舊水泥混凝土路面修補措施研究

摘 要：隨著道路建設的發展，道路改造修補的問題越來越突出。與瀝青路面相比，水泥混凝土路面的修補較困難。本文結合寧通一級公路寧揚段水泥混凝土路面的實際情況，較詳細地闡述了瀝青加鋪施工前舊混凝土路面的修補措施，取得了較好的效果。?
關鍵詞：混凝土 路面 修補 措施

隨著道路建設的發展，道路改造修補的任務將會越來越重。許多發達國家道路建設的重點都在從新建道路的設計施工逐漸向現有道路的改造修繕轉移。?
與瀝青路面相比，水泥混凝土路面的修復比較困難，可采用的大修措施有三種：加鋪瀝青混凝土面層、加鋪新水泥混凝土面層和翻修。國內外研究表明，對于重交通水泥混凝土路面而言，最可行的改造措施是加罩瀝青混凝土面層。加罩瀝青層后，原有舊水泥板作為基層或底基層，這種復合結構涉及剛性、柔性兩種路面結構形式，不僅材料差異大，而且舊路面板上存在接縫及錯臺、脫空、裂縫、唧泥等損壞現象，使得復合結構中奇異部位突出，這就會在罩面層對應于舊路面板接、裂縫的位置上出現反射裂縫。薄層罩面中反射裂縫的出現是必然現象，關鍵的問題是一旦出現反射裂縫后，雖對面層使用影響不大，但水份會從裂縫中滲漏下去，加速對基層的破壞，使瀝青面層出現唧泥，而且出現濕軟地基等，加速裂縫的開裂，大大縮短罩面層的使用壽命。換句話說，所有防范措施的實施，只是盡量推遲產生早期反射裂縫的時間，以及一旦產生反射裂縫后，如何減緩其向上面層發展的速度，從而達到延長其使用壽命的目的。?
國內外大量工程實踐表明，無論是采用加筋還是應變消散類的防裂措施，當應用于傳荷能力很差的舊路面板時，任何薄層罩面對防治反射裂縫都顯得無能為力。因此，治本重于治表，舊水泥混凝土路面的修補對加鋪改造工程成敗至關重要。?

1 舊水泥路修補前的調查和評價

為了提供水泥混凝土路段改造設計工作所必需的數據和資料，首先應對現有水泥混凝土路段的路面狀況進行調查評定。根據不同的評價結果，結合當地氣候、地理位置、交通量等因素制定正確的養護和改建策略。?
寧通一級公路寧揚段公路設計標準為一級汽車專用公路，雙向四車道，路基寬23m，中央分隔帶1.5m。該路所處自然區劃為Ⅳ1a，路基干濕類型為中濕。為適應沿線的水文地質情況，對地下水位較高的地段，采用水泥混凝土路面形式。水泥混凝土路段的分布及結構層情況見表1。
根據《公路水泥混凝土路面養護規范》規定的水泥混凝土路面狀況調查與評價方法,依據實測數據和收集的資料，對各段水泥混凝土路段路面狀況進行評價,其評價結果見表2。

水泥混凝土路段分布及結構層情況表表1

調查評價匯總表表2

注：1.PCI-為路面狀況指數；2.DBL-為斷板率（%）；3.傳荷能力為檢測相鄰兩板塊的彎沉差；4.平整度通過3m直尺檢測；5.路面的代表彎沉值，按公式Lr=L0+λσ計算，其中σ為保證率系數，一級路取2.0，即按97.7%的保證率。

同時還進行了基層承載力、基層及中央分隔帶含水量測試，測試結果表明：基層承載力比較理想；基層含水量較高的原因是灌縫料損壞后沒有及時修補，雨水下滲，基層橫向排水不暢；中央分隔帶含水量正常。?
對于路表摩擦系數的測定，在水泥混凝土路面上選擇幾段表面比較粗糙、光滑和壓紋規則的有代表性的點，用擺式摩阻儀測量路表摩擦系數,結果表明大部分路面的摩擦系數能滿足水泥混凝土一級路面的標準值55。?
從本次調查結果可以看出,南京4km段水泥混凝土路面的損壞情況
最為嚴重,6km段和1345段次之。?

2 瀝青加鋪層施工前舊混凝土路面修補措施

根據本路段的實際情況和《公路水泥混凝土路面養護規范》的要求，及近年來在對舊水泥混凝土路面進行修補改造中出現的新工藝、新材料,提
出適合于本路段修補措施。

2.1　幾種常見病害的處理?
2.1.1　脫空?
2.1.1.1　脫空板塊的判定?
　　綜合以下四種方法判斷脫空板塊：?
　　(1)下雨之后唧泥的板塊一律視為脫空板塊；?
　　(2)測定全線板塊的彎沉值，以2km為一段，按97.7%的保證率計算該段的代表彎沉，實測彎沉值大于該段的代表彎沉值的板塊很有可能板下脫空。?
　　(3)人站在板邊接縫處，當重型車輛駛過時，能感覺到兩板之間相對垂直位移；?
　　(4)當重車行過，人站在板邊能聽到空洞聲。

2.1.1.2　脫空板處理方法?
　　將舊板破碎、運走，清掃基層；用15#貧混凝土修復松散基層(如有松軟的素淤泥塊，還應挖坑切槽，直到堅硬基層)，基層表面要平整，并具有一定的橫坡坡度，然后重新澆筑30#混凝土板。?
　　處理舊板換新板應注意以下幾點：?
　　①破碎機械建議不用沖擊錘，因其沖擊力對周圍板塊基層有振動影響，最好用人工配合空壓機，小型鑿巖機也可；?
　　②新澆的混凝土板塊的強度不小于原來板塊的設計強度，其材料要求、配合比、施工工藝質量標準等應符合有關設計與施工規范的規定要求；?
　　③行車道與超車道之間縱縫內的傳力桿鋼筋，應以予保留或恢復；橫縫(脹縫或縮縫)中的拉桿鋼筋也應保留；?
　　④連續換板也應對應于舊板留出縱、橫縫；?
　　⑤混凝土配比中需加入早強劑。

2.1.2　斷板
　　對于有貫穿全板的縱、橫、斜向裂縫的板塊，也按脫空板的方式處理。即破碎舊板→清運走碎塊→清掃基層→處理基層→澆30#混凝土新板→養生→開放臨時交通。

2.1.3　角隅斷裂、接縫碎裂?
　　導致角隅斷裂、接縫碎裂的原因絕大部分由于局部基層不夠穩定、軟弱，有的還出現坑洞，少數是因為板厚度不夠。?
　　處理辦法：圍繞裂縫按一定長和寬用切割機切割成矩形，破碎清除碎塊，目測基層，若基層板體性差，則下挖基層，直至板體性好的層面。然后如脫空板方法一樣，澆筑新混凝土，與原有道面平齊。?
　　根據統計數據,4km段、6km段和1345段的換板率分別為23.3%、4.8%和2.5%。

2.1.4　傳荷能力差的接縫?
　　對于相鄰兩板彎沉差≥0.06mm的接縫，在接縫兩邊各50cm進行全深度切割，清除切割的舊板，目測基層，老基層板體性差，則下挖至板體性好的層面，用15#貧混凝土修復基層，然后澆筑30#混凝土與原有道面平齊。

2.1.5　錯臺?
　　對于K49+082～K53+083段的錯臺不予處理，因為該段加鋪層中有18cm厚的二灰結石作為補強層，可以消除對錯臺的影響。?
　　對于揚州境內的兩段，錯臺≤1cm的可不予處理；錯臺＞1cm的板塊，可以將錯臺高出的一側的板塊邊緣30～50cm范圍內，按斜度削平至下沉板邊緣平齊，用人工鑿平較為方便。?
經實地修補發現,錯臺嚴重的大多位于橋頭兩端的縱坡上，且95%的錯臺是沿行車方向成臺階狀(見圖1)。

圖1　板塊錯臺分布
1.水泥板塊；2.基層；3.錯臺縫

2.1.6　其它形式?
　　其它一些非結構性破壞，如表面起皮、露骨、剝落、麻面等，由于其只影響到原有路面行車舒適性，而當對老路進行改建、舊混凝土路面做基層時，這些形式的損壞對整個路面結構承載力和行車舒適性影響甚小，故而不予特殊處理。

2.2　對實測單點彎沉值的控制?
　　舊混凝土板塊除了對常規的結構性病害的處理之外，針對老路加鋪結構層進行改造的特殊要求，還要對單點實測彎沉加以嚴格控制。?
　　根據國內外多年來對舊水泥混凝土路面加鋪改造的經驗，對于防治反射裂縫的結構層，無論是加筋的還是應力消散類的,都是針對水平向位移，而各種措施對于豎向位移都不能起到根治的作用。豎向位移的彎沉值到底控制為多大,才能達到既解決問題又經濟可行,目前尚無指標可參照。?
　　因此，本次改造中大膽提出豎向位移由舊水泥混凝土板塊的單點實測彎沉值控制，對板塊進行逐板地毯式測量調查，逐板把關控制進行修補。

2.2.1　彎沉控制指標?
　　南京段彎沉控制指標(單位0.01mm)：?
　　(1)單點實測彎沉值Lr≤20,不予處理；?
　　(2)單點實測彎沉值20＜Lr≤40,鉆孔壓漿處理；?
　　(3)單點實測彎沉值Lr＞40,則按脫空板處理，整板破碎，處理基層，新澆混凝土板塊。
　　揚州段彎沉控制指標(單位0.01mm)：?
　　(1)單點實測彎沉值Lr≤14,不予處理；?
　　(2)單點實測彎沉值位于14＜Lr≤40,鉆孔壓漿處理；?
　　(3)單點實測彎沉值Lr＞40，則按脫空板處理，整板破碎,處理基層，再新澆混凝土板塊。

2.2.2　板塊編號，彎沉測量
　　壓漿之前，必須對原有板塊進行逐板編號、登記；然后檢測彎沉，每塊板檢測四個點。
　　測量工具：后軸軸載10t的黃河牌載貨汽車，5.4m長的貝克曼梁彎沉儀,百分表。?
　　測點布置：對于剛性路面，又是一級公路雙幅四車道，根據《公路路基路面現場測試規程》要求，最好再用另一套貝克曼梁，對第一套貝克曼梁的三腳支點進行修正。為了便于大面積測量，經選點測量、驗證比較，選用圖2、圖3所示方法為本次舊水泥混凝土路面的測定方法。

圖2　行車道彎沉測量示意圖

圖3　超車道彎沉測量示意圖
1.后軸；2.貝克曼梁彎沉儀；3.百分表

　　經實測，南京段最為嚴重，60%左右的板塊需壓漿，即除破碎板以外，余下都壓漿；揚州段較輕一點。

2.2.3　壓漿?
　　路面壓漿工藝得益于橋梁的后張法預應力的施工工藝，近十幾年，經過各地交通部門的摸索、研究,已經由不成熟走向成熟。本次改造采用的施工工藝如下：?
　　(1)布孔:呈梅花型，每板5孔，第一次壓漿后經測定彎沉值還在壓漿值范圍內的，則需第二次布孔和壓漿，布孔則集中在不滿足條件的孔位附近補1～2孔。?
　　(2)鉆孔：用5cm鉆頭鉆孔，深度要求超過板厚(板厚為24cm)，一般為30～35cm，安排有專人量深，并記錄。?
　　(3)臨時封孔:大面積流水作業，各種施工車輛來往不斷，鉆好的孔需臨時封孔，以防雜物進入。?
　　(4)預埋法蘭螺帽:為了壓漿管槍頭能固定于壓漿孔口上，形成整體，有足夠的壓力壓漿，先在孔口內壁埋上法蘭螺帽是必不可少的一步。粘結劑采用環氧樹脂，現場調配。普通工人封孔時間約為2min/孔。?
　　應注意的是，預埋上螺帽后，需繼續封上孔，以防雜物落入。環氧樹脂2d后即可達到強度。?
　　(5)清孔:用空氣高壓槍，插入壓漿孔中，吹出雜物。?
　　機械配備：一般一臺發電機組放置于一臺手扶拖拉機上，配備一根高壓氣槍，兩臺壓漿機。?
　　(6)壓漿:壓漿采用沖程式壓漿機，壓力由壓力表指示，一般能穩定在2MPa左右(由于封孔好，有時壓力可達3MPa)，約1min。壓漿關鍵是要壓漿槍頭與板塊上的壓漿孔能聯接牢固，不漏漿，保證壓漿壓力，聯接示意圖如圖4。
　　當壓力在2MPa，且達1min后，關閉壓力閥，則灰漿回流到回流槽，用提桶接住，倒回灰漿缸中。?
　　(7)封孔養生：壓漿后，應立即用木塞封孔，養生3d后，才能開放交通。壓漿期間應注意車輛通行，一般保留硬路肩作為施工通道。
　　(8)灰漿配比：根據公路交通施工特點和壓漿工作的特殊性,漿液應具備下列特點：初凝時間長,施工和易性好，早期強度高，不發生收縮，避免再次造成收縮。?
　　(9)第二次壓漿：經第一次壓漿后3d，再次測單點彎沉值，對于彎沉值大于14或20的點，用紅漆直接標記于板塊角上，鉆孔組根據標記進行補孔，重復上面的壓漿過程。第二次壓漿布孔和壓漿時應仔細，重點把關掌握，以保證效果。經第二次壓漿后，所有板塊統計合格率達95%以上。

圖4　壓漿槍頭錨固示意圖
1.預埋法蘭螺帽；2.緊固接頭；3.套帽；
4.壓力閥開關；5.皮管；6.舊水泥混凝土板；7.基層

2.3　灌縫
　　板塊維修好后，還得對板塊之間縱、橫縫用嵌縫料充填，以防雨水及雜物下滲。?
　　經考察，目前國內較為成功的是QF-94Ⅲ型水泥混凝土路面嵌縫料。該料組成：石油瀝青、PVC樹脂為基料，適量的改性劑，輔以必要的添加劑，在特定條件下配制而成，屬加熱施工式。?
　　優點：?
　　(1)該灌縫料具有防水性、粘結性、彈塑性、熱穩定性、低溫柔性、抗嵌入性和耐久性；?
　　(2)使用方便,不污染環境。
　　使用方法：現場開箱,將料裝入專用施工機具加熱箱中,加熱溫度為130℃～140℃。技術性能指標見表3。

嵌縫料技術性能指標表　　　　表3

　　同時配有專用的清縫機，分為橫縫清縫機和縱縫清縫機。橫縫清縫機原理類似于農用手扶拖拉機頭，帶動一根清縫齒條，進行一定深度清縫。縱縫清縫機實際上為切縫機，區別之處在于干切，不需帶水，刀輪片為特制，機后跟著人工清掃即可。?
　　至此，舊水泥混凝土板的修補工作結束，封閉交通，等進入下一步加鋪罩面層工作。?

3　體會

　　(1)對于灌縫，選用灌縫機專用設備和常用的人工灌注法，通過比較,發現效果截然不同，前者明顯好于后者。?
　　(2)通過壓漿修補，對于提高舊水泥混凝土板的承載力,增強板體穩定性,改善板塊的彎沉值效果明顯，該施工工藝切實可行。?
　　(3)板塊修補以單點實測彎沉值為控制指標進行控制，是否有效和合
理，有待于通車以后的實踐檢驗。