高等级公路水泥砼路面合理维修方式的选择

周　巍

摘要:文章针对现有水泥砼路面损坏的现状,以京珠南水泥路面的实际维修方案为例,提出了水泥混凝土换板、压浆稳板、旧水泥面板打裂稳固、裂缝处理以及加铺沥青层罩面等几种水泥混凝土维修技术,并将国外的水泥路表打磨技术予以介绍。

关键词:高等级公路;水泥砼路面;维修方式

中图分类号:U416文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)20-0079-03

水泥混凝土路面以强度高、经久耐用、养护费用低等优点成为高级路面的重要形式之一,愈来愈得到广泛应用。但大量早期和近期修建的水泥混凝土路面都将面临艰巨的翻修改建任务。水泥混凝土路面的设计年限为30～50年,即使路面结构未破坏,但表面平整度、抗滑性已不能满足车辆行驶要求,这时也要采取罩面等修复措施。京珠南路面工程主要存在病害及原因分析:

一、路面概况

京珠高速公路甘塘至翁城段,始于韶关市甘塘,终于翁源县翁城镇,里程桩号为K108+210.815～K151+998.49,全长42.788km。本路段水泥混凝土面层2000年7月开工,同年12月竣工,2001年1月20日通车。

二、路面病害情况

K108+200~K151+080水泥混凝土路面通车3年后随着经济社会的快速的发展,沿线交通量急剧增加,特别超载重载交通比例较高,使路段出现了不同程度的破损和病害。在2005年1月17日~26日和3月8日~12日,分别对该段路面进行了检测:第一阶段检测内容为FWD检测、路用雷达检测、路面平整度检测、路面抗滑性能检测。第二阶段检测内容为旧水泥混凝土路面结构钻芯取样试验检测。经过检测,发现该段水泥混凝土路面主要病害如下:

(一)水泥路面断板

经过检测发现,京珠南高速公路水泥路面断板现象严重,检测数据如下:

从表中数据可以看出,本标段路面的断板率很高,破损较为严重。根据规范规定的路面破损状况等级评定标准,北行主车道DBL>20%,等级评定为差,北行超车道11%20%,等级评定为差;本标段DBL>20%,等级评定为差。无论是超车道还是主车道,南行断板率均大于北行断板率。

(二)水泥混凝土板底脱空

水泥混凝土路面在实际使用过程中,由于车辆荷载的重复作用,混凝土板下基础将产生一定塑性变形和唧泥,或者由于温度、湿度的影响混凝土板将产生挠曲,致使水泥混凝土板局部范围不再与基础保持连续接触,即混凝土板下局部出现了脱空。京珠南水泥混凝土板底脱空如表3-3和表3-4所示:

从上两个表可以看出,右幅行车道脱空最厉害,累计长度达到2645.40m,其次是左幅超车道2468.86m,左幅行车道1811.80m,右幅行车道1360.50m。

(三)路面裂缝

根据调查,该段水泥路面裂缝类型有:纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝、交叉裂缝,个别面板上有碎块或者有认为的小坑洞。既有细缝也有中缝,细缝与中缝各占一半。其中裂缝占有率主车道为29.6%,超车道为20.5%。

(四)其他情况

水泥混凝土路面强度:除局部路段或区域状况较好以外,该路段整体上工作性能处于中、下水平。而且南行比北行弯沉值相对较大。

水泥混凝土板的弹性模量:北行超车道为66948.2,主车道为49004.8;南行超车道为55633.9,主车道为34813.3,南行主车道面板的承载力已不能满足交通需求。

归纳京珠南水泥混凝土路面损坏的原因,有以下几种:交通量增长过快;重载与超载交通;结构本身的施工缺陷以及一些其他因素等。

三、京珠南水泥砼路面维修方式

1.水泥面板换板。水泥面板换板是水泥混凝土病害处理中最常用的一种方法,主要是对已经出现破损的面板采用直接换板的技术。对旧水泥路面断板,裂缝、严重脱空及严重错台及不适合灌浆处理的面板进行换板处理,所有换板均采用钢筋砼路面。在不破坏相邻板块的前提下进行该板块的凿除;如发现该处基层强度不足或松散,应先进行基层补强;基层补强采用C20贫混凝土,然后浇筑钢筋混凝土。

2.压浆稳板。压浆处治技术,是针对砼路面在使用过程内出现的板块脱空危害而提出的修复板底基层密实,确保板底均匀支撑的技术措施,其作用为:通过压浆处治,可以充实板底脱空,恢复密实,改善面板的支撑状况,使砼板的受力状态符合设计原理,避免砼路面板过早损坏。

3.旧水泥面板打裂稳固。沥青混凝土做罩面层是水泥混凝土修复的最常用技术之一,但它所带来的一个严重问题是反射裂缝,反射裂缝是水泥混凝土路面原有裂缝和接缝透过加铺层向上扩散而产生的,它产生垂直和水平位移引起的应力,使沥青加铺层破坏。为控制加铺层反射裂缝,必须在未加铺沥青面层前通过“破碎”和“加固”,减少刚性路面的应力,起到消除反射裂缝的应力作用,并能使块与块之间产生集料嵌挤,还能保住大部分原混凝土路面板结构强度,起到稳固作用,缓冲反射应力。

4.裂缝处理。水泥混凝土路面由于裂缝造成强度不足时,可先用高模量灌浆材料;当路面仅出现贯穿裂缝,而板面强度仍能满足通车要求时,为防止雨水和空气侵蚀,裂缝扩大而消弱路基,可先用低模量密封修补材料,将裂缝封闭。

5.加铺沥青层。在水泥混凝土路面上加铺沥青层有两种作用:一是恢复旧混凝土路面功能,改善路面平整度与抗滑性;二是补强原有路面结构,提高路面承载能力。由于水泥混凝土面板本身强度较高,将其作为基层,在其上再加铺沥青混凝土这种路面结构,关键时防止反射裂缝的产生。防止反射裂缝的措施可通过改善沥青罩面层性能、设置中间夹层来实现。

京珠南加铺沥青路面的表面层采用改性沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-13结构,中面层为改性沥青FAC-25沥青混凝土。为保证加铺面层厚度、保证施工质量和方便施工,根据不同的加铺厚度一般路段采用如下四种路面结构形式,其中前三种用于K121+000～K150+998.490。

(1)A-1罩面结构:当加铺层厚度为17～22cm时, FAC-25沥青混凝土均厚8cm,采用5～10cmAM-20沥青碎石调平。

(2)A-2罩面结构:当加铺层厚度在14～17cm时,FAC-25沥青混凝土均厚6cm,采用4～7cmAM-20沥青碎石调平。

(3)A-3罩面结构:当加铺层厚度为12～14cm时,采用FAC-25沥青混凝土进行调平。

(4)优化设计路段罩面结构(K108+210～K121+000)。

本次设计对此路段采用“打裂稳固旧板+水泥稳定碎石基层+沥青砼面层”结构。先采用冲击压路机对旧路面板打裂稳固处理,把打裂的路面板当做底基层使用,在其上铺筑水泥稳定碎石基层并调平,一般厚度不小于20cm,最后铺沥青面层,沥青面层厚度为22cm。

四、工程效果评价

京珠南路面维修方案主要方案为“换板压浆+不同沥青砼罩面”及“打裂稳固+沥青砼罩面”,故主要对“换板压浆+沥青砼罩面”及“打裂稳固+沥青砼罩面”两种方案进行比较。

1.方案的技术比选

(1)“换板压浆+沥青砼罩面”方案的技术优点、缺点:

1)可充分利用路面现有的好板。

2)现有的水泥混凝土换板、压浆、沥青混凝土罩面的施工工艺都较成熟。

3)水泥混凝土换板的施工工艺较原始。

4)由于水泥混凝土面板存在板块与板块之间的纵缝、横缝,受反射裂缝的影响较大。

(2)“打裂稳固+沥青砼罩面”方案的技术优点、缺点:

1)施工工艺机械化程度高。

2)大大延缓反射裂缝的作用。

3)未充分利用路面现有的好板,水泥砼板被“打裂稳固”后,路面会产生一定程度的沉降。

综合对以上两个方案的分析可知:“打裂稳固+沥青砼罩面”方案技术上虽存有不足,但其整体施工工艺先进,施工质量易得到保证,对保持路面的长期使用性能有利。

2.方案的工期比选

(1)“换板压浆+沥青砼罩面”方案工期分析。“换板压浆+沥青砼罩面”方案采取K123+550～K128+550北行,长5km,面积:56000m²。据统计此段水泥混凝坏板需换板率约:35%,换板面积:19500m²;水泥混凝土板需压浆为65%,压浆面积:36500m²。

按以上的工作效率及采取封闭半幅路面,另半幅对向行驶的施工条件,采用“换板、压浆+沥青混凝土罩面”的方案施工K123+550～K128+550段5km,最少需要31天工期。

(2)“打裂稳固+沥青砼罩面”方案工期分析。“打裂稳固+沥青砼罩面”方案采取K108+210～K113+500南行,长5.3km,施工面积:59500m²,据统计此段旧水泥面板坏板破碎率达到52%。

按以上的工作效率及采取封闭半幅路面,另半幅对向行驶的施工条件,采用“打裂稳固+沥青砼罩面”的方案施工K108+210～K113+500段5.3km,最少需要22天工期。

由上述算例可以看出,采用冲击压实技术破裂稳固旧板的旧水泥砼路面修复工程的施工工期比传统换板、压浆的施工方法的工期快得多。

3.费用比较

方案一:打裂稳固旧板+水泥稳定碎石基层+沥青砼面层

该方案工程数量及费用如下:

该方案处理里程长度为12.79km,折合每公里造价为5525307元/km。

方案二:水泥换板、压浆稳板、裂缝处理+沥青砼面层

该方案工程数量及费用如下:

该方案处理里程长度为29.998km,折合每公里造价为6361637元/km。

由上述算例可以看出,采用冲击压实技术破裂稳固旧板的旧水泥砼路面修复工程的综合费用可比传统方法降低13%。据测算,如果某路段断板率或坏板率超过10%,采用传统的挖除旧板换新板方法(换板)处理旧水泥砼路面的费用就会超过采用冲击压实技术的费用,而且断板率越高,需换板数量越大,费用就越高。如果考虑综合效益,冲击压实技术能对全断面进行彻底地稳固处理,要比局部换板效果优越的多,所带来的效果就是修复后的路面(新加铺层结构)使用寿命更长,维修工作量大大减少,寿命周期费用显著降低。因此,冲击压实技术可以拓展到高等级公路、机场旧道面以及站场码头等的修复工程中,应用前景很广。

五、结语

京珠南高速公路砼路面砼加铺层改建技术的主要工艺,对有关方案进行了比较,为今后旧砼路面的改建施工

和改建技术应用提供了有益的实践经验。选择水泥混凝土路面维修技术,要从各方面综合考虑,合理进行选择。

参考文献

[1]肖文,杨波,刘利,许永江.公路水泥砼路面破损原因及其维修整治设计[J].重庆交通学院学报,2007,(2).

[2]秦维益.水泥混凝土路面板断裂脱空处治技术探讨[J].交通科技,2005,(3).

作者简介:周巍(1975- ),男,供职于广东省路桥建设发展有限公司,研究方向:工程建设管理。