淺析水泥混凝土路面功能恢復

陳振春

（福建省燕城建設工程有限公司，福建 廈門 361006）

水泥混凝土路面是一種高級剛性路面結構形式，建造史可以追溯到大約公元前一世紀，羅馬人將火山灰作為水硬性膠凝材料，應用到重要的道路與廣場。近現代意義上的水泥混凝土路面是英國工匠Leads和J Aspdin取得波特蘭水泥的發明專利后開始發展起來的。相較于其他類型路面，水泥混凝土路面具有強度高、耐久性好、穩定度高等優點，能夠按照技術要求調整平整度和粗糙度，且全壽命成本普遍低于其他類型路面，施工也不需要大型及復雜的機具，因此，水泥混凝土路面在世界各地得到了廣泛應用。作為脆性材料，其剛度大是主要特點之一，水泥混凝路面在車輪荷載作用下產生的彎拉應力超過其極限彎拉強度時，水泥混凝土板會產生斷裂現象。在車輪重復荷載的作用下，當低于其極限抗彎強度時，水泥混凝土路面會損壞，因此，水泥混凝土路面很容易發生破壞，且水泥混凝土路面破壞后的修復工作也是工程難點之一。國外高速公路水泥混凝土路面比例見表1。

表1 國外高速公路水泥混凝土路面比例

隨著水泥混凝土路面的廣泛使用，相應的水泥混凝土路面修復技術應運而生。從20世紀50年代及60年代初開始，大規模的水泥混凝土路面超過使用年限，加之交通量的飛速發展，致使路面出現不同程度的損壞，使水泥混凝土路面修復技術得到了飛速發展。國外發達國家較早開始對其維修技術進行研究，美國聯邦公路管理局于1985年制定了《路面修復手冊》，該手冊就水泥混凝土路面的回收、修復、路面的補塊、破損固定和排水工程等方面做了具體的規定，比利時、法國、捷克等國家也先后建立了相應的管理制度。為適應國內水泥混凝土路面的飛速發展，我國制定了《公路水泥混凝土養護技術規范》，并于2001年10月開始實施?？梢钥闯觯嗷炷谅访婀に嚾〉昧丝焖侔l展，從工藝的不成熟到如今的成套工藝系統，從早期單一修復材料到如今各種添加劑的使用。

1 水泥混凝土路面修復

1.1 工程概況

大嶝街道東埕雨污分流工程以大嶝街道東埕社區范圍內農村生活污水雨污分流工程為重點，新建污水管道及污水處理站，將村莊污水收集集中統一處理達標排放。本次項目新建DN100出戶管、DN150出戶管，均采用UPVC管；DN200污水重力管，采用HDPE雙壁波紋管；車道下d300管道采用混凝土管。所用管道除設計要求外露以外，其余均需埋設于原有路面以下一定范圍，且管道基礎、檢查井均需坐落在土質良好的原狀土層或經處理的土層上，因此，必須破壞部分原有水泥混凝土路面，重新選定位置，待管道施工完成后，對破除的路面按照原路面結構恢復。圖1為項目區域位置圖。

圖1 項目區域位置圖

1.2 施工要點分析

針對該工程所對應的水泥混凝土路面修復問題，應在管道鋪設工程開始之前進行充分調查，制定科學合理的施工方案，確保水泥混凝土路面修復工程正常如期施工，盡量避免出現水泥混凝土路面修復施工困難、修復不到位等問題，從源頭遏制水泥混凝土路面病害的發展勢頭。針對該工程，本文重點對新舊路面沉降問題、接縫問題進行分析，并提出相應的控制措施，確保工程質量合格。

1.2.1 沉降問題分析

大量工程實踐表明，水泥混凝土路面改建的主要病害有路基路面損壞、路面的整體性能下降、邊坡塌陷等，其中，路面破壞與整體性下降一般是相互促進的因素，從而導致惡性循環的形成。

①由于縱向裂縫或新舊混凝土接縫未處理完善，從而導致新舊道路整體性下降，使裂縫進一步擴大，然后雨水滲入、車輛行駛及其他因素導致路面出現板底脫空、錯臺等眾多病害。

②由于舊水泥混凝土路面已使用多年，而且經過了多年車輛荷載作用，基本已完成了固結沉降等過程，因此，沉降已經趨于穩定。重新修復的水泥混凝土路面在施工完成之后，需經過主固結、次固結沉降與蠕變壓實的過程，而且沉降值會較大，會受到各種因素的影響。例如，材料性能、天氣等因素，不好掌控其沉降值，尤其是對于工期較短的工程更不好掌控，因此，會產生新舊路本身的沉降差異。

1.2.2 接縫問題分析

水泥混凝土路面恢復后，新舊路的結合面一般是道路改擴建里的薄弱位置，而且容易出現病害問題。如新路基性能差、結合面未進行妥善處理、后期交通管控和養護工作不到位，極易造成結合面產生縱向裂縫。除此之外，新路基對水敏感程度更高，當路面防排水設計不充分、防排水措施失效的情況下，路面積水滲入路基、車輛荷載偏壓等作用，會加劇新水泥混凝土路面產生損害。除了降水，地下水位的變化也會引起路基的失穩，地下水上升，浸泡侵蝕路基，導致路基填料整體性能下降，從而造成路面的破壞，尤其反映在新舊水泥混凝土接縫位置；地下水位下降，造成原有孔隙水壓平衡被打破，路面繼續沉降，引起水泥混凝土路面破壞。

2 水泥混凝土路面功能恢復要點控制

針對水泥混凝土路面改建可能造成的病害問題，主要思路是以控制不均勻沉降為主，多種控制方式綜合治理。重點把控新舊路面結合部位問題，減少不均勻沉降和水平位移，因此，可以從設計方案、施工管理和運營管理等方面著手進行要點控制，實現水泥混凝土路面功能恢復。

2.1 合理的設計方法

通過工程實例研究表明，科學的設計方法能在最大程度上降低不均勻的沉降因素，為此需采取合理的設計方法從根本上預防道路病害發生，不僅能控制工程的造價，且能夠有效延長結構的使用壽命，針對道路病害控制的主要設計思路有以下幾方面。

2.1.1 選擇合適位置

在前期規劃設計污水管道時進行合理的布局設計，盡量選擇不破壞原有路面，對于不可規避的路面，可以將管道集中埋設，減少路基搭接的部位?？梢詮膬煞矫嫒胧郑阂皇沁x擇路基的加寬方法。實踐表明路基的加寬量越大，路基間不均勻的沉降越小，對于一般道路而言，單側加寬方式既可以滿足場地要求，也可以實現減小新舊路基不均勻沉降問題，此外，單側加寬方式，應盡量避免破壞填方路基路面。二是考慮設計分隔帶。在場地條件允許的情況下，巧妙設計分隔帶，規避將新路面直接鋪設在新舊路基接縫位置，減少車輛荷載對于薄弱位置的作用，能夠在最大程度上減少結合部位的病害。

2.1.2 優化路基設計

考慮從以下幾方面優化路基設計：一是對新水泥混凝土路基路面適當超挖，并用合理的路基填料進行回填壓實，將新路基沉降降到最低。二是新舊路基的設計采取臺階開挖的形式，可增大新舊路基結合部位的面積，有效增大結合部位抗摩阻力和抗剪強度，保證新舊路基的有效結合，從而降低新舊路面的沉降差問題，臺階的高度及寬度選擇要綜合考慮場地、路基的沉降量和新路基填料工作性能等因素，且臺階高度不能過大，否則新路基的水平位移會增大。三是選用加筋材料。在條件允許的情況下，可以考慮將新舊路基下鋪設一定數量的土工格柵、土工織物及其他復合型土工合成材料，且土工材料應當選擇具有較高抗拉強度、刺破強度及撕裂強度等優良性能的材料。研究表明，選擇合適的土工加筋材料可以有效提高原有路基和新路基土體之間的整體性，確保新舊路面不會因沉降差和接縫問題出現病害。此外，加筋材料可以有效提高地基承載力，約束側向水平位移，從而增強新舊路基結合部位的側向位移，且土工格柵價格低廉、作用顯著、性價比相對較高。研究表明，使用土工格柵的新舊路基路面，能夠有效減少新舊沉降差和新舊路面接縫問題。四是選用合適的路基填料。對原有路基換填性能更好的路基填料，可以有效減少路基路面整體沉降，控制沉降效果較好。

2.1.3 加強新舊路面連接和排水設計

通過加強水泥混凝土路面之間的連接，可以有效增強恢復后路面的整體性，方法是在新舊水泥混凝土路面增設拉桿，拉桿的存在不僅能夠保證其整體性，也能減少新舊路面結合部位的沉降差，此外，拉桿的存在對水平位移也有一定的限制作用，可加強路面防排水設計、增強排水效率、減少水對路基、路面的浸泡作用，以及對接縫的滲透軟化作用。通過合理布設路基及路面的防排水體系，利用邊溝和盲溝等排水設施，有效引導水流走向。可以在新舊水泥混凝土路基頂鋪設防水土工布，有效防止路面出現裂縫后水滲入裂縫，侵蝕路基，造成路基破壞。同時，可以考慮對新路基設置一定的沉降預留值，實現路面在運營期間沉降至于舊路面水平，減少新舊路面結構之間的沉降。

2.2 加強施工管理與控制

2.2.1 加強施工過程中的質量控制

道路改擴建工程往往會涉及兩種不同的材料，即使是同種材料也有時間差異性，而且受到交通、人員的影響，施工限制較多，因此，開挖之后很容易對路基造成擾動。此外，由于大型機械的進場受到限制，往往造成路基壓實度不夠，尤其在新舊路基結合部位的壓實度不夠，壓實質量很難把握。針對這些情況，應當制定科學合理的施工組織設計，提前對新舊路基結合部位重點進行施工把控，配合人工與機械進行壓實。建議在舊路面開挖時，以機械開挖為主，輔以人工開挖，在開挖至路基頂面一定范圍內，應該以人工開挖為主，避免機械開挖擾動原有穩定路基，同樣在新舊水泥混凝土路基結合部位，主要以人工開挖為主，以此來減少對舊路基的擾動，減少新舊路基不均勻沉降差。對于難以通過大型機械壓實的部位，重點采用小型機具壓實，配合人工夯實，確保整個路基的壓實度。

2.2.2 合理使用過渡路面

在施工過程中合理設置過渡性路面可以對沉降做到有效控制，具體措施為：新路基鋪設完成后經自然沉降，加鋪過渡性路面，可以簡單鋪設一層土工膜等材料作為過渡性路面，過渡性路面在車輛及施工機械等荷載作用下，加速沉降，由于水泥混凝土路面的收縮性相對較小，所以，該沉降已經完成大部分沉降，從而減少新舊路基之間的不均勻沉降，雖然新路基的完全沉降需要十幾年的時間，但大部分沉降均在最初一段時間，因此，可以考慮施工完一處路基之后，鋪設過渡層，轉向另一處進行路基施工。鋪設過渡層后，部分開放交通，通過車輛荷載加速改建段路基的沉降，待一段時間以后重新封閉交通，將原有過渡層及路基表面損壞部分鑿除，重新鋪設水泥混凝土路面，從而有效減少新舊路面的不均勻沉降。該方法可以適用于線路較長的工程，不適用于改建線路短及工期短的工程。

2.3 加強運營管理和后期養護

修復后的水泥混凝土路面的運營管理和后期養護是提升混凝土路面使用壽命的關鍵，運營管理主要是限制交通，加強對超載、重載的管理。對于恢復后的水泥混凝土路面，其新舊接觸面一直是薄弱環節，因此，超載、重載會大大增強該位置的應力集中，可以通過在道路出入口設置限寬、限高標志牌配合限制墩，限制出入車輛，且在運營前期，要及時調查、測量道路沉降及接縫情況，出現異常情況提前采取措施，如出現裂縫后及時進行灌漿養護處理，從而實現水泥混凝土路面功能有效恢復。

3 結語

本文結合雨污分流實際工程對水泥混凝土路面恢復問題做了詳細的分析，以控制新舊路面沉降問題、新舊路面接縫問題為出發點，提出了相應的控制措施，保障路面恢復工程的質量，主要有以下幾點：

（1）優化設計方案。選擇合理的路基加寬方案，控制路基的削坡坡度，削坡采用臺階形式，減少對原路基的擾動。

（2）合理選用材料。選用加筋材料增強舊路基與新路基土體之間連接性，協調新舊路基之間土體的變形，減少不均勻沉降。

（3）重視防排水措施。合理布置路基及路面的防水體系，減少水對路基的浸泡侵蝕作用。

（4）加強施工環節質量控制。加強路基新舊結合部位的壓實度控制，確保整個填筑路基的壓實度。