旧水泥混凝土路面修补措施研究

摘 要：随着道路建设的发展，道路改造修补的问题越来越突出。与沥青路面相比，水泥混凝土路面的修补较困难。本文结合宁通一级公路宁扬段水泥混凝土路面的实际情况，较详细地阐述了沥青加铺施工前旧混凝土路面的修补措施，取得了较好的效果。?
关键词：混凝土 路面 修补 措施

随着道路建设的发展，道路改造修补的任务将会越来越重。许多发达国家道路建设的重点都在从新建道路的设计施工逐渐向现有道路的改造修缮转移。?
与沥青路面相比，水泥混凝土路面的修复比较困难，可采用的大修措施有三种：加铺沥青混凝土面层、加铺新水泥混凝土面层和翻修。国内外研究表明，对于重交通水泥混凝土路面而言，最可行的改造措施是加罩沥青混凝土面层。加罩沥青层后，原有旧水泥板作为基层或底基层，这种复合结构涉及刚性、柔性两种路面结构形式，不仅材料差异大，而且旧路面板上存在接缝及错台、脱空、裂缝、唧泥等损坏现象，使得复合结构中奇异部位突出，这就会在罩面层对应于旧路面板接、裂缝的位置上出现反射裂缝。薄层罩面中反射裂缝的出现是必然现象，关键的问题是一旦出现反射裂缝后，虽对面层使用影响不大，但水份会从裂缝中渗漏下去，加速对基层的破坏，使沥青面层出现唧泥，而且出现湿软地基等，加速裂缝的开裂，大大缩短罩面层的使用寿命。换句话说，所有防范措施的实施，只是尽量推迟产生早期反射裂缝的时间，以及一旦产生反射裂缝后，如何减缓其向上面层发展的速度，从而达到延长其使用寿命的目的。?
国内外大量工程实践表明，无论是采用加筋还是应变消散类的防裂措施，当应用于传荷能力很差的旧路面板时，任何薄层罩面对防治反射裂缝都显得无能为力。因此，治本重于治表，旧水泥混凝土路面的修补对加铺改造工程成败至关重要。?

1 旧水泥路修补前的调查和评价

为了提供水泥混凝土路段改造设计工作所必需的数据和资料，首先应对现有水泥混凝土路段的路面状况进行调查评定。根据不同的评价结果，结合当地气候、地理位置、交通量等因素制定正确的养护和改建策略。?
宁通一级公路宁扬段公路设计标准为一级汽车专用公路，双向四车道，路基宽23m，中央分隔带1.5m。该路所处自然区划为Ⅳ1a，路基干湿类型为中湿。为适应沿线的水文地质情况，对地下水位较高的地段，采用水泥混凝土路面形式。水泥混凝土路段的分布及结构层情况见表1。
根据《公路水泥混凝土路面养护规范》规定的水泥混凝土路面状况调查与评价方法,依据实测数据和收集的资料，对各段水泥混凝土路段路面状况进行评价,其评价结果见表2。

水泥混凝土路段分布及结构层情况表表1

调查评价汇总表表2

注：1.PCI-为路面状况指数；2.DBL-为断板率（%）；3.传荷能力为检测相邻两板块的弯沉差；4.平整度通过3m直尺检测；5.路面的代表弯沉值，按公式Lr=L0+λσ计算，其中σ为保证率系数，一级路取2.0，即按97.7%的保证率。

同时还进行了基层承载力、基层及中央分隔带含水量测试，测试结果表明：基层承载力比较理想；基层含水量较高的原因是灌缝料损坏后没有及时修补，雨水下渗，基层横向排水不畅；中央分隔带含水量正常。?
对于路表摩擦系数的测定，在水泥混凝土路面上选择几段表面比较粗糙、光滑和压纹规则的有代表性的点，用摆式摩阻仪测量路表摩擦系数,结果表明大部分路面的摩擦系数能满足水泥混凝土一级路面的标准值55。?
从本次调查结果可以看出,南京4km段水泥混凝土路面的损坏情况
最为严重,6km段和1345段次之。?

2 沥青加铺层施工前旧混凝土路面修补措施

根据本路段的实际情况和《公路水泥混凝土路面养护规范》的要求，及近年来在对旧水泥混凝土路面进行修补改造中出现的新工艺、新材料,提
出适合于本路段修补措施。

2.1　几种常见病害的处理?
2.1.1　脱空?
2.1.1.1　脱空板块的判定?
　　综合以下四种方法判断脱空板块：?
　　(1)下雨之后唧泥的板块一律视为脱空板块；?
　　(2)测定全线板块的弯沉值，以2km为一段，按97.7%的保证率计算该段的代表弯沉，实测弯沉值大于该段的代表弯沉值的板块很有可能板下脱空。?
　　(3)人站在板边接缝处，当重型车辆驶过时，能感觉到两板之间相对垂直位移；?
　　(4)当重车行过，人站在板边能听到空洞声。

2.1.1.2　脱空板处理方法?
　　将旧板破碎、运走，清扫基层；用15#贫混凝土修复松散基层(如有松软的素淤泥块，还应挖坑切槽，直到坚硬基层)，基层表面要平整，并具有一定的横坡坡度，然后重新浇筑30#混凝土板。?
　　处理旧板换新板应注意以下几点：?
　　①破碎机械建议不用冲击锤，因其冲击力对周围板块基层有振动影响，最好用人工配合空压机，小型凿岩机也可；?
　　②新浇的混凝土板块的强度不小于原来板块的设计强度，其材料要求、配合比、施工工艺质量标准等应符合有关设计与施工规范的规定要求；?
　　③行车道与超车道之间纵缝内的传力杆钢筋，应以予保留或恢复；横缝(胀缝或缩缝)中的拉杆钢筋也应保留；?
　　④连续换板也应对应于旧板留出纵、横缝；?
　　⑤混凝土配比中需加入早强剂。

2.1.2　断板
　　对于有贯穿全板的纵、横、斜向裂缝的板块，也按脱空板的方式处理。即破碎旧板→清运走碎块→清扫基层→处理基层→浇30#混凝土新板→养生→开放临时交通。

2.1.3　角隅断裂、接缝碎裂?
　　导致角隅断裂、接缝碎裂的原因绝大部分由于局部基层不够稳定、软弱，有的还出现坑洞，少数是因为板厚度不够。?
　　处理办法：围绕裂缝按一定长和宽用切割机切割成矩形，破碎清除碎块，目测基层，若基层板体性差，则下挖基层，直至板体性好的层面。然后如脱空板方法一样，浇筑新混凝土，与原有道面平齐。?
　　根据统计数据,4km段、6km段和1345段的换板率分别为23.3%、4.8%和2.5%。

2.1.4　传荷能力差的接缝?
　　对于相邻两板弯沉差≥0.06mm的接缝，在接缝两边各50cm进行全深度切割，清除切割的旧板，目测基层，老基层板体性差，则下挖至板体性好的层面，用15#贫混凝土修复基层，然后浇筑30#混凝土与原有道面平齐。

2.1.5　错台?
　　对于K49+082～K53+083段的错台不予处理，因为该段加铺层中有18cm厚的二灰结石作为补强层，可以消除对错台的影响。?
　　对于扬州境内的两段，错台≤1cm的可不予处理；错台＞1cm的板块，可以将错台高出的一侧的板块边缘30～50cm范围内，按斜度削平至下沉板边缘平齐，用人工凿平较为方便。?
经实地修补发现,错台严重的大多位于桥头两端的纵坡上，且95%的错台是沿行车方向成台阶状(见图1)。

图1　板块错台分布
1.水泥板块；2.基层；3.错台缝

2.1.6　其它形式?
　　其它一些非结构性破坏，如表面起皮、露骨、剥落、麻面等，由于其只影响到原有路面行车舒适性，而当对老路进行改建、旧混凝土路面做基层时，这些形式的损坏对整个路面结构承载力和行车舒适性影响甚小，故而不予特殊处理。

2.2　对实测单点弯沉值的控制?
　　旧混凝土板块除了对常规的结构性病害的处理之外，针对老路加铺结构层进行改造的特殊要求，还要对单点实测弯沉加以严格控制。?
　　根据国内外多年来对旧水泥混凝土路面加铺改造的经验，对于防治反射裂缝的结构层，无论是加筋的还是应力消散类的,都是针对水平向位移，而各种措施对于竖向位移都不能起到根治的作用。竖向位移的弯沉值到底控制为多大,才能达到既解决问题又经济可行,目前尚无指标可参照。?
　　因此，本次改造中大胆提出竖向位移由旧水泥混凝土板块的单点实测弯沉值控制，对板块进行逐板地毯式测量调查，逐板把关控制进行修补。

2.2.1　弯沉控制指标?
　　南京段弯沉控制指标(单位0.01mm)：?
　　(1)单点实测弯沉值Lr≤20,不予处理；?
　　(2)单点实测弯沉值20＜Lr≤40,钻孔压浆处理；?
　　(3)单点实测弯沉值Lr＞40,则按脱空板处理，整板破碎，处理基层，新浇混凝土板块。
　　扬州段弯沉控制指标(单位0.01mm)：?
　　(1)单点实测弯沉值Lr≤14,不予处理；?
　　(2)单点实测弯沉值位于14＜Lr≤40,钻孔压浆处理；?
　　(3)单点实测弯沉值Lr＞40，则按脱空板处理，整板破碎,处理基层，再新浇混凝土板块。

2.2.2　板块编号，弯沉测量
　　压浆之前，必须对原有板块进行逐板编号、登记；然后检测弯沉，每块板检测四个点。
　　测量工具：后轴轴载10t的黄河牌载货汽车，5.4m长的贝克曼梁弯沉仪,百分表。?
　　测点布置：对于刚性路面，又是一级公路双幅四车道，根据《公路路基路面现场测试规程》要求，最好再用另一套贝克曼梁，对第一套贝克曼梁的三脚支点进行修正。为了便于大面积测量，经选点测量、验证比较，选用图2、图3所示方法为本次旧水泥混凝土路面的测定方法。

图2　行车道弯沉测量示意图

图3　超车道弯沉测量示意图
1.后轴；2.贝克曼梁弯沉仪；3.百分表

　　经实测，南京段最为严重，60%左右的板块需压浆，即除破碎板以外，余下都压浆；扬州段较轻一点。

2.2.3　压浆?
　　路面压浆工艺得益于桥梁的后张法预应力的施工工艺，近十几年，经过各地交通部门的摸索、研究,已经由不成熟走向成熟。本次改造采用的施工工艺如下：?
　　(1)布孔:呈梅花型，每板5孔，第一次压浆后经测定弯沉值还在压浆值范围内的，则需第二次布孔和压浆，布孔则集中在不满足条件的孔位附近补1～2孔。?
　　(2)钻孔：用5cm钻头钻孔，深度要求超过板厚(板厚为24cm)，一般为30～35cm，安排有专人量深，并记录。?
　　(3)临时封孔:大面积流水作业，各种施工车辆来往不断，钻好的孔需临时封孔，以防杂物进入。?
　　(4)预埋法兰螺帽:为了压浆管枪头能固定于压浆孔口上，形成整体，有足够的压力压浆，先在孔口内壁埋上法兰螺帽是必不可少的一步。粘结剂采用环氧树脂，现场调配。普通工人封孔时间约为2min/孔。?
　　应注意的是，预埋上螺帽后，需继续封上孔，以防杂物落入。环氧树脂2d后即可达到强度。?
　　(5)清孔:用空气高压枪，插入压浆孔中，吹出杂物。?
　　机械配备：一般一台发电机组放置于一台手扶拖拉机上，配备一根高压气枪，两台压浆机。?
　　(6)压浆:压浆采用冲程式压浆机，压力由压力表指示，一般能稳定在2MPa左右(由于封孔好，有时压力可达3MPa)，约1min。压浆关键是要压浆枪头与板块上的压浆孔能联接牢固，不漏浆，保证压浆压力，联接示意图如图4。
　　当压力在2MPa，且达1min后，关闭压力阀，则灰浆回流到回流槽，用提桶接住，倒回灰浆缸中。?
　　(7)封孔养生：压浆后，应立即用木塞封孔，养生3d后，才能开放交通。压浆期间应注意车辆通行，一般保留硬路肩作为施工通道。
　　(8)灰浆配比：根据公路交通施工特点和压浆工作的特殊性,浆液应具备下列特点：初凝时间长,施工和易性好，早期强度高，不发生收缩，避免再次造成收缩。?
　　(9)第二次压浆：经第一次压浆后3d，再次测单点弯沉值，对于弯沉值大于14或20的点，用红漆直接标记于板块角上，钻孔组根据标记进行补孔，重复上面的压浆过程。第二次压浆布孔和压浆时应仔细，重点把关掌握，以保证效果。经第二次压浆后，所有板块统计合格率达95%以上。

图4　压浆枪头锚固示意图
1.预埋法兰螺帽；2.紧固接头；3.套帽；
4.压力阀开关；5.皮管；6.旧水泥混凝土板；7.基层

2.3　灌缝
　　板块维修好后，还得对板块之间纵、横缝用嵌缝料充填，以防雨水及杂物下渗。?
　　经考察，目前国内较为成功的是QF-94Ⅲ型水泥混凝土路面嵌缝料。该料组成：石油沥青、PVC树脂为基料，适量的改性剂，辅以必要的添加剂，在特定条件下配制而成，属加热施工式。?
　　优点：?
　　(1)该灌缝料具有防水性、粘结性、弹塑性、热稳定性、低温柔性、抗嵌入性和耐久性；?
　　(2)使用方便,不污染环境。
　　使用方法：现场开箱,将料装入专用施工机具加热箱中,加热温度为130℃～140℃。技术性能指标见表3。

嵌缝料技术性能指标表　　　　表3

　　同时配有专用的清缝机，分为横缝清缝机和纵缝清缝机。横缝清缝机原理类似于农用手扶拖拉机头，带动一根清缝齿条，进行一定深度清缝。纵缝清缝机实际上为切缝机，区别之处在于干切，不需带水，刀轮片为特制，机后跟着人工清扫即可。?
　　至此，旧水泥混凝土板的修补工作结束，封闭交通，等进入下一步加铺罩面层工作。?

3　体会

　　(1)对于灌缝，选用灌缝机专用设备和常用的人工灌注法，通过比较,发现效果截然不同，前者明显好于后者。?
　　(2)通过压浆修补，对于提高旧水泥混凝土板的承载力,增强板体稳定性,改善板块的弯沉值效果明显，该施工工艺切实可行。?
　　(3)板块修补以单点实测弯沉值为控制指标进行控制，是否有效和合
理，有待于通车以后的实践检验。