淺談水泥混凝土路面維修與改造

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢 430023）

0 引言

目前，據有關資料統計，在不同等級的公路修建水泥混凝土路面比重相當可觀。美國的水泥混凝土路面占高級路面的比重約為48.5%，英國約為55%，德國也在39%以上。在國外路面建設中，之所以水泥混凝土路面的比重不斷增加，一方面是出于能源方面的考量，另外一方面，主要注重其經濟對比分析，在建設、維修、養護全部建設和運營總費用最低的價值工程基礎上，性價比較高。目前，我國已經建立了較為成熟的水泥混凝土路面設計理論體系，對普通混凝土路面及鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土、連續配筋混凝土、碾壓混凝土等新型混凝土路面都建立了較為完善的設計方法。

1 水泥混凝土路面的特點

水泥混凝土路面之所以廣泛使用，首先，得益于國家宏觀發展戰略，交通流量的大幅增長對公路建設需求量增加；其次，水泥混凝土路面經濟效應，即前期投資適中，后期養護費用較少，性價比較高。另外，水泥混凝土路面本身具有以下優點：（1）剛度大，承載能力強；（2）高溫穩定性好，抗水損害能力強；（3）彎拉強度高，疲勞壽命長；（4）耐候性、耐久性優良；（5）材料資源豐富，有利于環保；（6）油耗低，經濟性好；（7）使用壽命長；（8）色差小，隔熱性好；（9）造價適當，養護維修費用較小；（10）抗滑性能好，有利于夜間行車。但是，水泥混凝土路面也存在以下缺點和不足：（1）接縫多，行駛舒適性較差；（2）鋪筑后不能立即開放交通；（3）對基層抗沖刷要求較高；（4）面板不適應大沉降差；（5）面板對脫空、超載較為敏感；（6）破壞后，維修難度較大。

2 典型病害產生原因

目前常見病害主要包括以下幾種類型：①裂縫；②破碎；③路面隆起；④邊角破損；⑤路面沉陷；⑥路面變形；⑦路面錯臺。

2.1 裂縫

由于混凝土內各種材料在凝固時變形是不同步的，會造成骨料及膠結面之間產生微細裂紋，這種裂縫的形態往往是不規則的，在后期各種不利因素影響下，這種微觀的裂紋可以發展成宏觀的裂縫。導致裂縫的產生可以在早期產生，也可以在運營期間產生，主要因素有以下幾個方面：①原材料不合格；②基層高程失控或不平整；③混凝土配合比不當；④施工工藝不合理；⑤邊界原因；⑥設計不合理；⑦重載車輛影響；⑧路基不均勻沉降；⑨基礎失穩；⑩排水不良。

2.2 破碎

根據嚴重程度，破碎可以分為輕度、中度、嚴重三種等級。對于輕度破碎，可以采用封閉裂縫的方法抑制其發展，保證路面的正常使用。對于中度破碎，應采渠裂縫封閉或者換板措施進行處理。對于嚴重破碎，應對整塊板進行更換，同時應對基層進行妥善處理。造成面板破碎的主要因素主要有以下兩種：①溫度造成破碎；②荷載導致破碎。

2.3 錯臺

所謂錯臺，就是當面板接縫兩側高差大于3mm，即認為是錯臺。錯臺根據嚴重程度，也可分為輕度，中度，重度三種。一般情況下，輕度錯臺，可以暫不處理；中度錯臺需要使用機械磨平處理；對于嚴重錯臺，需要使用樹脂砂漿進行結合式補平。造成錯臺最主要的因素就是路基不均勻沉降。而導致路基不均勻沉降的原因包括以下幾個方面：①路基填土壓實度不足；②地基中存在軟弱土層或巖溶；③路基剛度差異顯著；④路基填料不均勻；⑤地下水作用；如圖3.1所示。

圖3.1 導致路基不均勻沉降的主要因素

2.4 路面隆臺

路面隆起主要是由于路基凍脹或膨脹土膨脹，在局部范圍內造成面板向上隆起。一般輕微隆起不會造成不舒適感；中度和重度隆起，才會造成不舒適感。路面隆起也有以下幾種因素造成：①土凍結時的水分遷移；②溫度變化；③脹縮性。

2.5 路面沉陷

一般沉陷會伴有開裂現象，一般情況下需要進行整塊板更換。路面沉陷也有以下幾種因素造成：①路基壓實度；②荷載因素；③路基高度；據有關觀測統計發現，路基高度為5m左右時，沉降8個月，沉降量達到20mm后基本趨于穩定；當路基高度為14～20m時，沉降量達到40mm以上時，仍未穩定的趨向，因此對于高路基，路面發生沉降的概率越大。

3 維修改造技術措施

自從上世紀80年代以來，美國聯邦公路管理部門曾對不同等級的道路，做了一項深入的跟蹤調查，最后得到了一條結論，道路在使用壽命達到75%時，其使用性能也會下降40%，在這一階段需要對道路進行預防性養護，若不及時進行養護，當使用壽命再次較少12%左右，使用性能會再次下降40%，隨之養護成本也會大幅增加。因此預防性養護對于延緩路面惡化速率和延長使用壽命起到一定的積極意義。相關研究成果表明，當一條道路在使用周期內，如果可以進行3至4次的預防性養護，使用壽命可以提高10年左右，從經濟角度考慮，預防性養護的效益是可觀的。合適的時間采用合適的養護辦法，對一條道路的正常使用非常重要。例如，美國很多州都將道路的預防性養護融入到道路管理系統中，建立相應的手冊和指南，通過管理系統來判斷養護時間和養護方式。

目前，在我國，預防性養護技術尚未得到足夠的重視，尚未擺脫傳統的響應式養護理念和模式，但是隨著預防性理念及技術在我國不斷推廣，需要用主動預防性養護代替響應式被動養護模式，同時需要不斷完善相應的養護材料、養護工藝、養護機械等，來縮小我國在這方面與西方國家的差距。

在2000年以前，我國采用較低的設計和施工標準建成的11.85萬公里水泥混凝土路面，當時交通量及超載率都沒目前嚴重。同時由于路線的升級改造，舊水泥混凝土路面需要調坡、改線、截彎取直，而且這種加鋪工程隨著水泥混凝土路面里程的增加，需求越來越迫切。目前有以下幾種常用的水泥混凝土路面改造技術：

3.1 路面板塊破裂穩固技術

破碎穩固技術最大優點在于，在一定程度上，破碎的舊路面可以再利用，可以直接作為基層或者墊層。破碎的混凝土材料，本身具有較高的承載力和透水性能，同時有利于環保，避免廢料造成環境生態污染。因為，該技術應用比較廣泛和成熟。早期，最常用的做法，是舊面層上鋪裝玻璃纖維柵格后，再鋪筑一層新的面層，但是，該工藝治標不治本，在根本上無法解決反射裂縫問題。而破碎穩固技術則能夠較好的解決這一問題，首先，可以保持原結構的大部分強度；同時對后期加鋪的面層具有較好的支承作用。從各種因素綜合考慮，破碎穩固技術具有較好的經濟性和實用性。

3.2 路面板塊沖擊壓實技術

沖擊壓實機械具有低頻高振幅，沖擊能量和沖擊荷載都較大的優點。路面沖擊壓實技術，主要有兩方面的特點，一方面，可以快速高效的把舊路面破碎；另一方面，可以有效的將碎裂的舊路面板塊穩固到基層或土基上，另外可以有效較少和緩解反射裂縫，有效的改善路面的改造質量和效果。其主要優勢在于以下幾點：①修復質量高；②施工速度塊；③工程成本低；④影響交通時間短；⑤環境污染小。

3.3 路面板塊碎石化技術

所謂碎石化技術，就是用多錘頭破碎機將路面板就低破碎，破碎后的水泥混凝土塊可以作為穩定的基層和底基層。碎石化技術對排水要求、土基及基層要求、破碎后顆粒組成特性、加鋪厚度要求較高。最大的優點在于對交通影響較小，可以降低工程成本，最大限度減少環境污染。有關研究表明，破碎后的廢料利用率可達到95%以上，碎石化層的剛度較大，是一般普通級配碎石基層剛度的3倍左右，可以形成堅實的粒料基層。同時，也可以有效解決反射裂縫問題。

3.4 水泥混凝土路面直接加鋪瀝青路面

這種改造措施的最大特點在于，可以提高路面的承載力，消除接縫處斷裂、脫空病害的影響，也可以提高路面整體的平整性能和抗滑性能，是一種較為有效的補強措施。

3.5 舊水泥混凝土路面直接加鋪水泥混凝土結構路面

加鋪水泥混凝土是舊水泥混凝土路面維修技術的最有效，也是最常見的方法，通常情況下，可以采用結合式、分離式、直接式三種加鋪方式。

3.6 加鋪連續配筋混凝土結構

在面層中設置縱向鋼筋和橫向鋼筋，同時在橫向不設置縮縫的路面稱為連續配筋混凝土路面。該路面結構適用于重載交通，主要由于該路面結構可以有效提高在裂縫處的荷載傳遞能力，可以大大降低接縫處的彎沉差，改善板角和板邊的工作狀態；此外可以減少雨水侵入基層的概率，不需要進行灌縫，所以可以減少后期養護費用。同時，該路面結構的平整度也較好，使用壽命也相對較長。連續配筋加鋪層的結構形式主要有三種：①分離式連續配筋加鋪層；②結合式連續配筋加鋪層；③設半剛性補強層的連續配筋加鋪層。

4 結論

在水泥混凝土路面發展中，只有建立良好的養護系統，才能使公路發揮最大效益，這也進一步表明養護工作至關重要。但由于過去我國公路等基礎交通設施建設嚴重滯后于國民經濟和社會發展的需要，導致在近一時期公路發展中，出現了重建輕養、忽視舊路改造的現象。特別是在新路里程不斷增加的背景下，對公路養護提出了更為迫切的要求。但由于條件制約，我國公路養護水平還有待進一步提高，特別是原有設計理論的不完善、施工經驗的不足及對養護的不重視，使許多水泥混凝土路面不僅存在功能性的缺陷，還出現了結構性的損壞；同時，養護中普遍存在的“效率低、質量差”現象，也是我國水泥混凝土路面養護工作中必須解決的問題。