浅谈水泥混凝土路面维修与改造

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉 430023）

0 引言

目前，据有关资料统计，在不同等级的公路修建水泥混凝土路面比重相当可观。美国的水泥混凝土路面占高级路面的比重约为48.5%，英国约为55%，德国也在39%以上。在国外路面建设中，之所以水泥混凝土路面的比重不断增加，一方面是出于能源方面的考量，另外一方面，主要注重其经济对比分析，在建设、维修、养护全部建设和运营总费用最低的价值工程基础上，性价比较高。目前，我国已经建立了较为成熟的水泥混凝土路面设计理论体系，对普通混凝土路面及钢筋混凝土、钢纤维混凝土、连续配筋混凝土、碾压混凝土等新型混凝土路面都建立了较为完善的设计方法。

1 水泥混凝土路面的特点

水泥混凝土路面之所以广泛使用，首先，得益于国家宏观发展战略，交通流量的大幅增长对公路建设需求量增加；其次，水泥混凝土路面经济效应，即前期投资适中，后期养护费用较少，性价比较高。另外，水泥混凝土路面本身具有以下优点：（1）刚度大，承载能力强；（2）高温稳定性好，抗水损害能力强；（3）弯拉强度高，疲劳寿命长；（4）耐候性、耐久性优良；（5）材料资源丰富，有利于环保；（6）油耗低，经济性好；（7）使用寿命长；（8）色差小，隔热性好；（9）造价适当，养护维修费用较小；（10）抗滑性能好，有利于夜间行车。但是，水泥混凝土路面也存在以下缺点和不足：（1）接缝多，行驶舒适性较差；（2）铺筑后不能立即开放交通；（3）对基层抗冲刷要求较高；（4）面板不适应大沉降差；（5）面板对脱空、超载较为敏感；（6）破坏后，维修难度较大。

2 典型病害产生原因

目前常见病害主要包括以下几种类型：①裂缝；②破碎；③路面隆起；④边角破损；⑤路面沉陷；⑥路面变形；⑦路面错台。

2.1 裂缝

由于混凝土内各种材料在凝固时变形是不同步的，会造成骨料及胶结面之间产生微细裂纹，这种裂缝的形态往往是不规则的，在后期各种不利因素影响下，这种微观的裂纹可以发展成宏观的裂缝。导致裂缝的产生可以在早期产生，也可以在运营期间产生，主要因素有以下几个方面：①原材料不合格；②基层高程失控或不平整；③混凝土配合比不当；④施工工艺不合理；⑤边界原因；⑥设计不合理；⑦重载车辆影响；⑧路基不均匀沉降；⑨基础失稳；⑩排水不良。

2.2 破碎

根据严重程度，破碎可以分为轻度、中度、严重三种等级。对于轻度破碎，可以采用封闭裂缝的方法抑制其发展，保证路面的正常使用。对于中度破碎，应采渠裂缝封闭或者换板措施进行处理。对于严重破碎，应对整块板进行更换，同时应对基层进行妥善处理。造成面板破碎的主要因素主要有以下两种：①温度造成破碎；②荷载导致破碎。

2.3 错台

所谓错台，就是当面板接缝两侧高差大于3mm，即认为是错台。错台根据严重程度，也可分为轻度，中度，重度三种。一般情况下，轻度错台，可以暂不处理；中度错台需要使用机械磨平处理；对于严重错台，需要使用树脂砂浆进行结合式补平。造成错台最主要的因素就是路基不均匀沉降。而导致路基不均匀沉降的原因包括以下几个方面：①路基填土压实度不足；②地基中存在软弱土层或岩溶；③路基刚度差异显著；④路基填料不均匀；⑤地下水作用；如图3.1所示。

图3.1 导致路基不均匀沉降的主要因素

2.4 路面隆台

路面隆起主要是由于路基冻胀或膨胀土膨胀，在局部范围内造成面板向上隆起。一般轻微隆起不会造成不舒适感；中度和重度隆起，才会造成不舒适感。路面隆起也有以下几种因素造成：①土冻结时的水分迁移；②温度变化；③胀缩性。

2.5 路面沉陷

一般沉陷会伴有开裂现象，一般情况下需要进行整块板更换。路面沉陷也有以下几种因素造成：①路基压实度；②荷载因素；③路基高度；据有关观测统计发现，路基高度为5m左右时，沉降8个月，沉降量达到20mm后基本趋于稳定；当路基高度为14～20m时，沉降量达到40mm以上时，仍未稳定的趋向，因此对于高路基，路面发生沉降的概率越大。

3 维修改造技术措施

自从上世纪80年代以来，美国联邦公路管理部门曾对不同等级的道路，做了一项深入的跟踪调查，最后得到了一条结论，道路在使用寿命达到75%时，其使用性能也会下降40%，在这一阶段需要对道路进行预防性养护，若不及时进行养护，当使用寿命再次较少12%左右，使用性能会再次下降40%，随之养护成本也会大幅增加。因此预防性养护对于延缓路面恶化速率和延长使用寿命起到一定的积极意义。相关研究成果表明，当一条道路在使用周期内，如果可以进行3至4次的预防性养护，使用寿命可以提高10年左右，从经济角度考虑，预防性养护的效益是可观的。合适的时间采用合适的养护办法，对一条道路的正常使用非常重要。例如，美国很多州都将道路的预防性养护融入到道路管理系统中，建立相应的手册和指南，通过管理系统来判断养护时间和养护方式。

目前，在我国，预防性养护技术尚未得到足够的重视，尚未摆脱传统的响应式养护理念和模式，但是随着预防性理念及技术在我国不断推广，需要用主动预防性养护代替响应式被动养护模式，同时需要不断完善相应的养护材料、养护工艺、养护机械等，来缩小我国在这方面与西方国家的差距。

在2000年以前，我国采用较低的设计和施工标准建成的11.85万公里水泥混凝土路面，当时交通量及超载率都没目前严重。同时由于路线的升级改造，旧水泥混凝土路面需要调坡、改线、截弯取直，而且这种加铺工程随着水泥混凝土路面里程的增加，需求越来越迫切。目前有以下几种常用的水泥混凝土路面改造技术：

3.1 路面板块破裂稳固技术

破碎稳固技术最大优点在于，在一定程度上，破碎的旧路面可以再利用，可以直接作为基层或者垫层。破碎的混凝土材料，本身具有较高的承载力和透水性能，同时有利于环保，避免废料造成环境生态污染。因为，该技术应用比较广泛和成熟。早期，最常用的做法，是旧面层上铺装玻璃纤维栅格后，再铺筑一层新的面层，但是，该工艺治标不治本，在根本上无法解决反射裂缝问题。而破碎稳固技术则能够较好的解决这一问题，首先，可以保持原结构的大部分强度；同时对后期加铺的面层具有较好的支承作用。从各种因素综合考虑，破碎稳固技术具有较好的经济性和实用性。

3.2 路面板块冲击压实技术

冲击压实机械具有低频高振幅，冲击能量和冲击荷载都较大的优点。路面冲击压实技术，主要有两方面的特点，一方面，可以快速高效的把旧路面破碎；另一方面，可以有效的将碎裂的旧路面板块稳固到基层或土基上，另外可以有效较少和缓解反射裂缝，有效的改善路面的改造质量和效果。其主要优势在于以下几点：①修复质量高；②施工速度块；③工程成本低；④影响交通时间短；⑤环境污染小。

3.3 路面板块碎石化技术

所谓碎石化技术，就是用多锤头破碎机将路面板就低破碎，破碎后的水泥混凝土块可以作为稳定的基层和底基层。碎石化技术对排水要求、土基及基层要求、破碎后颗粒组成特性、加铺厚度要求较高。最大的优点在于对交通影响较小，可以降低工程成本，最大限度减少环境污染。有关研究表明，破碎后的废料利用率可达到95%以上，碎石化层的刚度较大，是一般普通级配碎石基层刚度的3倍左右，可以形成坚实的粒料基层。同时，也可以有效解决反射裂缝问题。

3.4 水泥混凝土路面直接加铺沥青路面

这种改造措施的最大特点在于，可以提高路面的承载力，消除接缝处断裂、脱空病害的影响，也可以提高路面整体的平整性能和抗滑性能，是一种较为有效的补强措施。

3.5 旧水泥混凝土路面直接加铺水泥混凝土结构路面

加铺水泥混凝土是旧水泥混凝土路面维修技术的最有效，也是最常见的方法，通常情况下，可以采用结合式、分离式、直接式三种加铺方式。

3.6 加铺连续配筋混凝土结构

在面层中设置纵向钢筋和横向钢筋，同时在横向不设置缩缝的路面称为连续配筋混凝土路面。该路面结构适用于重载交通，主要由于该路面结构可以有效提高在裂缝处的荷载传递能力，可以大大降低接缝处的弯沉差，改善板角和板边的工作状态；此外可以减少雨水侵入基层的概率，不需要进行灌缝，所以可以减少后期养护费用。同时，该路面结构的平整度也较好，使用寿命也相对较长。连续配筋加铺层的结构形式主要有三种：①分离式连续配筋加铺层；②结合式连续配筋加铺层；③设半刚性补强层的连续配筋加铺层。

4 结论

在水泥混凝土路面发展中，只有建立良好的养护系统，才能使公路发挥最大效益，这也进一步表明养护工作至关重要。但由于过去我国公路等基础交通设施建设严重滞后于国民经济和社会发展的需要，导致在近一时期公路发展中，出现了重建轻养、忽视旧路改造的现象。特别是在新路里程不断增加的背景下，对公路养护提出了更为迫切的要求。但由于条件制约，我国公路养护水平还有待进一步提高，特别是原有设计理论的不完善、施工经验的不足及对养护的不重视，使许多水泥混凝土路面不仅存在功能性的缺陷，还出现了结构性的损坏；同时，养护中普遍存在的“效率低、质量差”现象，也是我国水泥混凝土路面养护工作中必须解决的问题。