高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造关键技术探讨

杨志坚

摘要：文章结合桂林绕城高速公路灵川至僚田段水泥混凝土路面“白加黑”改造工程，从旧水泥面板处治、刚柔性界面的处理、反射裂缝的防治、薄层罩面抗车辙等方面出发，探讨了“白加黑”改造的关键技术，以期为类似项目提供参考。

关键词：高速公路;水泥混凝土路面;“白加黑”改造;质量控制

Combining the “White Plus Black” reconstruction project of cement concrete pavement for LingchuanLiaotian section of Guilin Ring Expressway，and starting from the aspects such as treatment of old cement panels，treatment of rigid flexible interface，prevention of reflective cracks，and rutting resistance of thinlayer overlays，this article discusses the key technologies of “White Plus Black” reconstruction，hoping to provide the reference for similar projects.

Expressway;Cement concrete pavement;“White Plus Black” reconstruction;Quality control

0 引言

基于我國社会经济的发展，交通运输需求持续增长，尤其是重型车辆超载现象的增多，导致路面开裂、下陷、拥包等病害日益严重，甚至一些新建的水泥混凝土路面在未达到设计年限时就出现早期破坏。因此，研究高速公路水泥混凝土路面维修养护措施十分必要。本文主要就高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造问题展开具体论述。

1 高速公路水泥混凝土路面改造的必要性和方法

1.1 水泥混凝土路面改造的必要性

20世纪90年代，我国修建的大部分路面都是水泥混凝土路面，其具有路面刚度大、强度高、水稳性好、施工方便、成本低等优势，在高速公路中应用十分广泛。我国水泥混凝土路面设计使用年限一般为20年，早期修筑的很多公路运行至今已经超过使用年限，加之社会经济的发展，交通运输量急剧增加、车辆大型化发展，导致水泥混凝土路面的破损严重，路用性能无法满足使用要求。同时，与沥青混凝土路面相比，水泥混凝土路面的修复难度较大。对此必须加强对高速公路水泥混凝土路面改造问题的研究，选择合适的维修改造技术，切实提高路面服务水平。

1.2 水泥混凝土路面改造方法

根据我国水泥混凝土路面改建、修复规模，可以将其分为四种类型：保养、小修、中修、大修。其中大修技术主要是对水泥混凝土路面进行全路段修理，主要方法分为三种：

（1）“白加黑”改造：此种方法主要是在旧水泥混凝土路面上加铺沥青，可消除原有接缝、裂缝处的各类病害，改善路面使用性能。

（2）“白加白”改造：此种方法主要是在旧水泥混凝土路面上加铺水泥混凝土层，适用于盛产水泥或是石料较多的地区，可提高路面承载能力。

（3）彻底刨除旧水泥混凝土路面板后加铺：将旧水泥混凝土路面板彻底碎石化后，可摊铺水泥混凝土或是沥青混凝土，适用于路基、路面严重损坏的地区，或是旧路面标高有限制的路段。

上述几种改造方法中，水泥混凝土路面“白加黑”施工简单、造价低、对交通环境影响小，应用越加广泛，其优点可总结如下：

（1）由于旧路面采用的是高强度水泥混凝土板，将其作为基层可有效提高沥青路面刚度，在承受重交通、减少车辙方面表现良好。

（2）通过加铺沥青路面，可有效提高行车舒适性与安全性。

（3）在表面破损严重、强度足够的旧水泥混凝土路面上加铺沥青路面，可有效延长路面使用寿命。

（4）旧水泥混凝土路面上加铺沥青路面，有利于减小噪声、减少扬尘，改善道路环境。

2 “白加黑”改造关键技术

根据实践可知，高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造优势多，但若是施工不到位极易出现各种层间滑移、反射裂缝病害，尤其是广西处于高温多雨地区，交通荷载重，改造施工安全保通压力大，给水泥混凝土路面“白加黑”改造提出了更高的要求。其不仅要具有良好的变形适应性以减少反射裂缝，还要具备强大的高温抗变形能力、抗水损坏能力等。对此，本文主要从以下几个方面出发对水泥路面沥青加铺结构的核心技术展开分析。

2.1 旧水泥混凝土面板处治技术

旧水泥混凝土面板的处治效果直接关系到“白加黑”改造后路面施工质量。从病害调查情况来看，其主要类型有裂缝、错台、坑洞、填缝料破损等，应采取针对性的处理方法，如板底灌浆稳固处治、严重破碎板更换处治、裂缝与接缝的封水处治等。具体适用情况见表1。

2.2 刚柔性界面的处理技术

高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造中，刚柔性界面粘结与防水处理是否有效、可靠，直接关系到是否会出现层间滑移问题。目前主要采用两种施工方法：（1）改善接触表面粗糙程度;（2）引入粘结力强的材料。若是旧路刚性刻槽状况差、未设富沥青含量的应力吸收层，必须做好常规粗铣刨处理，增加改性沥青防水粘结层，切实保证新旧路面的良好结合。

2.3 反射裂缝的防治技术

反射裂缝是高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造难以避免的一个问题，为防止此病害的早期发生，必须采取有效措施减小沥青层底的应力集中。具体方法包括以下三种：

（1）改善加铺层性能：主要方法包括完善沥青混合料级配、混合料中掺加纤维或是高粘弹材料、增加面层厚度等，切实提高加铺层抗拉、抗变形能力。

（2）增设中间夹层：常见类型包括抗拉型夹层结构（玻璃格栅、玻纤布）、低模量柔性消散结构及一层多碎石、多孔隙沥青结构层。上述几种结构的造价、可操作性、使用效果各有千秋，应根据区域特点、施工条件等进行选择。

（3）增设补强层：在原水泥路面基础上铺设补强层后，方可继续加铺沥青面层，切实减轻裂缝反射的程度。

2.4 薄层罩面抗车辙技术

高速公路水泥混凝土路面“白加黑”改造中，旧水泥路面往往强度较大，沥青面层仅仅用作功能层，厚度较小。但是根据实践可知，重车荷载作用下薄层罩面会出现较大剪切应力，对此必须采取有效措施提高加铺层路用性能。具体措施包括：优化沥青材料、优化混合料配比（采用骨架密实型混合料）、优化粘结层材料性能等。

3 实例分析“白加黑”改造施工与质量控制

3.1 工程概况

桂林绕城高速公路灵川至僚田段（G72：K1101+550～K1117+717、G65：fK2477+749～K2485+032，以下简称桂林绕城高速），于2000年5月建成通车，是国家“7918”高速公路网的重要组成部分。2004年以来，桂林绕城高速公路路面逐渐出现了裂缝、错台、破碎板等病害，并呈现逐年递增趋势，管养难度与运营风险均在增大，对此做好相关改造施工十分必要。

3.2 路面调查与检测

（1）采用智能道路检测车与人工调查相结合的方式进行逐板调查，对路面现有病害破碎板、裂缝、板角断裂、错台等进行严重程度分类及详细的记录。汇总数据后，按每公里对路面进行状况评定，得到每公里的路面断板率和路面状况指数PCI。

（2）对全线路面进行钻芯取样，芯样位置均匀，各个行车道都有芯样分布。钻芯取样时对面层、基层情况进行记录，选取面层芯样进行水泥混凝土圆柱体劈裂抗拉强度试验，选取基层芯样进行水泥混凝土圆柱体轴心抗压强度试验。

（3）采用落锤式弯沉仪（FWD）检测路面脱空、接缝传荷能力及基层顶面当量回弹模量。

（4）根据现场检测数据，按《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）提供检测报告及路面状况评价指标。

3.3 路面“白加黑”改造方案

基于本项目路面调查与评价结果，决定采用原水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土的“白加黑”改造方法：

（1）根据路用状况调查结果、病害分类情况，采用不同处治措施，重点在于防止出现反射裂缝、提高路面耐久性。

（2）结合项目特点，提出以下加铺结构方案（见图1），本项目沥青混凝土表面层采用改性沥青掺0.3%的木质素纤维的SMA-13路面，表面层路用碎石推荐采用辉绿岩碎石。

3.4 旧水泥路面板的处治

为了提高加铺结构的使用寿命和行车舒适性，在加铺新路面之前必须先对原旧路面进行一定的处治。具体处治方法见表2。

经上述处理后，混凝土板块检测需合格，合格要求见表3，否则需再次处理。为检测灌浆效果，建议养生3 d且开放交通10 d后，经检测合格方可加铺沥青路面。

3.5 “白加黑”改造施工

3.5.1 加铺前处理

加铺沥青混凝土面层前，应由业主、设计、监理和施工单位四方现场检验旧路面的处治完成情况，并签认合格后方可进行沥青混凝土面层的施工，以确保旧水泥路面病害处治彻底。应对行车道和超车道逐板作弯沉和传荷能力验收，板边单点弯沉值要求≤0.14 mm，板边弯沉差≤0.06 mm，要求接缝传荷系数kj>75%，对不合格板块和脱空板块重新进行相应的处理。

3.5.2 SBS改性沥青粘层

（1）粘层沥青采用SBS改性沥青，其材料应符合《公路技术状况评定标准》（JTGH20—2007）表3.5.2-2 SBS改性沥青（I-D）的技术要求。沥青面层之间的改性沥青粘层用量为0.3～0.5 kg/m2，旧水泥混凝土面层与沥青加铺层的改性沥青粘层用量为0.5～0.6 kg/m2。

（2）采取试撒的方法确定粘层沥青施工用量，并符合规范要求。

（3）通过智能沥青洒布车均匀撒布粘层沥青，过量处做好刮除工作。

（4）气温<10 ℃或路面潮湿时，不得浇洒粘层沥青完成浇洒后，严禁其他车辆、行人通过。

（6）粘层沥青撒布后，立即铺筑上一层沥青层，确保粘层不受污染。

3.5.3 沥青混凝土面层施工

（1）铺筑沥青混合料前，检查下层质量是否满足规范要求，且要求下层洁净无污物，以免影响其与沥青面层的粘结。

（2）材料：本项目AC-20 C、细粒式AC-10采用石灰岩碎石，SMA-13采用辉绿岩碎石。

（3）混合料：细粒式改性沥青混凝土应力吸收层要求采用3档矿料组成，油石比≥6.0%，60 ℃车辙试验动稳定度DS≥2 000 次/mm，0 ℃小梁弯曲试验最大破坏应变εmax≥5 000 uε，设计空隙率≤2.5%。SMA中掺入的木质素纤维比例为沥青混合料质量的0.3%。

（4）正式开工前，铺筑100～200 m试验路段，明确相关施工参数：混合料生产能力、混合料施工温度、摊铺厚度、碾压设备、碾压时间、最佳碾压遍数等。

（5）严格控制沥青、集料加热温度，按生产配合比随拌随用改性沥青混合料。

（6）采用吨位自卸车装运混合料，配齐覆盖设备、涂拌好隔离剂。运输车辆在摊铺机前行走时，不允许急刹车，防止轮胎破坏改性沥青粘结防水层。

（7）摊铺作业应连续、均衡进行，严格控制摊铺温度、厚度、平整度以及碾压温度、速度、遍数。

（8）竣工后第一个夏季测定沥青面层横向力系数（或摆值）、路面宏观构造深度，应符合交工验收值的要求：横向力系数SFC≥54、构造深度TC≥0.55 mm。

3.6 质量控制

（1）本项目构建了完善的质量管理制度，配备齐全相应的管理人员，落实施工过程的质量管理工作。

（2）抓好前期施工质量管理：前期施工大致分为进场建点;制定施工组织计划;核实建设规模、筑路材料料场、导线点和水准基点;对天桥、电讯线等对净空有影响的控制点进行放样;场地清理。施工单位应避开暴雨集中期和河流主汛期，注意备料、料场安全和防洪，并合理安排工期，原路面开挖后避免雨水对路基的浸泡，合理的施工组织可有效减小施工受雨季的影响。

（3）各道工序质量管理：本项目工程质量管理要求，各道工序必须经由监理工程师逐一检查认可后，方可开展下道工序。

（4）重点工程、隐蔽工程质量管理：落实监理工程师旁站机制，彻底清除工程隐患。

（5）环境保护：本项目施工过程必须落实环境保护工作，并将其作为衡量工程质量的重要组成部分。

4 结语

我国高速公路水泥混凝土路面维修改造需求急剧增加，“白加黑”改造技术的应用越加广泛，其在解决路面病害、提高路用性能、延长服务年限方面发挥着巨大的作用。旧路改造中，必须合理选择加铺层材料、结构组合方案和结构厚度，重点落实好旧水泥面板处治、刚柔性界面的處理、反射裂缝的防治以及薄层罩面的抗车辙处理，切实保证改造后的高速公路运行可靠、舒适。

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