國道“白加黑”路面病害成因分析及維修方案研究

頓浩

（江漢大學基建與后勤管理處，武漢430056）

1 引言

隨著我國經濟的快速發展，在我國道路工程中廣泛應用的水泥混凝土路面因急劇上升的道路交通量、路面自身的長時間運營以及自然環境等因素的共同作用，路面發生病害，對道路的使用造成不利影響。為充分利用舊水泥混凝土路面的剩余強度，節約工程投資，縮短施工周期，提高路面服務水平，延長路面使用壽命[1]，許多道路選擇對其舊路面進行加鋪瀝青混合料面層處理，構成“白加黑”路面。本文以某國道路面維修實際工程為例，研究“白加黑”路面病害的維修方案。

2 工程概況

某國道K844+280～K846+727 段為雙向6 車道一級公路，路面寬23 m。該路段初建于1995 年，原為16 m 寬雙向4 車道，其路面由24 cm 厚水泥混凝土面板+15 cm 厚水泥石灰穩定碎石土基層+15 cm 厚水泥石灰穩定碎石土底基層構成。1999 年，在道路兩側各加寬3.5 m，加寬車道路面結構為22 cm厚水泥混凝土面板+30 cm 厚石渣墊層。2010 年，對該路段實施“白加黑”改造，將路面升級為4 cm 厚AC-16C 橡膠瀝青混凝土上面層+6 cm 厚AC-20C 普通瀝青混凝土下面層+1 cm厚橡膠瀝青應力吸收層+舊路面。隨著該路段交通量的迅速上漲，道路路面的自身老化，加之重載車輛的反復荷載作用，該路段路面產生了局部嚴重坑槽、車轍、擁包、反射裂縫等病害，對道路的通行能力和行車舒適性造成了極大的影響，同時帶來了一定的安全隱患，處治其路面病害，提升其路用性能，已勢在必行。

3 交通量分析及預測

交通量的調查及預測是道路建設的重要組成部分。路面工程中，交通量的調查及預測結果是設計路面結構，制訂路面養護維修方案的重要基礎[2]。該路段歷年交通量觀測資料顯示，近5 年來，該路段的交通量以年均10%的比率逐年上漲，現年平均交通量為18 604 pcu/d，其中大型、特大型貨車占比較高，多為過境運輸砂石料的車輛。對其進行交通量預測，20 年后，該路段年平均交通量約為43 372 pcu/d，經計算，其交通荷載等級為重交通。

4 路面病害調查及相關檢測

該路段主要病害為反射裂縫、嚴重車轍、擁包、局部嚴重坑槽等。在對路面病害進行調查的過程中，詳細統計裂縫條數及裂縫長度；測量車轍深度；確定坑槽段落；選取代表性位置進行鉆芯取樣，測試水泥混凝土劈裂強度及基層抗壓強度；采用落錘式彎沉儀進行彎沉檢測，評價水泥混凝土板塊之間接縫傳荷能力及板底脫空情況[3]。

4.1 反射裂縫病害調查

通過徒步調查方式，對反射裂縫的條數及裂縫長度進行統計，并對板塊破損情況進行梳理。該路段長2 447 m，水泥混凝土板共計2 934 塊，板塊之間的橫向接縫共計2940 條。其反射裂縫總長度5 331 m，共計1 380 條，占橫向接縫的46.94%，說明反射裂縫已非常嚴重，但現場觀察發現，裂縫之間沒有明顯錯臺，基本不影響行車舒適性。水泥混凝土板出現明顯斷板破損和嚴重唧漿的板塊共計220 塊，需進行換板處置。

該路段右幅出現的反射裂縫共計1 008 條，左幅出現的反射裂縫共計372 條，右幅反射裂縫明顯多于左幅，主要是右幅運輸砂石料的重載貨車較多，左幅的重載貨車相對較少所致。

4.2 車轍病害調查

統計該路段發生車轍病害的段落，并檢測其車轍深度。該路段車轍病害主要發生在K844+885～K845+145（右一車道）、K845+295～K845+640（右一車道）和K845+440～K845+640（右二車道），最大車轍深度達50 mm。

4.3 局部嚴重坑槽病害調查

調查發現該路段嚴重坑槽病害主要發生在道路紅綠燈路口處。全路段共計有10 個坑槽病害段落，總長1 312 m，分布在道路左右兩幅。

4.4 鉆芯取樣及試驗檢測

在該路段選取9 個點位鉆芯取樣，分別測量各路面層的厚度，試驗檢測水泥混凝土劈裂強度和基層抗壓強度。檢測數據表明，瀝青面層厚4.5～10.5 cm，其厚度大部分未達到設計的10 cm；瀝青面層質量一般，鉆芯取樣使其與下層水泥混凝土脫開，兩者之間黏結較差。中間4 車道水泥混凝土板厚標準值為21.1 cm，其厚度未達到設計的24 cm，其劈裂強度標準值為3.26 MPa，彎拉強度為5.23 MPa；兩側加寬車道水泥混凝土板厚標準值為19.6 cm，其厚度未達到設計的22 cm，其劈裂強度標準值為2.90 MPa，彎拉強度為4.72 MPa。中間4 車道二灰穩定土基層芯樣完整，其厚度10.5～18.0 cm，大部分達到設計的15 cm，其抗壓強度為2.29 MPa；兩側加寬車道基層芯樣完全松散，質量較差。

4.5 彎沉檢測

采用落錘式彎沉儀來檢測該路段舊路面彎沉值，分別用彎沉差和單點彎沉值指標來分析評判舊路面接縫傳荷能力和板底脫空情況。

對該路段129 個點進行彎沉檢測，其中彎沉差大于6（0.01 mm）的占98.45%，單點彎沉值大于20（0.01 mm）的占58.91%，這表明反射裂縫出現部位水泥混凝土板塊之間的接縫傳荷能力不足，且板底存在脫空現象，因此，對出現反射裂縫的部位，應采取措施提高板塊之間的接縫傳荷能力，填充板底脫空。

5 路面病害成因分析

通過了解該路段路面的建設、養護情況，統計其歷年交通量增長狀況，結合其路面現狀調查及相關檢測數據，對該路段路面病害成因進行綜合分析。

5.1 反射裂縫

反射裂縫是“白加黑”路面最主要最常見的病害。該路段反射裂縫嚴重的主要原因如下：（1）2010 年對該路段進行“白加黑”改造之前，未對原路面進行全面檢測、評價和處治，僅對局部病害嚴重部位進行基層壓漿和水泥混凝土換板處理。從反射裂縫處彎沉檢測結果來看，水泥混凝土板塊之間的接縫傳荷能力不足，且板底存在脫空現象，這是該路段出現反射裂縫的根本原因。（2）該路段貨車交通量較大，特別是運輸砂石料的重載車輛較多，重載交通的反復作用，導致瀝青面層剪切破壞出現裂縫。（3）溫度變化也是該路段出現反射裂縫的重要因素[4]。

5.2 嚴重車轍、擁包

導致該路段出現嚴重車轍、擁包病害的主要因素：（1）該路段為普通瀝青混凝土下面層，相對于改性瀝青混凝土來說，不能有效抵抗路面車轍；（2）該路段地處夏季炎熱地區，在夏季高溫作用下，瀝青混合料由彈性逐漸變為黏彈性，抗剪強度下降，加上該路段運輸砂石料的超重超載車輛較多，在重載交通的反復作用下，路面內部剪應力急劇增大并最終超過其抗剪強度，瀝青面層發生剪切變形，輪跡帶附近瀝青混合料向兩側移動，最終導致面層失穩破壞，出現車轍；（3）該路段為市區道路，行車速度相對較慢，在慢速重載的作用下，更容易產生車轍病害。

5.3 嚴重坑槽病害

該路段嚴重坑槽病害主要發生在紅綠燈路口處，這是因為車輛在紅綠燈路口處需制動剎車。車輛質量越大，剎車時對路面造成的橫向力就越大，路面內部剪應力就越大，當路面內部無法抵抗其剪應力時，瀝青面層產生推移。夏季高溫條件下，由于車輛作用時間長，紅綠燈路口處瀝青面層容易產生車轍病害。在推移、車轍的共同作用下，路面開裂，雨水進入路面后，在動水壓力的作用下，出現嚴重坑槽病害。

6 路面維修方案

依據該路段“白加黑”路面病害成因分析，結合交通量預測結果，綜合考慮材料組成、路面結構性能、施工工藝、投資造價等多方面因素，有針對性地設計維修方案，處治加強原水泥混凝土板后，在其上方重新鋪設瀝青面層。

6.1 原水泥混凝土板處治方案

1）對原水泥混凝土板出現斷板或破損、脫空嚴重的，采用換板措施進行處治，具體方案如下：（1）對原瀝青面層進行銑刨，鑿除斷板或破損、脫空嚴重的水泥混凝土板；（2）采用C15貧混凝土對原水泥混凝土板的基層或者底基層松散部位進行補強；（3）在相鄰的水泥混凝土板塊上鉆孔，植入拉桿、傳力桿；（4）重新澆筑水泥混凝土板（其28 d 彎拉強度≥5.0 MPa），澆筑厚度與原標高保持一致。

2）對出現反射裂縫的水泥混凝土板塊，采用板底注漿的方式進行處治。壓漿完成并養護7 d 后進行板塊接縫彎沉檢測，如接縫傳荷能力和單點彎沉值仍不滿足要求，應另行采取換板措施進行處理。

6.2 瀝青混凝土面層加鋪方案

1）對于嚴重坑槽和嚴重車轍段落，將原瀝青混凝土面層銑刨并清理干凈后，重新鋪設20 cm 厚瀝青混凝土面層，具體方案如下：（1）將嚴重坑槽和嚴重車轍病害段落銑刨瀝青混凝土面層后（銑刨起終點位置須避開水泥混凝土板塊接縫處），在水泥混凝土板橫向接縫處，開槽增設傳力桿。（2）對水泥混凝土板表面進行銑刨拉毛，并徹底清理干凈。（3）對水泥混凝土板的橫縫和縱縫分別進行保養及更換填嵌縫材料，跨縫鋪設寬1.5 m 且被乳化瀝青浸透的單面燒毛土工布。對于嚴重坑槽段落，在水泥混凝土板塊其他部位施工一層反應型防水黏結層，用量為0.35 kg/m2；對于嚴重車轍段落，在水泥混凝土板塊其他部位施工一層PCR 改性乳化瀝青防水黏結層。（4）重新攤鋪4 cm 厚改性AC-13C+8cm 厚改性AC-20C+8 cm 厚AC-25C 瀝青混凝土面層，并在瀝青混合料中摻入4‰抗車轍劑，瀝青層間灑布PCR 改性乳化瀝青黏結層[5]，攤鋪壓實，并對新舊路面進行平順連接。

2）對于其他段落，采用反射裂縫處跨縫鋪設單面燒毛土工布，然后加鋪10 cm 厚改性瀝青混凝土面層的方式進行處理，具體方案如下：（1）在反射裂縫處跨縫鋪設寬1.5 m 且被乳化瀝青浸透的單面燒毛土工布，在單面燒毛土工布之外的部位施工一層PCR 改性乳化瀝青黏結層；（2）加鋪4 cm 厚改性AC-13C+6 cm 厚改性AC-20C 瀝青混凝土面層，瀝青層間灑布PCR 改性乳化瀝青黏結層，攤鋪壓實，并對新舊路面進行平順連接。

7 結語

“白加黑”路面是一種兼具剛性路面和柔性路面雙重特色的復合路面，在長期的交通運營中，不可避免會產生各種路面病害，在對其處治維修時，應該選擇正確的路面檢測方法，準確反映路面現狀，結合道路交通量的發展趨勢，分析路面病害成因，并充分考慮材料組成、結構性能、施工工藝、投資造價等多方面影響因素，才能有針對性地設計維修方案。