水泥混凝土路面预养护技术对策研究

2011-08-15王鹤翼

山西建筑 2011年26期

郭峰王鹤翼

水泥混凝土路面以其强度高、承载能力大、使用寿命长等优点，在我国公路网中占据相当大的比重。然而，水泥混凝土路面一旦发生结构性损坏，路面维修需要封闭交通，同时水泥混凝土需要一定的时间进行养生以达到一定的设计强度。因而维修时间较长，对道路交通干扰较大，影响道路的正常运营。路面预防性养护(Pavement Preventive Maintenance，简称预养护)是指在不增加路面结构承载力的前提下，对结构完好的路面或附属设施有计划地采取某种具有较高效益费用比的措施，以达到保养路面系统、延缓损坏、保持或改进路面功能状况的目的[1］。通过对路面有计划的实行预养护，使路面使用性能维持在一个较高的水平，为公路运输提供安全、舒适和耐久的路面。因此，预防性养护对于水泥混凝土路面具有特别重要的意义。

本文通过分析水泥混凝土路面典型损坏的成因机理，并总结国内外现有各项预养护技术措施，针对不同的水泥路面病害，提出预防性养护措施的适用条件和施工工艺，为水泥混凝土路面预防性养护提供依据。

1 路面主要损坏类型

水泥混凝土路面在行车荷载和环境因素的共同作用下将出现各种损坏。这些损坏具有不同的形态和成因，并对路面结构性能与功能性能产生不利影响。它们按使用状态可分为结构性破坏和功能性破坏两大类。

结构性破坏是由于路面各层的承载能力降低引起的，反映在表面上往往是裂缝。功能性损坏是由于路面提供给道路用户的服务能力下降引起的，反映在路面上则是平整度降低。

按损坏形态可分为五大类:

1)断裂类病害:断裂类病害主要有以下4种:裂缝、破碎、断角和补块。2)变形类病害:变形类病害主要有脱空、唧泥、错台、拱起、胀起、沉陷6种类型。3)接缝类病害:接缝类病害主要有接缝剥落、纵缝张开、接缝填缝料损坏3种类型。4)表面类病害及路肩损坏:表面类病害及路肩损坏主要有露骨、表层裂纹、层状剥落、坑洞、路肩损坏5种类型。5)修补类:主要包括小补丁(修补面积小于0.5 m2)，大补丁(修补面积大于0.5 m2)和开挖补块。

2 路面损坏成因机理

2.1 设计方面原因

在设计过程中各种参数决定了道路的等级以及路面结构的形式。由此，在使用年限内对混凝土强度、面板厚度、基层类型和模量等方面提出了不同的技术要求，所以在充分收集初始年日平均交通量和交通组成，方向分配系数和车道分配系数，交通量的年平均增长率等交通资料的基础上，经科学计算，合理准确的设计是施工的前提和依据。

造成水泥混凝土路面损坏，特别是早期损坏的另一大原因是路面排水设计不合理。水泥混凝土路面由于具有接缝，其密封性不及沥青路面。在设计中如果没有设置或少有设置地下排水设施，如肓沟、渗沟、渗井等，而两侧路肩压实后透水性又差，则沿接缝或裂缝下渗进入基层和土基的水分将长期积聚在板下而无法排出。由此将造成基层和土基强度降低，并在车辆荷载的作用下产生高速水流冲刷基层，导致路面板出现脱空、唧泥和错台等损坏。

2.2 施工方面的问题

在水泥混凝土施工过程中未严格按施工规范进行施工。在原材料质量控制、基层标高和平整度控制、施工配合比控制及施工工艺控制等环节未认真对待。混凝土中粗集料级配不良，细长及扁平状颗粒的含量过高，降低了混合料的粘结度，或所选用的水泥质量不稳定，浇筑过程中未按规范要求完全振捣密实，蜂窝麻面较严重。此外，在施工过程中标高控制不严格，致使路面厚度严重不足，达不到设计的要求。

因而，施工单位应随时对水泥混凝土路面的施工质量进行自检。当施工监督人员发现异常情况，应加大检测频率，找出原因，及时处理。

2.3 使用和养护方面的原因

在路面施工过程中，养护不及时是造成路面损坏快速发展的一个重要原因。在路面使用过程中若未及时疏通地表排水设施，造成路面积水，积水通过伸缩缝、边沟等薄弱环节渗入路面基层及路基，致使其强度降低，造成路面板面提前破坏。养护人员忽视了路面养护工作，错过了路面裂缝及伸缩缝灌缝等预防性养护和初期养护的大好时机，造成地表水下渗，进而导致路面产生结构性损坏。

此外，车辆频繁超载也是导致路面提前发生损坏的一大重要原因。在轴载等效换算中，超重轴载对路面造成的损伤与标准轴载相比成幂函数关系增长。因此按标准轴载设计的路面结构厚度，在超载车辆作用下其疲劳寿命将大大缩短，最终致使路面板提前破坏。

2.4 典型损坏成因分析

1)裂缝类损坏。水泥混凝土路面裂缝分为横向、纵向、交叉裂缝等。纵向裂缝:指顺路方向出现的裂缝，主要由于无传力杆或缺少传荷能力、填料土质不均匀、膨胀性土、冻胀、混凝土板强度不足或疲劳开裂、路基处理不当等原因造成[2］。横向裂缝:垂直于行车方向的有规则的裂缝称为横向裂缝，主要是由干燥收缩和温度收缩所造成。交叉裂缝:路面上两条或两条以上相互交错的裂缝称为交叉裂缝，主要由于混凝土强度不足、路基和基层的强度与水稳定性差引起的不均匀沉降而形成的。

2)板底脱空损坏。脱空:基层与面层发生了脱离即为脱空。发生脱空的原因有很多，如路基施工时压实不均，导致路基沉降;在外界载荷的长期作用下，基层发生了塑性变形。唧泥:当水泥混凝土路面板下发生脱空时，板下汇集了积水，当车辆通过脱空的路面板时，会有明显的活动感，随即发生积聚的泥水从板下溅出现象即为唧泥。有的地区基层采用的砂石级配不合理，或细料含量过多，或未经处治，同样存在整体性、稳定性及防冻性差的问题，造成路面错台、唧泥等损害。

3)接缝类。接缝是水泥混凝土路面的薄弱环节，出现损坏的几率大，类型也较多。接缝类损坏发生的范围虽然是局部的，但往往会导致板块出现断裂，从而使路面的使用寿命迅速降低。纵向接缝张开主要是由于纵缝内未按规定要求设置拉杆，相邻板块在温度和横向坡度的影响下出现横向位移，使缝隙逐渐变宽。唧泥和板底脱空是由于接缝填封料失效、雨水下渗、基层材料不耐冲刷、接缝传荷能力差和重载反复作用而造成的。唧泥在发展过程中，基层顶面受冲刷，细料被有压水冲积在邻板板底脱空区域内，使接缝或裂缝两侧板面出现高程差，便形成错台。拱起通常发生在春季和炎热的夏季，横向接缝或裂缝处板块由于膨胀受阻而出现突发性的向上隆起，有时还伴随邻近板块出现横向裂缝。

4)表层表面类。表层损坏虽然仅影响混凝土板的面层，但对行车的影响较大，并且难以修复。

松散:水泥混凝土路面由于结合料不足或失效，成片或成段呈现过度粗糙和砂石材料分离，称为松散。松散主要是由于砂石含泥量较大、水泥质量较差或用量较少、混凝土强度不足引起。

磨光:水泥混凝土路面磨成光面时，其摩擦系数已降到极限值以下。磨光的主要原因是由于水泥路面水泥砂浆层强度低，水泥等原料耐磨性差。路面使用时间较长也会发生磨光现象。

3 预养护技术措施

路面养护在道路服务寿命中扮演着重要的角色。根据养护时机的不同，可将养护方法分为三类，即预防性养护、日常养护和纠正型或反应型养护[3］。

对于水泥混凝土路面，典型的预养护技术措施主要包括接缝填缝、裂缝填缝、剥落维修、金刚石研磨、传荷恢复、部分厚度补块、板底压浆和刻槽等[4］。

3.1 接缝填封

接缝填封料可以密封水泥混凝土路面接缝，防止水浸入板底，从而减少基层的冲刷、唧泥和板底脱空。

1)适用条件。

接缝壁完好，有很少或基本没有剥落。接缝宽度在一年内任何温度下都不能小于1 cm。当路面比较新的时候，采用氯丁橡胶进行填封，当路面使用年限较长时(超过10年)常采用硅树脂进行填封。当剥落深度不超过2.5 cm、宽度小于4 cm时，采用自流平硅树脂进行填封(从接缝壁开始测量)。如果剥落超过了这个限度，为了使用硅树脂，应首先进行接缝剥落维修。

2)施工工艺。

a.清除旧填料。槽面清扫干净有助于新的填料与之更好的粘结，用锯片机对接缝进行切割，深度达到3 cm以上，切割完毕后用吹风机吹干。

b.清扫槽口。槽面需要非常干净才能保证良好的粘结性，清洁后接缝槽壁上应该无灰尘、污物或者可见的填缝料残留物。

c.安装支撑棒。接缝清洁后，先安装支撑棒，再灌入液体填缝料。支撑棒和填缝料要相适应，并且直径要比接缝宽度大25%。常温填缝料施工完毕后需养生12 h～14 h，使填缝料固化。加热填缝料在施工后可立即开放交通。

3.2 裂缝填封

灌缝材料有环氧树脂类、聚氨酯与改性聚氨酯类、烯类及沥青橡胶类，其目的是为了减少水分和坚硬物质进入路面结构。

1)适用条件。水泥混凝土路面损坏速度比较慢时，要优先进行裂缝填封的处理。对于宽度小于3 mm的轻微裂缝，可扩缝灌浆;对于贯穿全厚的宽度在3 mm～15 mm的中等裂缝，可采用取条带四面进行封缝。

2)施工工艺。顺着裂缝扩张1.5 cm～2.0 cm的沟槽，槽深可根据裂缝深度确定，最大深度不超过2/3板厚。清除混凝土碎屑，填入粒径0.3 cm～0.6 cm的清洁石屑，最后把灌缝材料填入，即可开放交通。

3.3 金刚石研磨

金刚石研磨是使用打磨机磨掉水泥混凝土路面大约6 mm厚的混凝土层，目的是为了恢复路面的纵向纹理，提高行车质量。同时还可以修复轻微错台，以提高路面抗滑性能。

1)适用条件。路面不能有板角断裂、剥落或波浪等损坏。允许出现的损坏包括轻微的裂缝，错台不能超过6 mm。当错台超过6 mm时，一般要求与其他措施配合使用。施工温度不宜低于2℃。

2)施工工艺。金刚石研磨最好能沿着一条车道连续作业，研磨时最好从路面边缘开始逐渐向中心线推进。研磨应该涵盖路面的整个表面，以获得最好的行驶性能、相同的抗滑性能、均匀的外观。施工时应及时用真空吸尘器清除打磨下的混凝土浆体，避免浆体流入相邻车道。

3.4 传荷恢复

传荷能力的修复是指使用切割机在垂直接缝或裂缝处割出一条深至1/2板厚处的缝，然后将传力杆放入切好的缝中，最后将缝回填后再对路面进行金刚砂打磨。其目的是为了维修横向的裂缝和接缝，使之拥有更好的传荷能力，维持接缝水泥混凝土路面的性能，避免产生更严重的损坏。这项技术主要是恢复接缝和裂缝传荷的能力，因此对改善错台和提高结构承载能力具有重要意义。

1)适用条件。路面损坏要求具有良好～中等的状况，没有严重的损坏出现。在接缝和裂缝处的剥落要很少或没有。裂缝宽度不超过6 mm，错台不大于3 mm。

2)施工工艺。可对一条车道封闭交通后进行施工，而将其他车道保持通行。一般施工流程为刻槽、安装传力杆、填封刻槽、金刚石研磨。填封材料应与原路面材料相同。

3.5 全深度修补

全深度混凝土板块的更换可以恢复接缝或裂缝传递板间荷载的能力，并可以最大限度地减小垂直弯沉。处置的目标不仅要恢复损坏，而且要防止或减缓损坏的再次出现。

1)适用条件。当混凝土路面出现多种损坏类型，且损坏等级较严重时，可采用全深度修补措施予以彻底解决。

2)施工工艺。a.旧混凝土的挖除。去除混凝土的常用方法有吊除法和破碎清除法。破碎工作应从补块的中心处开始，然后扩展到全深度锯口。b.垫层、地基的预处理。旧混凝土挖除后应将松散垫层、土基材料予以清除。如果修补区域内水分过多，应下挖并设置横向排水。如果垫层、土基在摊铺混凝土前保持干燥，就应在摊铺混凝土前喷洒一定量水，以使界面保持湿润，避免混凝土水分流失到垫层、土基中去，对水泥水化造成不利影响。c.荷载传递系统。修补的工作缝应尽量靠近现有车道工作缝，传力杆也应该按规定位置摆放。将环氧树脂或水泥浆灌入孔的后部，这样在插入传力杆时浆体就会朝板的切割面流动，从而排出空气。

在完成上述三项工序后，还需依次做好混凝土摊铺、整平、养生和封缝等工作。

3.6 钻孔压浆处治法

压浆是指将具有胶凝和固化性能的材料配置成浆液，用泵压设备将其灌入地基或裂缝内，粘结并固结，使板面与基层密贴，提高其承载力和刚度，延长板块的使用寿命。

1)适用条件。脱空板、沉陷、错台、破碎板(未出现松动现象)等。

2)施工工艺。a.每块板的灌浆孔不宜少于5个，靠路肩侧灌浆孔宜增至8个;孔径一般为5 cm。b.灌注孔钻好后，用压缩空气将孔清理干净，保持干燥。c.灌浆顺序应按照先板角、边，后板中进行;多板灌浆时，先路肩侧、后向路中推进。d.在第一次灌浆后，须等待0.5 h～1.5 h后方可进行第二次灌浆。e.灌浆结束后，灌浆孔即用木塞临时封堵，以免杂物掉落其中。