既有水泥混凝土路面病害原因分析及维修改造的处治措施

李姗姗

中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043

水泥混凝土路面由于具有强度高、稳定性及耐久性好等优点，在公路的建设中水泥混凝土路面得到广泛应用。随着经济的发展，交通量剧增，汽车轴载日益重型化及车辆超载，道路路基路面排水不畅，路基路面病害养护不及时，这造成水泥混凝土路面经过一定时期的使用后就出现不同程度路面病害，因此需要对混凝土路面进行维修改造平。

1 既有水泥路面概况

辅助道路自四川省雷波县渡口乡附近的专用公路K23右侧引出，从专用公路的金沙江特大桥桥跨下穿过，沿金沙江左岸顺江而下。终点在大桥乡附近的和平村G213线改建里程K45+600处接国道213线。辅助道路凉山段为三级公路，设计速度为30km/h，2006年建成通车，原路面为水泥混凝土路面。道路路基宽度为8.5m，水泥混凝土路面板长为4.5m，板宽为3.5m，路面结构为25cm厚的水泥混凝土面层+20cm厚的水泥稳定碎石基层+15cm厚的级配碎石底基层。辅助道路路面已达到设计年限，道路由于多种原因影响，路面出现较多病害，其中部分路面出现较严重病害，影响道路行车安全。

2 路面损坏状况调查评定及检测

根据路面损坏状况（PCI）、路面行驶质量（RQI）、路面抗滑性能（SRI）、接缝传荷能力等对既有混凝土路面进行综合评价[1]；根据评价结果得出相对应的处治政策；根据既有资料确定路面典型破坏的形式，从而准确评价该段路面的破损状况，并找出造成路面板损坏的原因，为整治设计提供设计依据[2]。既有水泥混凝土路面的评价指标如下。（1）路面损坏状况（PCI）检测结果：“优”占3.6%，“良”占46.4%，“中”占21.4%，“次”占21.4%，“差”占14.3%。（2）路面行驶质量（RQI）检测结果：“优”占21.4%，“良”占32.1%，“中”占14.3%，“次”占14.3%，“差”占17.9%。根据路面抗滑性能（SRI）统计可知，该标段抗滑性能大多处于“中”及以下状态，其中“优”占0%，“良”占0%，“中”占0%，“次”占3.6%，“差”占96.4%。根据接缝传荷能力检测统计可知，该标段抗滑性能大多处于“中”及以下状态，其中“优”占50.7%，“良”占26.9%，“中”占14.3%，“次”占3.6%，“差”占8.1%。二级公路及以下路面损坏状况等级为次及次以下时应采用全路段修复或改善措施；二级公路及以下路面行驶质量为次及次以下时，应采取刻槽、罩面或加铺层等措施改善路面平整度；二级公路及以下路面抗滑能力等级为次及次以下时，应采取刻槽、罩面等措施提高表面的抗滑能力[3]。因此根据检测数据分析结果，认为仅维修水泥路面不可行，需要采取罩面的措施提高其行车舒适性。

3 路面破损原因分析

根据现场调查及查阅当年施工资料、交通量及养护资料得出，凉山段路面病害主要原因如下：（1）虽然辅助道路凉山段为山岭重丘区三级公路，设计速度为30km/h，但大部分路段平、纵线性指标较高，由于局部路段受地形、地质条件控制平纵线性指标较低，造成超速、超载车辆在道路上频繁刹车，对路面表面磨损严重。（2）辅助道路凉山段为临江公路，路基多以半填半挖为主，且填方大多位于崩、坡积碎（块）石土上，碎（块）石土较松散、孔隙度大，路基差异沉降、不均匀沉降，易造成水泥混凝土面板的开裂。（3）辅助道路作为电站建设的辅助通道，施工期为了确保电站建设的运输任务；加之道路所在区域年降水量大。部分路面施工在雨期，路基积水、部分土基处于潮湿状态，路基强度降低，造成路面结构的早期破损。（4）辅助道路建成初期承担了部分电站大型部件、建材的运输任务，施工期间车辆轴载及交通量均较大，早期混凝土收缩形成的表面微小裂缝，受行车荷载及温度应力的双重作用，部分裂缝增长、变深。

4 选择加铺方案

路面的加铺方案主要考虑以下三种方案即加铺沥青混凝土、加铺水泥混凝土、水泥混凝土路面碎石化。三种方案的优缺点如下：（1）加铺沥青混凝土。旧水泥路面换板、注浆等维修手段后，对表面进行精铣刨处理，铺筑改性沥青抗裂贴，以防止产生反射裂缝，然后再加铺筑沥青混凝土面层。优点：修复后，路面服务性能好，平整度好、行车舒适、噪声小；施工机械化程度高、工期较短，对交通影响小；维护方便、养护容易；能够提高旧水泥混凝土路面强度。缺点：路面容易产生车辙、干裂等破坏；工程造价相对较高；路面易出现反射裂缝。（2）加铺水泥混凝土。旧水泥混凝土路面采用铣刨、喷射高压水或钢珠、酸蚀等方法，打毛旧混凝土面层表面，并在清理后的表面涂敷黏结剂，使旧路面与旧混凝土面层结合成整体。优点：较经济。缺点：维修施工较复杂；对既有道路要求高，只适用于既有道路路面损坏状况和接缝传荷能力评定为优良的路段；工期长、对正常交通干扰大。（3）水泥混凝土路面碎石化。旧水泥混凝土面板碎石化并压实后，加铺沥青混凝土面层。优点：施工快捷、操作简单，工期短；就地再生，环保无污染；有效减少反射裂缝。缺点：加铺厚度较大，纵断面适应性相对较差；碎石化时对既有挡墙、桥涵等构造物安全有一定影响；工程造价较高。由于辅助道路沿金沙江左岸顺江而下，路基段以修建挡墙收坡为主，且此段桥隧比较大，对比三种方案的优缺点，推荐采用加铺沥青混凝土面层。

5 确定加铺厚度

5.1 设计累计轴载

设计年限内一个车道上的累计当量轴次以路段交通量根据交通运输部行业标准《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2011）进行。累计轴次计算结果如表1所示，属于重交通等级。

表1 轴载换算与累计轴载

5.2 加铺厚度

利用HPDS2017旧混凝土路面病害加铺层设计程序，计算交通量、既有水泥混凝土路面面板参数、沥青混凝混合料的压实适宜厚度（沥青混凝土厚度为10cm），经过计算，考虑可靠度系数后旧混凝土面层综合疲劳应力为2.8MPa＜5MPa（旧面层混凝土弯拉强度）；考虑可靠度系数后旧混凝土面层最大综合应力为3.3MPa＜5MPa（旧面层混凝土弯拉强度）。计算结果显示，加铺10cm厚的沥青混凝土面层后，旧水泥混凝土路面面层不仅可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用，也可以承受最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。因此，沥青混凝土面层加铺层设计厚度为10cm，即4cm厚的细粒式沥青混凝土+6cm厚的中粒式沥青混凝土。

6 旧水泥路面加铺设计

在旧水泥路面加铺设计过程中，对于既有水泥混凝土路面的处置，从经济方面、工期长短及交通干扰三个方面进行综合分析：混凝土路面病害较少时对路面进行维修改造（病害处治）；路面病害较多时挖除既有混凝土路面，铺筑水泥稳定碎石基层。加铺沥青混凝土时必须对旧水泥混凝土路面病害进行处治：应更换破碎板，修补和填封裂缝，压浆填封板底脱空，磨平错台，清除旧混凝土面层表面的松散碎屑、油迹或轮胎擦痕，剔除接缝中失效的填缝料和杂物，并重新封缝[4]。根据交通量、沥青混凝混合料的压实厚度、满足路面结构极限状态要求的沥青混凝土厚度，加铺层设计厚度为10cm，即4cm厚的细粒式沥青混凝土+6cm厚的中粒式沥青混凝土。其加铺方案如下：4cm厚的细粒式沥青混凝土+改性乳化沥青黏层+6cm厚的中粒式沥青混凝土（水泥混凝土路面调平后）+条铺改性沥青抗裂贴+改性沥青同步碎石封层+改性乳化沥青黏层，处治合格并精铣刨原水泥路面（铣刨厚度不大于1cm）。

7 结束语

水泥混凝土路面具有诸多优点，例如施工便捷、具有较高的强度。当前水泥混凝土路面广泛地应用于我国农村公路中，同时也面临着诸多病害问题，例如常见的裂缝、车辙、结构损坏等问题，这些病害会严重威胁公路的安全使用和使用寿命，为此，文章通过对既有水泥混凝土路面分析其病害原因，确定路面加铺厚度及维修改造措施，对既有水泥混凝土路面维修改造具有一定的借鉴意义。