地方公路水泥混凝土路面加鋪瀝青面層(白改黑)設計及施工常見問題探討

(廣安市公路勘察設計院， 四川 廣安 638000）

0 前言

廣安市華鎣山脈石灰巖豐富，水泥生產企業較多，在2010年前后，較多的地方公路采用了水泥混凝土路面結構。隨著國民經濟的快速增長，公路運輸業也進入了飛速發展時期，舒適、美觀是新時期對地方公路提出的新要求。水泥混凝土路面由于反光強導致視覺效果差，板縫的存在導致舒適度差及易滲水，已經不再適合如今的交通需要，為了進一步提升公路的強度以及平整度，在公路表面加鋪瀝青層成為了既有水泥混凝土路面改造的主流。

1 “白改黑”的含義以及設計理念

“白改黑”就是指在原本的水泥混凝土路面加鋪瀝青面層，設計應以充分利用原有水泥砼板高強度的特性為基礎，通過加鋪瀝青層來達到提升公路使用性能的作用，這種改造方式具有施工簡單、改造成本低以及對交通及環境影響小的優點。但由于水泥混凝土板對基底狀況敏感度高，在進行水泥混凝土路面“白改黑”設計工作時，必須對舊路面的狀況進行較為細致的調查和評估，以確定最為合理的瀝青加鋪改造方式。

舊路狀況調查的主要內容：①交通量調查，將通行車輛按《公路瀝青路面設計規范》分為11類，通過現場調查并結合交通量自動觀測站數據進行統計分析，確定公路設計交通荷載等級。②病害調查，全路段逐板調查，記錄裂縫、錯臺、斷角、斷板狀況，計算評定舊路破損率DR及路面破碎狀況指數PCI。③舊路彎沉檢測，重點對板縫明顯段落逐板進行板角彎沉檢測，以判斷脫空和接縫傳荷能力。由于地方落錘式彎沉儀較少，也可采用5.4m貝克曼梁按主副點方式進行彎沉檢測。④舊路結構層狀況檢測，應采用鉆孔深度大于路面結構層厚度的鉆芯取樣機進行，通過取芯樣判定原路結構層厚度、完整度、強度等數據。 ⑤沿線其他病害狀況調查，重點調查邊溝排水、路肩垮塌、標志牌、護欄等狀況⑥原路建設養護等資料查詢。

加鋪改造設計理念：病害分類處治，結構寧填勿挖，材料回收利用。在實際工程中，由于施工、地理環境、交通狀況等因素的影響，病害類型往往相對分段集中，方案應根據病害類型和程度分類分段確定。在一般情況下應盡量不對既有路面結構進行開挖，通過增加結構層總厚度提高路面結構強度，減少投資，并減少環境污染。在目前環保要求越來越高的新形勢下，應對開挖出的原路面結構材料進行回收利用，原基層混合料破碎后可作為粒料類基層材料使用，原水泥砼板塊破碎后可作為穩定類基層材料使用。

2 “白改黑”加鋪技術方案

“白改黑”的技術方案主要包括以下幾種：①碎石化技術，目前主要有多錘頭和共振破碎兩種方式，這種技術就是將混凝土板通過錘擊或振動分解成碎塊，通過調整錘頭的落距或激振力來達到控制板塊碎裂程度的目的。使用壓路機壓實，直到將差異沉降程度滿足要求為止，這樣能夠比較徹底的解決反射裂縫。碎石化后舊路可直接加鋪瀝青層也可做為底基層使用。這種方案具有施工簡單、工程量小以及工期短的特點。該方案一般適用于原砼板破損率達到15-20%及以上，舊路的評價等級為中等及以下修復成本較高時。②裂縫抑制技術，不挖除原有的路面，只是將其病害進行適當的修補保持原混凝土板塊狀態，通過設置抗裂卷材、應力吸收層之后再進行瀝青加鋪。該方案一般適用于原砼板破損率低于 15%以下，舊路評價等級為中、良及以上時。一般均需同步進行脫空板注漿穩固處理。裂縫抑制技術關鍵在于減少相鄰板變形位移差及提高接縫處面層抗拉強度以減小剪切應力。由于高模量砼板接縫對軸重較敏感，該方案用于重載交通較多的重度交通等級道路時，裂縫抑制效果較差，需提高加鋪層厚度。③將原破損嚴重的水泥混凝土路面挖除，再對其進行處理或補強，加鋪瀝青面層，從而達到“白改黑”的效果，這種方案具有工程量大、工期長、施工成本高的特點，而且在挖除混凝土塊的過程中很容易就會對環境造成影響。一般僅用于路面高程受控制的居民聚集段、構造物處。

3 “白改黑”施工中常見的問題以及防治

3.1 路基沉降及水泥混凝土板脫空問題和防止

路基沉降及面層混凝土板脫空是導致路面板斷裂損壞的主要直接原因。由沉降及脫空引起的斷板將導致路面出現錯臺，車輛沖擊荷載顯著增大導致病害快速發展。因此路基沉降及混凝土面板脫空防治是施工關鍵。

路面出現沉降的原因大致為：①由于前期路基施工中路基填料及壓實質量未達到設計要求，空隙率較大，在荷載和水的作用下而發生自然密實沉降和局部孔洞沉陷。此類病害一般表現為路面起伏。②路面、基層、底基層、路床土基由于水進入，在車輛動荷載下反復出現泵吸，導致結構層材料流失出現脫空而沉降。此類病害主要表現為以板接縫為邊界出現錯臺沉降。針對①類因存在存在明顯空隙，則采取注漿方式對路基進行穩定，注漿深度應大于路基工作區，注漿材料可采用水泥漿或地聚合物漿液。針對②類因面層材料缺失，則采用換填調平處理。施工中往往容易忽略路基沉陷病害的處理，路面病害調查時應結合一定的鉆探取樣查看。

混凝土面板下承層材料在泵吸作用下雖有一定流失而脫空，由于面板厚度足夠，能抵抗車輛荷載引起的彎曲變形而不發生斷裂。當水泥混凝土面板斷板病害較少，直接加鋪瀝青面層時，設計及施工較易忽略的是面板的脫空處理。也是部分白改黑項目接縫映射普遍的原因之一。根據模擬計算，25cm厚彎拉強度4.5MPa的5x4m面板最大變形量可接近4mm而不發生斷裂，故脫空板接縫處的彎曲變形會迅速導致瀝青混凝土面層疲勞開裂。目前脫空處理依然以鉆孔注漿方式為主。實際施工中較難控制的是脫空的判定及注漿質量的控制。脫空的判定多采用人工觀察法結合彎沉測定法來確定。人工觀察法是通過觀察接縫、裂縫、唧泥、車輛通過后的位移等情況初步判定脫空。目測不能明顯判定時可采用主副點法彎沉檢測，當主點彎沉大于0.2mm或差異彎沉（主點-副點）大于0.06mm的，均認為板底可能出現脫空。注漿質量控制，主要以改善漿液配合比，使其流動度不大于20s、泌水率不大于0.4%、膨脹率0.02%、強度不小于5MPa。注漿效果最終以彎沉檢測評價，必要時應多次注漿。

3.2 反射裂縫的防治

增加瀝青面層厚度也可抑制裂縫，但性價比較低，對于地方公路需增加投入較多。因此地方公路主要應以接縫部位的處理和改善加鋪瀝青層性能來防治反射裂縫。瀝青加鋪層可采橡膠改性瀝青，以此增強瀝青混合料的抗裂縫效果。接縫處除脫空處理外還需設置高性能的抗裂貼卷材，以分散應力和防水；交通等級達到重度及以上時可設置橡膠瀝青應力吸收層，這種吸收層具有控制裂縫擴展效果好的特點，同時因為其整體結構較為嚴密，能夠有效的防水。

3.3 水損害的問題以及防治

地面水能夠通過裂縫以及反射裂縫流入基層及路基內，下滲水在水泥混凝土剛性板與車輛瞬間動荷載作用下形成高壓與負壓反復轉換的泵吸效果特別明顯，是形成板脫空的直接原因。為了減少水對公路造成的破壞，最為有效的方式是提高接縫的抗滲能力，對原板接縫及裂縫進行清縫和灌填封。接縫填縫材料應選用與混凝土接縫槽壁粘結力強、回彈性好、適應混凝土板收縮、耐老化的材料。常溫施工式填縫料主要有聚（氨）酯、硅樹脂類、氯丁橡膠、瀝青橡膠類等。加熱施工式填縫料主要有瀝青瑪蹄脂類、聚氯乙烯膠泥類、改性瀝青類等。應使用樹脂類、橡膠類或改性瀝青類填縫材料，并宜在填縫料中加入耐老化劑。

4 “白改黑”工程的實例分析

廣安地區白改黑項目最早于2004年開始。2004-2008年期間主要針對城區的部分主要市政水泥混凝土道路進行黑化，黑化采用修復水泥混凝土板后整體加鋪4cmAC-13瀝青層，部分路段接縫處鋪設玻璃纖維格柵寬50cm，大部分接縫未設置格柵或僅設置強度較差的土工布。從裂縫反射情況看，各道路差異較大，有的幾個月就出現裂縫，有的3-5年后才出現，部分主要道路部分路段目前也未出現較多裂縫。結合交通狀況、原路狀況、施工質量情況分析，裂縫出現時間與原砼路面狀況和通行車輛荷載相關性較大，裂縫嚴重程度與加鋪層施工質量有較大的相關性。以金安大道為例，金安大道上段無貨車通行，目前多以細小裂縫為主，部分段落無裂縫。金安大道下段為貨車過城區道路，存在較多貨車，黑化后裂縫反射十分明顯，已在2014進行了一次路面大修。相鄰的平安大道于2012年左右進行了黑化，僅對病害板處治后加鋪4cm瀝青面層，未對接縫處理。其面層瀝青混合料存在明顯油石比偏低，目前所有板接縫均出現明顯裂縫，且裂縫處瀝青層剝落情況較明顯。2009年至2014年期間分別在G318花橋場鎮、小平故里路道路改造中采用白加黑方式對路面進行黑化，采用25cm砼板修復后整體加鋪7cm瀝青面層，為提高原砼板的抗變形能力，重點加強了修復砼板與原板間連接傳力鋼筋的設置和接縫抗裂貼的使用。后期使用效果較為理想，修復部分裂縫得到了較好的抑制。2013年S203華鎣境內段采用25cm砼修復板加鋪1cm橡膠瀝青應力吸收層再鋪筑9cm雙瀝青面層。由于該路存在重載運輸車輛，目前板縫映射較嚴重，根據鉆孔取樣情況，部分裂縫并未貫穿整個瀝青下面層，主要出現在中上部。根據工程實例接縫抗裂貼及應力吸收層抗變形能力較好，對抑制裂縫有一定作用，但砼板的變形較大時同樣可導致面層較早出現反射裂縫，因此提高砼板穩定減少豎向變形更能有效的抑制裂縫。

2008-2014年期間主要針對國省縣道公路進行路面黑化改造，改造以非場鎮段破碎整體加鋪結構層為主，場鎮段以修復水泥混凝土圖板的白加黑為輔助。其中S304趙家橋至八一橋段在2008年左右，對原水泥砼路面采用藍派預裂穩固后加鋪水泥穩定碎石補強層后加鋪瀝青面層。由于原水泥砼面板斷板沉陷較嚴重，沖擊預裂尺寸普遍較大，因基層破壞嚴重穩固效果較差，加鋪層20-25cm水泥穩定碎石結構偏薄無法滿足碎石材料運輸的需求，導致道路使用2年后出現大面積破損，水泥穩定碎石層出現大量裂縫。2013年天池至石林公路采用對原砼板多錘頭碎石化處理加鋪水泥穩定碎石基層20（34）cm及10cm雙瀝青面層，重載交通較多段水穩碎石基層厚34cm。截止目前使用效果較好，幾乎未見裂縫病害。雖原水泥砼碎斷板破碎病害較多，但由于基層結構強度較好，多錘頭破碎施工質量基本達到設計要求，路面結構厚度符合交通需求，故使用效果較好。因此在采用碎石化方案時應結合原路基層狀況及通行車輛狀況，正確的確定舊路碎石化后強度，讓路面結構組合滿足交通要求。

5 結束語

目前，“白改黑”施工技術已經廣泛應用到了公路改造中，通過不同病害和路況的不同處治方法，通過多種方法并行來抑制裂縫反射，提高路面結構強度，從而實現對舊公路的改造，不但能夠大幅度提升公路的使用性能，同時還增加了公路的使用壽命，有效的改善了公路中出現的各種病害問題。

[1]嚴聰.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪技術研究[J].長沙理工大學，2015（12）：45-46.

[2]肖進軍.二級公路混凝土加鋪層病害分析及數值研究[J].南華大學，2016（05）：112-113.