旧水泥混凝土路面加铺沥青罩的病害处理

郭海涛

(江苏省交通规划设计院股份有限公司,福建 厦门 361000)

一、现状路概况及水泥路面使用性能评价

1现状路概况

通过现场走访调查得知，该路段通车已有十余年，2005年前交通量较大，后修建了东部快速干线，分流了一部分车辆，缓解了公路的交通压力，但转移的车辆大多为过路货车及长途汽车，沿线村镇车辆仍以公路为主要进出通道。现镇区内路段已拓宽至六车道。路面基本为水泥混凝土面层，通车十多年后，水泥路面破损较严重，路况较差。

公路路面结构层主要分三种类型，原路面结构层如下所示：

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K0+000～K4+000段路面结构 K7+700～K27+200段路面结构

2水泥路面破损状况评定

路面破损状况评定按照《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ073.1-2001）中规定，旧水泥混凝土路面破损状况采用路面状况指数（PCI）和断板率（DBL）两个指标进行评定。

本项目调查采用断板率（DBL）和路面状况指数（PCI）两个指标分别评价各路段路面损坏状况，以最不利评价结果作为该路段的路面破损状况评价等级。

路面破损状况分为五个等级，各个等级的路面状况指数和断板率的评价标准按表1进行。

表1 路面破损状况等级评定标准

3旧水泥砼面板弯沉检测与评价

按照《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）要求，本次对旧水泥混凝土路面板的传荷能力和承载能力调查采用DYnatest8000型落锤式弯沉仪（FWD，FallingWeightDeflectometer）。

二、旧水泥路面病害处理方案

水泥混凝土路面病害类型主要有四类15种，分别是水泥混凝土面层断裂类(包括纵向裂缝、横斜向裂缝、角隅，交叉裂缝或断裂板)；水泥混凝土面层竖向位移类(沉陷、胀起)；水泥混凝土面层接缝类(包括填料破坏、纵缝张开、唧泥脱空、错台、接缝碎裂、拱起)；水泥混凝土面层表面类(包括磨损和露骨、纹网裂和起皮、活性集料引起得网裂、坑洞)，每种类型又按破坏程度分为轻微、中等、严重三个等级。结合该段水泥混凝土路面现状调查，提出对主要的八种病害类型要进行处理，各种类型病害具体处理方法如下：

2.1 面层断裂类

2.1.1裂缝处理方案

当混凝土面板上仅出现一至二条纵向、横向或斜向裂缝，路基与基层情况良好的路段，可采用灌浆技术处理。

水泥混凝土路面裂缝形式多样，处治时应根据裂缝的具体情况采用相应的技术措施。

A.宽度在3mm以下的非扩展性裂缝，用低粘性沥青材料灌注，如为扩展性裂缝，则沿裂缝凿槽，注入灌缝材料。

B.对于局部性裂缝，且裂缝宽度大于3mm时，可用低粘性沥青与细砂搅拌均匀后直接灌注。

C.对于贯穿全厚的裂缝，则应采用条带罩面法进行处治，具体做法如下：

①顺裂缝两侧各15cm，锯两条深7cm的横缝。

②两锯缝内侧凿除7cm。

③沿裂缝两侧20cm，每隔50cm钻直径为1cm，深为7cm的钯钉孔。

④吹刷干净后，均匀涂刷水泥浆。

⑤将钯钉孔填满沙浆后，把去污锈后的钯钉插入孔内安装。

⑥浇筑快硬混凝土，及时振捣密实，并抹平。

2.1.2换板方案

当路面板被裂缝分割成四块以上，或水泥板的弯沉值大于60（0.01mm）的板应当将该破损板整块挖除，处治好基层后浇筑新的混凝土板块。重新浇筑的混凝土强度不小于旧混凝土的强度。板厚与原面板厚度一致。当原路面基层稳定性差、强度不够时，应将基层彻底挖除，符合最小机械施工长度时，回填水泥稳定级配碎石；否则采用C20贫混凝土回填。板角断裂等破损采用局部修补方式，即对板角断裂的部分凿除成正方形或矩形，在原板壁上加装传力杆后，在凿除位置浇筑混凝土，其具体施工要点如下：

A.板块破碎、凿除。先用凿子在破碎板块的边角位置破出临空面（缺口），用风钻或钻子成孔，再打入钢楔子，将板块破开，需利用的板块应基本破为方形，尺寸不大于40×40cm。

B.基底清理。破碎板块清运后，原路面基层松散、湿软时，应将其彻底挖除，小范围的用C20贫混凝土回填，大范围的用5%的水泥稳定级配碎石材料修补。修补后的基层顶面标高按保证浇筑的面板厚度控制，表面应平整并满足路拱要求，其相邻的完好板块的基层存在问题时，应将路槽掏挖5～10cm宽，并用混凝土进行修补。

C.混凝土拌和与运输。建议采用早强混凝土修补破碎块板，其材料配合比应通过试验确定。投料拌和顺序为：石子-水泥-外掺剂-砂-干拌30s-加水-湿拌60s至90s。拌和后混凝土坍落度应不大于1cm，其它指标满足普通混凝土要求，拌合后的混合料应在30min内运输至工地使用。

D.混凝土浇筑。浇筑前应在原板保留部分的壁面上均匀涂刷粘结剂，以增强新旧板块的结合，其邻板块壁上应涂刷沥青或其它隔离剂。混凝土从拌和至浇筑成型、抹面完成时间应不超过1h。

E.接缝设置。横向缩缝采用假缝，每5m设置一道缩缝，一般应与原路面横缝对齐，新浇筑的混凝土与旧板块在纵向的接合处应设成工作缝。横向两块板同时浇筑时应设纵向缩缝。桥涵两端及原胀缝位置，均应设置胀缝。新换板块必须设置传力杆和拉杆。

F.养生。混凝土抹面完成后不迟于1h必须采用适当方法进行养生。养生时间应以新浇筑的混凝土板达到设计强度的80%为准。养生方法及养生时间可参照早强剂型号说明并依试件试验情况而定。一般温度、湿度均较适宜情况下，1～2d可开放交通。

G.如果路床软弱强度不够，采用级配碎石或水泥稳定碎石进行换填。

2.2 竖向位移类

由于基层或土基强度、刚度不足，造成混凝土板下沉或由于板的膨胀变形造成板块拱起属于此病害，拱起的板块应先按照养护规范要求将其应力释放，然后采用水泥压浆稳板方法。面板下沉的采用深层灌浆处治，灌浆孔深度要穿透经过稳定的基层，且钻入土基的深度不得大于7cm。

2.3 接缝类病害

2.3.1接缝填缝料损坏

原水泥混凝土路面填缝料失效、未填、填法不当或纵缝张开病害的处理办法：挖除原缝中的失效填料和杂物，用高压鼓风机吹干净，然后用沥青灌缝，要灌实、灌满。

2.3.2纵向接缝张开

A.纵向接缝开口宽度在15mm以下时采用低粘性沥青填缝。

B.纵向接缝开口宽度在15mm以上时采用沥青砂填缝。

2.3.3唧泥和板底脱空

根据《公路沥青路面设计规范》中改建路面设计FWD检测脱空建议，本次脱空检测认为接缝弯沉差大于0.06mm，或接缝处弯沉大于0.20mm即认为该接缝处板角可能存在脱空,施工时以此作为板块脱空的控制标准。当接缝处平均弯沉大于0.20mm小于0.40mm，则对该路段板进行浅层压浆。当接缝处平均弯沉大于0.40mm小于0.60mm，则对该路段板进行深层压浆，加固路床。

当裂缝板块及破损的板块沉陷量不大，且其板块尺寸较大时，板底脱空应进行压浆处理，充填混凝土板底的脱空部分，使其为混凝土板提供均匀支撑。如果破损后沉陷量较大或板块尺寸较小时，则不宜采用灌浆处理板底脱空问题，而应当将破碎板全部挖除后重新浇筑新面板。另外，一些看来既没有破损又没有裂缝的板块，其底仍有可能存在脱空，亦应该确定下来，进行压浆处理，严重的采用破板新建处理。

唧泥病害处理措施与板底脱空处理一致，均采用稳板压浆方法处理，压浆处理后应及时灌缝。

2.3.4错台

错台的处治方法有磨平法和填补法两种，本项目全部采用磨平法，从错台最高点开始磨平至相邻两块板齐平为止，并进行此处填缝料的养护。

2.3.5接缝碎裂

在破碎部位外缘，应切割成规则图形，其周围切割面应垂直于板面，底面宜为平面，然后清孔，采用沥青砂填补。

2.3.6拱起

拱起的板块应先按照养护规范要求将其应力释放，然后采用水泥压浆稳板方法处理。

2.4 表面类

对于表面起皮、漏骨、剥落、麻面的病害，由于病害对整个路面结构承载力和行车舒适性影响很小，可不予以处理。

三、罩面加铺路面结构方案设计

3.1 防止反射裂缝措施

沥青混凝土加铺层设计即设计沥青加铺层厚度，厚度由行车荷载和防反射裂缝两个因素控制。由于水泥混凝土面板本身强度较高，将其做为基层，在其上再加铺沥青混凝土这种路面结构，强度一般没问题，关键是防止反射裂缝的产生。防止反射裂缝的措施可通过改善沥青罩面层性能、设置中间夹层来实现。

本次设计提出了四个防止反射裂缝的方案：①聚酯玻纤布+热沥青封层;②橡胶沥青应力吸收层+玻纤格栅；③高粘度沥青封层+聚酯长丝单面烧毛土工布；④Strata应力吸收层。

在混凝土板加铺后，沥青混合料因其承受荷载、温度应力最大，又直接暴露在空气中，所以必须选择抗车辙、抗裂缝、抗磨耗能力强及稳定、耐久、密水、粗糙抗滑的沥青混合料类型。其加铺层厚度的确定，除改善路面结构承载能力和抵抗混凝土板反射裂缝外，还应考虑加铺层施工难易程度和经济性等。而反射裂缝的处治是水泥混凝土路面沥青加铺设计的关键和难点，实践证明，沥青加铺后产生反射裂缝是难以完全避免的，只能在混凝土板病害处治较好的基础上，采用优质沥青混合料，并从加铺层结构设计中采取一定的反裂措施，以减少和延缓反射裂缝的产生。目前，主要的防治措施有：①在沥青加铺层上锯切横缝；②采用厚加铺层；③加铺裂缝缓解层；④设置各种夹层。本工程采用沥青碎石及聚酯玻纤布+热沥青封层作为抗反射裂缝的主要措施。

3.2 加铺层沥青混合料类型选择

3.2.1上面层

目前高速公路沥青路面抗滑层混合料技术比较成熟的级配类型为AC、SMA、OGFC等类型，还有一种新兴的路面材料橡胶沥青ARAC，结合本工程的特点，提出了AC、SMA、OGFC及AR-AC四种路面结构方案进行比较，决定取舍的依据主要在于投资费用和施工的难易性。SMA、OGFC混合料工程投资相对较高，综合性能最优，施工备料及摊铺压实质量要求最为严格；AR-AC效果等同于SMA，价格较SMA便宜，但施工控制难度大，需要专用的机械设备及专业技术人员现场指导，目前国内尚没有统一的技术标准；AC混合料综合性能适中，根据地区特点对其级配进行适当改进后基本能够满足使用要求，工程投资费用适中，石料备料及施工难度相对较小，积累的工程应用经验最为丰富，是我国最为传统的沥青混合料。从本项目实际需要和综合各方面工程条件考虑，本项目路面上面层全线拟采用AC-13C改性沥青混合料。

3.2.2中面层

为了抵抗行车荷载的垂直压应力在中面层产生较大的压缩变形，要求中面层应有较高的强度和良好的抗永久变形能力，同时具有良好的抗渗水能力和耐久性。综合考虑工程投资和施工难易性等因素，本项目中面层全线拟采用AC-20C型改性沥青混合料，平交口添加0.3%的抗车辙剂。

3.2.3下面层

在荷载作用下受重复拉应力作用下，下面层应具有一定的抗重复疲劳和抵抗疲劳开裂的能力。同时，为了抵抗旧水泥混凝土板接（裂）缝在下面层层底形成应力集中而造成的反射裂缝，须有一定的骨架结构形成足够的强度和一定的空隙率释放集中应力、延缓反射裂缝的扩展。综合考虑，本项目水泥混凝土路面加铺罩面沥青下面层拟采用ATB-25沥青碎石，新建半刚性基层沥青路面下面层采用AC-25。

表2 路面加铺方案经济指标表

3.3 路面结构方案比较

根据旧水泥混凝土路面的验算结果，加铺两层沥青混凝土就可以满足设计要求，结合本工程的特点，提出了AC、SMA、OGFC及AR-AC四种路面结构方案进行比较，各方案详见表2。

本方案以17cm作为沥青加铺一般控制厚度，可以满足今后15年的使用要求,并且有足够的安全储备,采用沥青碎石和聚酯玻纤布作为抗反射裂缝的双重保障，可有效减缓旧砼板的反射裂缝的产生,该路面结构施工难度小，在国内应用广泛，有成熟的应用经验，是比较可靠的加铺结构。

四、关键技术问题措施

4.1 旧水泥砼板处理要求

对旧混凝土面板的各种病害需要进行处理，对原有混凝土板上的板缝，除净板缝里面的杂物外，应用纯沥青填封。

4.2 表面抗滑技术措施

面层采用具有高含量粗集料、高矿粉、较大沥青用量、骨架密实结构，有良好的高温抗车辙、低温抗开裂、抗滑、密水性及耐久性的改性AC-13C沥青混合料。

4.3 抗车辙技术措施

根据对加铺罩面层受力分析，面层3～8cm剪应力最大，且随着轴载增加，剪应力作用深度增加；表面层以下4～9cm温度最高；底面层主要作用是抗剪切变形和车辙；所以中面层是最易发生严重车辙和剪切变形的层位。中面层选用SBS改性沥青AC-20C，平交口中面层添加0.3%的抗车辙剂。

4.4 抗反射裂缝技术措施

反射裂缝主要是荷载型和温度型反射裂缝，由于本路段过境重车、超载车占较多，且旧路面板的横缝没有设传力杆，路面板整体性差，路面传荷能力差，板缝弯沉差、板边弯沉大，所以荷载型反射裂缝是主要问题。旧水泥板上洒铺热沥青封层，然后满铺聚酯玻纤布。

4.5 减少水损害技术措施

沥青路面的水损害是沥青路面破坏的主要问题，应采用如下措施减少水损害：1）加强沥青封层设计、施工；2）采用掺加剂提高集料与沥青的粘结性，要求提高到5级；3）改善路面结构内部的排水、防水功能，设置边部排水设施；4）加强沥青砼密实度、空隙率的控制要求：

结语

旧水泥混凝土路面加铺沥青罩面在全国旧路改造中应用越来越广泛，但是有些地方改造后的道路出现了不同程度的损坏，该门技术有待于建设工作者认真对待、进一步深入试验研究。对旧水泥混凝土病害的处理和防止反射裂缝产生的处理，设计、试验研究、施工应高度重视、精心设计、认真施工，严格控制各项技术指标，为我国城市改造、美化环境作出贡献。

[1]JTJ073.1-2001.公路水泥混凝土路面养护技术规范[S].

[2]JTGD40-2011.公路水泥混凝土路面设计规范[S].

[3]JTGD50-2006.公路沥青路面设计规范[S].