国道“白加黑”路面病害成因分析及维修方案研究

顿浩

（江汉大学基建与后勤管理处，武汉430056）

1 引言

随着我国经济的快速发展，在我国道路工程中广泛应用的水泥混凝土路面因急剧上升的道路交通量、路面自身的长时间运营以及自然环境等因素的共同作用，路面发生病害，对道路的使用造成不利影响。为充分利用旧水泥混凝土路面的剩余强度，节约工程投资，缩短施工周期，提高路面服务水平，延长路面使用寿命[1]，许多道路选择对其旧路面进行加铺沥青混合料面层处理，构成“白加黑”路面。本文以某国道路面维修实际工程为例，研究“白加黑”路面病害的维修方案。

2 工程概况

某国道K844+280～K846+727 段为双向6 车道一级公路，路面宽23 m。该路段初建于1995 年，原为16 m 宽双向4 车道，其路面由24 cm 厚水泥混凝土面板+15 cm 厚水泥石灰稳定碎石土基层+15 cm 厚水泥石灰稳定碎石土底基层构成。1999 年，在道路两侧各加宽3.5 m，加宽车道路面结构为22 cm厚水泥混凝土面板+30 cm 厚石渣垫层。2010 年，对该路段实施“白加黑”改造，将路面升级为4 cm 厚AC-16C 橡胶沥青混凝土上面层+6 cm 厚AC-20C 普通沥青混凝土下面层+1 cm厚橡胶沥青应力吸收层+旧路面。随着该路段交通量的迅速上涨，道路路面的自身老化，加之重载车辆的反复荷载作用，该路段路面产生了局部严重坑槽、车辙、拥包、反射裂缝等病害，对道路的通行能力和行车舒适性造成了极大的影响，同时带来了一定的安全隐患，处治其路面病害，提升其路用性能，已势在必行。

3 交通量分析及预测

交通量的调查及预测是道路建设的重要组成部分。路面工程中，交通量的调查及预测结果是设计路面结构，制订路面养护维修方案的重要基础[2]。该路段历年交通量观测资料显示，近5 年来，该路段的交通量以年均10%的比率逐年上涨，现年平均交通量为18 604 pcu/d，其中大型、特大型货车占比较高，多为过境运输砂石料的车辆。对其进行交通量预测，20 年后，该路段年平均交通量约为43 372 pcu/d，经计算，其交通荷载等级为重交通。

4 路面病害调查及相关检测

该路段主要病害为反射裂缝、严重车辙、拥包、局部严重坑槽等。在对路面病害进行调查的过程中，详细统计裂缝条数及裂缝长度；测量车辙深度；确定坑槽段落；选取代表性位置进行钻芯取样，测试水泥混凝土劈裂强度及基层抗压强度；采用落锤式弯沉仪进行弯沉检测，评价水泥混凝土板块之间接缝传荷能力及板底脱空情况[3]。

4.1 反射裂缝病害调查

通过徒步调查方式，对反射裂缝的条数及裂缝长度进行统计，并对板块破损情况进行梳理。该路段长2 447 m，水泥混凝土板共计2 934 块，板块之间的横向接缝共计2940 条。其反射裂缝总长度5 331 m，共计1 380 条，占横向接缝的46.94%，说明反射裂缝已非常严重，但现场观察发现，裂缝之间没有明显错台，基本不影响行车舒适性。水泥混凝土板出现明显断板破损和严重唧浆的板块共计220 块，需进行换板处置。

该路段右幅出现的反射裂缝共计1 008 条，左幅出现的反射裂缝共计372 条，右幅反射裂缝明显多于左幅，主要是右幅运输砂石料的重载货车较多，左幅的重载货车相对较少所致。

4.2 车辙病害调查

统计该路段发生车辙病害的段落，并检测其车辙深度。该路段车辙病害主要发生在K844+885～K845+145（右一车道）、K845+295～K845+640（右一车道）和K845+440～K845+640（右二车道），最大车辙深度达50 mm。

4.3 局部严重坑槽病害调查

调查发现该路段严重坑槽病害主要发生在道路红绿灯路口处。全路段共计有10 个坑槽病害段落，总长1 312 m，分布在道路左右两幅。

4.4 钻芯取样及试验检测

在该路段选取9 个点位钻芯取样，分别测量各路面层的厚度，试验检测水泥混凝土劈裂强度和基层抗压强度。检测数据表明，沥青面层厚4.5～10.5 cm，其厚度大部分未达到设计的10 cm；沥青面层质量一般，钻芯取样使其与下层水泥混凝土脱开，两者之间黏结较差。中间4 车道水泥混凝土板厚标准值为21.1 cm，其厚度未达到设计的24 cm，其劈裂强度标准值为3.26 MPa，弯拉强度为5.23 MPa；两侧加宽车道水泥混凝土板厚标准值为19.6 cm，其厚度未达到设计的22 cm，其劈裂强度标准值为2.90 MPa，弯拉强度为4.72 MPa。中间4 车道二灰稳定土基层芯样完整，其厚度10.5～18.0 cm，大部分达到设计的15 cm，其抗压强度为2.29 MPa；两侧加宽车道基层芯样完全松散，质量较差。

4.5 弯沉检测

采用落锤式弯沉仪来检测该路段旧路面弯沉值，分别用弯沉差和单点弯沉值指标来分析评判旧路面接缝传荷能力和板底脱空情况。

对该路段129 个点进行弯沉检测，其中弯沉差大于6（0.01 mm）的占98.45%，单点弯沉值大于20（0.01 mm）的占58.91%，这表明反射裂缝出现部位水泥混凝土板块之间的接缝传荷能力不足，且板底存在脱空现象，因此，对出现反射裂缝的部位，应采取措施提高板块之间的接缝传荷能力，填充板底脱空。

5 路面病害成因分析

通过了解该路段路面的建设、养护情况，统计其历年交通量增长状况，结合其路面现状调查及相关检测数据，对该路段路面病害成因进行综合分析。

5.1 反射裂缝

反射裂缝是“白加黑”路面最主要最常见的病害。该路段反射裂缝严重的主要原因如下：（1）2010 年对该路段进行“白加黑”改造之前，未对原路面进行全面检测、评价和处治，仅对局部病害严重部位进行基层压浆和水泥混凝土换板处理。从反射裂缝处弯沉检测结果来看，水泥混凝土板块之间的接缝传荷能力不足，且板底存在脱空现象，这是该路段出现反射裂缝的根本原因。（2）该路段货车交通量较大，特别是运输砂石料的重载车辆较多，重载交通的反复作用，导致沥青面层剪切破坏出现裂缝。（3）温度变化也是该路段出现反射裂缝的重要因素[4]。

5.2 严重车辙、拥包

导致该路段出现严重车辙、拥包病害的主要因素：（1）该路段为普通沥青混凝土下面层，相对于改性沥青混凝土来说，不能有效抵抗路面车辙；（2）该路段地处夏季炎热地区，在夏季高温作用下，沥青混合料由弹性逐渐变为黏弹性，抗剪强度下降，加上该路段运输砂石料的超重超载车辆较多，在重载交通的反复作用下，路面内部剪应力急剧增大并最终超过其抗剪强度，沥青面层发生剪切变形，轮迹带附近沥青混合料向两侧移动，最终导致面层失稳破坏，出现车辙；（3）该路段为市区道路，行车速度相对较慢，在慢速重载的作用下，更容易产生车辙病害。

5.3 严重坑槽病害

该路段严重坑槽病害主要发生在红绿灯路口处，这是因为车辆在红绿灯路口处需制动刹车。车辆质量越大，刹车时对路面造成的横向力就越大，路面内部剪应力就越大，当路面内部无法抵抗其剪应力时，沥青面层产生推移。夏季高温条件下，由于车辆作用时间长，红绿灯路口处沥青面层容易产生车辙病害。在推移、车辙的共同作用下，路面开裂，雨水进入路面后，在动水压力的作用下，出现严重坑槽病害。

6 路面维修方案

依据该路段“白加黑”路面病害成因分析，结合交通量预测结果，综合考虑材料组成、路面结构性能、施工工艺、投资造价等多方面因素，有针对性地设计维修方案，处治加强原水泥混凝土板后，在其上方重新铺设沥青面层。

6.1 原水泥混凝土板处治方案

1）对原水泥混凝土板出现断板或破损、脱空严重的，采用换板措施进行处治，具体方案如下：（1）对原沥青面层进行铣刨，凿除断板或破损、脱空严重的水泥混凝土板；（2）采用C15贫混凝土对原水泥混凝土板的基层或者底基层松散部位进行补强；（3）在相邻的水泥混凝土板块上钻孔，植入拉杆、传力杆；（4）重新浇筑水泥混凝土板（其28 d 弯拉强度≥5.0 MPa），浇筑厚度与原标高保持一致。

2）对出现反射裂缝的水泥混凝土板块，采用板底注浆的方式进行处治。压浆完成并养护7 d 后进行板块接缝弯沉检测，如接缝传荷能力和单点弯沉值仍不满足要求，应另行采取换板措施进行处理。

6.2 沥青混凝土面层加铺方案

1）对于严重坑槽和严重车辙段落，将原沥青混凝土面层铣刨并清理干净后，重新铺设20 cm 厚沥青混凝土面层，具体方案如下：（1）将严重坑槽和严重车辙病害段落铣刨沥青混凝土面层后（铣刨起终点位置须避开水泥混凝土板块接缝处），在水泥混凝土板横向接缝处，开槽增设传力杆。（2）对水泥混凝土板表面进行铣刨拉毛，并彻底清理干净。（3）对水泥混凝土板的横缝和纵缝分别进行保养及更换填嵌缝材料，跨缝铺设宽1.5 m 且被乳化沥青浸透的单面烧毛土工布。对于严重坑槽段落，在水泥混凝土板块其他部位施工一层反应型防水黏结层，用量为0.35 kg/m2；对于严重车辙段落，在水泥混凝土板块其他部位施工一层PCR 改性乳化沥青防水黏结层。（4）重新摊铺4 cm 厚改性AC-13C+8cm 厚改性AC-20C+8 cm 厚AC-25C 沥青混凝土面层，并在沥青混合料中掺入4‰抗车辙剂，沥青层间洒布PCR 改性乳化沥青黏结层[5]，摊铺压实，并对新旧路面进行平顺连接。

2）对于其他段落，采用反射裂缝处跨缝铺设单面烧毛土工布，然后加铺10 cm 厚改性沥青混凝土面层的方式进行处理，具体方案如下：（1）在反射裂缝处跨缝铺设宽1.5 m 且被乳化沥青浸透的单面烧毛土工布，在单面烧毛土工布之外的部位施工一层PCR 改性乳化沥青黏结层；（2）加铺4 cm 厚改性AC-13C+6 cm 厚改性AC-20C 沥青混凝土面层，沥青层间洒布PCR 改性乳化沥青黏结层，摊铺压实，并对新旧路面进行平顺连接。

7 结语

“白加黑”路面是一种兼具刚性路面和柔性路面双重特色的复合路面，在长期的交通运营中，不可避免会产生各种路面病害，在对其处治维修时，应该选择正确的路面检测方法，准确反映路面现状，结合道路交通量的发展趋势，分析路面病害成因，并充分考虑材料组成、结构性能、施工工艺、投资造价等多方面影响因素，才能有针对性地设计维修方案。