油污類(lèi)有機(jī)溶劑對(duì)路面造成污染和侵蝕所造成，由于汽油、柴油等有機(jī)溶劑對(duì)瀝青具有溶解能力，當(dāng)瀝青混凝土中的瀝青被溶解后，骨料之間失去黏合能力，早期形成局部的松散，隨著行車(chē)荷載作用最終變成坑槽；三是由于路面行車(chē)速度快，對(duì)路面的碾壓和振動(dòng)大，產(chǎn)生機(jī)械破壞形成坑槽。

各類(lèi)因素造成的坑槽病害均會(huì)對(duì)路面行車(chē)安全帶來(lái)威脅，相比裂縫病害，坑槽對(duì)交通車(chē)輛造成的震動(dòng)更加劇烈；嚴(yán)重的坑槽甚至可以導(dǎo)致機(jī)車(chē)輪胎直接陷入其中，造成追尾、側(cè)翻等嚴(yán)重交通事故。

1.3 車(chē)轍

車(chē)轍主要是由于瀝青面層受車(chē)輛高頻、反復(fù)的碾壓，導(dǎo)致行車(chē)道內(nèi)形成縱向碾壓痕跡。車(chē)轍的病害成因，主要是由于交通荷載的作用造成，尤其是大型自卸車(chē)、運(yùn)輸車(chē)等等重型車(chē)輛的荷載作用。車(chē)轍病害所形成的路面車(chē)輪碾壓痕跡，不僅影響路面平整度，容易造成局部積水，而且其碾壓痕跡對(duì)車(chē)輛輪胎也會(huì)形成引導(dǎo)作用而改變正常行車(chē)方向，在一定程度上影響車(chē)輛的安全行駛。

上述三類(lèi)病害中，裂縫類(lèi)病害是“白加黑”路面中發(fā)生率最高的病害類(lèi)型，具有極強(qiáng)的普遍性。裂縫在車(chē)載及溫度的影響下應(yīng)力集中會(huì)更加明顯，且易擴(kuò)展成為更具破壞力的病害。由于舊水泥混凝土路面板存在著縱橫縫及一些裂縫，在交通荷載與溫度荷載的重復(fù)作用下，這些裂縫不可避免地會(huì)引起加鋪層底面對(duì)應(yīng)位置的應(yīng)力集中，從而使應(yīng)力集中部位因過(guò)大的豎向剪應(yīng)力與拉應(yīng)力而首先開(kāi)裂，然后緩慢向上擴(kuò)展而導(dǎo)致加鋪層的破壞。許多工程實(shí)例顯示，舊水泥混凝土路面板的縱橫縫及一些裂縫這一初始缺陷是加鋪瀝青混凝土面層開(kāi)裂以及擴(kuò)展的主要原因。采用傳統(tǒng)的“白加黑”技術(shù)，往往一兩年內(nèi)就出現(xiàn)反射裂縫，并很快進(jìn)一步擴(kuò)展，就是因?yàn)闆](méi)有徹底根除舊水泥混凝土路面板的初始缺陷。

2 舊水泥混凝土路面微裂均質(zhì)化處治技術(shù)

舊水泥混凝土路面微裂均質(zhì)化處治再生技術(shù)是防止瀝青混凝土加鋪層出現(xiàn)“反射裂縫、推移破壞”的水泥混凝土路面改造的新技術(shù)。微裂后的舊水泥混凝土面板，經(jīng)注漿、挖除等修復(fù)輔助措施處治，使承載能力不足部位得到恢復(fù)再生，再生后舊水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)整體承載能力達(dá)到新基層設(shè)計(jì)要求，且處于均勻狀態(tài)，作為直接加鋪瀝青路面基層使用[1]。該技術(shù)的理論基礎(chǔ)為應(yīng)力釋放原理，即采用化整為零的方式，使應(yīng)力不集中、應(yīng)變不疊加，以達(dá)到克服反射裂縫的目的。微裂均質(zhì)化處治再生技術(shù)能使改造后的水泥路面保留較高的殘余強(qiáng)度，承載能力強(qiáng)，在后續(xù)加鋪時(shí)可使加鋪層的厚度控制在一個(gè)較低值；改造后的水泥混凝土路面為“內(nèi)部斜向開(kāi)裂、完全契合”的柔性基層，傳荷更好，其表面加鋪瀝青混凝土，道路使用壽命更長(zhǎng)。微裂處治舊水泥混凝土路面技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 微裂處治舊水泥混凝土路面技術(shù)路線圖

3 工程實(shí)例

滁州市上海路（鳳陽(yáng)路至世紀(jì)大道）原為水泥混凝土路面，道路全長(zhǎng)約7.5 km，城市主干路，雙向6車(chē)道。2011 年進(jìn)行了白加黑路面改造。建成后不久即出現(xiàn)了反射裂縫，歷年均進(jìn)行了維修養(yǎng)護(hù)，但由于未徹底根治舊水泥混凝土路面病害，舊水泥混凝土路面病害裂縫和板縫位置經(jīng)常沿瀝青面層向上發(fā)展形成反射裂縫，路面病害日益加重，成為當(dāng)?shù)厥姓芾聿块T(mén)老大難問(wèn)題道路。

（1）路面質(zhì)量檢測(cè)情況

通過(guò)對(duì)既有道路路面工程質(zhì)量檢測(cè)，道路病害主要表現(xiàn)為裂縫，橫向裂縫共計(jì)1 690 條，總長(zhǎng)約19 555 m；縱向裂縫總長(zhǎng)約7 203 m。其中橫向裂縫占單個(gè)評(píng)定段比例最大約92%，最小約31%，橫向裂縫寬度大于3 mm 以上的占比100% ，縱向裂縫大于3 mm 以上的占比84%。橫向裂縫的間距普遍為4.8 m至5 m，分布較為規(guī)律，且車(chē)行道內(nèi)均為貫穿式橫縫。道路共取芯47 個(gè)點(diǎn)，瀝青路面面層厚度平均值120.1 mm，標(biāo)準(zhǔn)差2.80 mm，代表值119.4 mm；混凝土基層厚度平均值230.0 mm，標(biāo)準(zhǔn)差30.29 mm，代表值219.7 mm；二灰碎石底基層厚度平均值189.3 mm，標(biāo)準(zhǔn)差12.24 mm，代表值185.2 mm；水泥混凝土基層抗彎拉強(qiáng)度平均值為4.91 MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為0.58 MPa，代表值4.54 MPa。路面主點(diǎn)彎沉平均值為12.68（0.01 mm），主點(diǎn)彎沉標(biāo)準(zhǔn)差2.16（0.01 mm），車(chē)行道部分彎沉值≥13（0.01 mm）的評(píng)定單元占21.45%,車(chē)行道部分彎沉差≥4（0.01 mm）的評(píng)定單元占14.78%。

（2）處治方案

通過(guò)對(duì)原水泥混凝土路面計(jì)算結(jié)果分析，結(jié)合對(duì)路面彎沉檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)得知，老路基層及底基層整體承載力較好，也滿足設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度的指標(biāo)，因此可基本利用原混凝土基層、底基層，重新銑刨后加鋪瀝青面層。為了徹底消除路面加鋪層易出現(xiàn)的反射裂縫和層間推移，延長(zhǎng)道路使用壽命，對(duì)原水泥混凝土板塊采用微裂均質(zhì)化再生技術(shù)，有效防止反射裂縫的產(chǎn)生。

首先對(duì)全線的機(jī)動(dòng)車(chē)道范圍內(nèi)的瀝青面層進(jìn)行銑刨，銑刨后使用微裂打擊設(shè)備對(duì)水泥混凝土面板進(jìn)行打裂壓穩(wěn)、微裂破碎處理。再用貝克曼梁法對(duì)所有微裂后的板塊進(jìn)行彎沉檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定需注漿或換板處理的板塊。每塊板檢測(cè)4 個(gè)點(diǎn)，即四個(gè)板角各一點(diǎn)。舊水泥混凝土路面微裂壓穩(wěn)后實(shí)測(cè)彎沉值（L實(shí)測(cè)）與舊水泥混凝土路面均質(zhì)化處治后的設(shè)計(jì)彎沉值（L設(shè)計(jì)）進(jìn)行比對(duì)。

a.當(dāng)0＜L實(shí)測(cè)—L設(shè)計(jì)≤30（0.01 mm）時(shí)，對(duì)板塊進(jìn)行注漿處理；

b.當(dāng)L實(shí)測(cè)—L設(shè)計(jì)＞30（0.01 mm）時(shí)，原則上進(jìn)行挖除換板，但同時(shí)要結(jié)合板塊是否錯(cuò)臺(tái)、沉陷等因素綜合確定換板還是注漿處治。

舊水泥混凝土路面微裂處治后，再整體加鋪瀝青面層。

工程顯示，微裂處治后，一是路面破碎塊度0.002 5～0.1 m2，縮小板塊尺寸，可有效減少或防止加鋪層溫度型反射裂縫；同時(shí)板塊越小，越容易與基層密貼，可減少或防止加鋪層荷載型反射裂縫。二是舊水泥混凝土面板表層形成2～3 cm 深度的凹槽，可有效防層間推移。三是舊水泥板塊開(kāi)裂的形式是表面裂而不碎，開(kāi)裂裂縫以45°開(kāi)裂，殘余強(qiáng)度高。

工程已于2021 年7 月建成通車(chē)，交工驗(yàn)收各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求，取得了良好效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

由于舊水泥混凝土路面微裂式破碎后，仍保留水泥混凝土路面特有的剛性，具有承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。微裂后的水泥路面作為新的基層，與加鋪兩層水穩(wěn)效果相當(dāng)。同時(shí)，由于徹底消除了板塊脫空，且微裂縫隨機(jī)斜向分布在結(jié)構(gòu)層內(nèi)部，嵌鎖面完全契合，處于“剛?cè)嵯酀?jì)”的狀態(tài)，能夠有效克服反射裂縫，解決了“白加黑”工程技術(shù)上的瓶頸。采用微裂均質(zhì)化處治再生技術(shù)其改建工期可縮短一倍以上，大大降低施工對(duì)交通的干擾，且施工期間安全性能高。微裂均質(zhì)化再生技術(shù)具有環(huán)境影響小、資源利用率高、施工造價(jià)較低、工期短等特點(diǎn)，充分體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念。工程實(shí)踐表明，微裂均質(zhì)化再生技術(shù)在“白加黑”路面再次改造中，具有良好的工程效果，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。