旧水泥混凝土路面维修改造技术分析与研究

苏 华

中煤科工集团武汉设计研究院有限公司（430064）

旧水泥混凝土路面维修改造技术分析与研究

苏 华

中煤科工集团武汉设计研究院有限公司（430064）

水泥混凝土路面由于交通量加剧以及重载车辆的反复作用，导致其出现不同程度的破损现象，因此，根据破损状况及其周围环境，亟需相应的合理改造方案。这里以三里河水泥混凝土路为工程依托，通过统计其断板率和测定其弯沉值，以此确定水泥混凝土路面的破损状况，并分析病害成因，进而提出加铺沥青路面的改造方案。

旧水泥混凝土路面；断板率；弯沉；沥青路面

目前，随着早期建成的混凝土公路使用年限的不断加剧，特别近些年来，由于交通量的急剧增加和重载交通的反复作用，使得混凝土路面出现不同程度的损坏，因此导致大量的水泥混凝土路面工程必须进行综合升级改造。本文以三里河路水泥混凝土路为工程背景，调查与分析水泥混凝土路面破损状况以及破损形式，据此结合工程实际状况，提出相应的水泥混凝土路面改造方案[1-2]。

1 工程概况

三里河路路面改造工程东起于合安路，向西止于万佛路交叉口,道路全长3 940 m。原道路等级为城市主干道1，设计车速60 km/h，路宽22 m，为水泥混凝土路面,路面结构为:24 cm水泥混凝土+20 cm水泥稳定碎石+50 cm天然砂砾。老路布置简易绿化带和非机动车道,路面具体布置情况为:机动车道2×11.0 m,为双向六车道,非机动车道宽度为2×5.0 m,侧分隔带宽度为2×3.0 m，人行道宽度为2×6.0 m。

1.1 旧水泥混凝土路面破损状况调查分析

随着近些年来交通量不断地增加，导致三里河路已出现病害，特别是道路南半幅路，由于重载车辆的不断作用，导致本幅道路病害现象集中且损害十分严重。根据调查结果分析发现，混凝土路面破损主要分为:路面裂缝类和坑洞类。其中裂缝类病害主要有纵横及斜向裂缝、角隅断裂等；坑洞类病害主要有坑洞等。

此次改造设计对原道路的每一块水泥板进行病害调查和统计，K0+000～K3+940原道路的机动车道断板率为20%，断板率评价为差。

从DBL评价指标可以看出，K0+000～K3+940全段道路水泥路面损坏程度较大，严重影响行车舒适度，三里河原道路综合DBL评价为差，因此原道路全路段基本都需要换板或者作挖除处理。

表1 水泥混凝土路面损坏状况评价表

1.2 旧水泥混凝土路面弯沉检测

对三里河路全线的弯沉检测采用贝克曼梁弯沉仪测量，按照检测频率布置要求全线共设置监测点10 145点。道路评价和路面承载能力评价标准详见表2和表3。

表2 三里河水泥混凝土路面承载能力评价统计表（弯沉值单位:0.01 mm）

表3 水泥混凝土路面承载能力评价标准

从板角弯沉检测可以发现，K0+000～K2+000路段板底脱空比例相对较大,占全部测点的45.96%和30.93%，需要进行换板处理。全路段均存在板角脱空现象，因此全路段需要进行注浆处理。

2 病害分析

针对上述调查分析，结合道路运营实际状况发现导致水泥混凝土路面病害的主要原因包含以下几个方面:

1）水泥混凝土路面自身刚度较大，扩散荷载能力强，但是由于其材料自身的变形能力有限、脆性大的特点，使得路面的变形适应能力较差，面层与基层之间容易脱空，特别是由于脱空以及弯沉超标等原因，使得路面结构的整体刚度下降，承载能力明显不足，路面发生严重破损，引起路面行车颠簸，导致行车不舒适。2）目前交通量急剧上涨，旧水泥混凝土路设计时对交通量的增长估计不足，路面结构设计强度与刚度均不满足现行大交通量的实际发展需求。特别是由于本项目路段行驶着大量超载超重车辆，重载车长时间的不断反复加压作用，同时由于存在相当高的水平冲击力，使得水泥板出现断裂破坏。3）由于混凝土施工工艺控制不当或者搅拌时间不够，振捣不密实，拌合时混凝土组成材料温度过高等原因的影响，导致水泥混凝土路面在冷却硬化过程中会因温差导致开裂，那么使雨水可沿着缝隙渗入基层,在行车荷载作用下产生唧泥，同时相邻块之间产生抽吸作用，造成错台现象，严重时甚至面板脱空，当受到的弯拉应力大于混凝土板强度时，造成板块断裂。[3]

3 道路改造方案

3.1 加铺沥青层前旧水泥混凝土板处理

对于水泥混凝土路面的改造，根据旧水泥混凝土路面破损状况的不同程度，提出对应的路面改造方案。

①缝维修。对于破坏程度较小的水泥混凝土路面结构，水泥混凝土板块上仅仅存在少量路面裂缝,无沉陷、坑槽、错台等严重病害时，对路面裂缝进行灌缝处理。对于宽度小于3 mm的表面裂缝，先进行清缝，然后采用扩缝后封缝胶灌缝处理，灌缝要饱满。裂缝修补后，粘贴聚酯玻纤维布；对于宽度大于3 mm的裂缝以及贯穿全板的纵、横缝,即视为断板。

②局部修补。对于局部有轻微损坏，如局部破碎、横向裂缝、断角等病害的路段，采用以下处理方式:按照断裂的大小确定切割范围并且放样，将其打成规则的垂直面，对原有钢筋尽量保留全部，如若必须切除，则至少应保留20～30 cm的钢筋接头;对于有缺陷的滑动传力杆，在浇筑新混凝土层之前应加设传立杆，然后在破坏处附近1 m处,横向切除损坏混凝土面板，采用24 cm水泥混凝土恢复路面。

③脱空板处理。当板块单点弯沉值大于20（0.01 mm）时，需要对板底进行注浆处理，对于单点弯沉值大于40（0.01 mm）的面板，则应按照破碎板处理。板角脱空具体分析如下:板角弯沉≥40（0.01mm），认为板底脱空，需要换板；20（0.01 mm）≤板角弯沉＜40（0.01 mm），板角脱空，必须注浆；板角弯沉＜20（0.01 mm），认为板块完好。

④破碎板块处理。对于损坏严重的旧水泥混凝土面板,在施工前应以压路机对现状路面进行检压，以判断路面是否出现脱空松动现象。对于脱空的混凝土面板，若其下基础已破坏,则用水泥混凝土进行浇筑调平，若基础完整则保留原有的基础；如若板块出现大面积严重的破碎，甚至出现纵、横向贯通断裂，沉陷，错台等病害，则首先利用小型凿岩机或啄木鸟型破碎机破碎旧板（切忌采用冲击破碎方法），其次将破碎后的旧板及时清运，清扫基层表面松散颗粒及其他杂物,然后用24 cm水泥混凝土浇筑整个混凝土板块，待新板混凝土终凝后在新旧板结合处切纵缝，横缝与周围旧板横缝平齐,缝深不小于5 cm。原设计胀缝、施工缝等应恢复。各种施工缝切完后要及时用高压水冲洗干净,待缝面干燥后再及时进行填缝。[4-5]

3.2 加铺沥青层厚度的确定

根据三里河水泥混凝土路面破损状况调查分析和承载能力分析发现,本段道路路面破损严重，承载能力已经不能满足现行交通量的要求，需要进行升级改造处理。根据“白加黑”设计经验，采用加铺沥青路面的方案改造三里河旧水泥混凝土路面。

采用COE法确定沥青加铺层的厚度。美国陆军工程师部队基于沥青加铺层与混凝土加铺设计等同的理论——补足厚度缺额，提出了旧水泥混凝土路面加铺沥青层的经验厚度设计公式:

其中:hd—基于现有地基承载能力和未来交通量，用新建混凝土路面的方案计算得到的混凝土单层面层厚度（cm）;hex—旧混凝土面层厚度；Cb—旧面层板的状况系数；F—控制旧面层板在加铺后裂缝的进一步发展程度系数,一般取值为0.6～1.0；A—混凝土层厚与沥青层厚的当量转换系数，A=3.0。

本项目中hd取值为27 cm，hex取值为24 cm，且在加铺沥青之前，已经针对不同损坏程度的水泥混凝土板进行了处理，那么Cb=1，F=1.0。

根据上述加铺沥青经验厚度公式可以计算得到: