水泥混凝土路面板脱空检测和处治方法

□金龙

水泥混凝土路面是我国公路路面的主要形式，在我国的公路网中占有很大的比重。但是，我国路面基层的材料多为稳定类集料，其模量远小于混凝土板面层的模量，故水泥混凝土路面在重车荷载的重复作用下，基层将产生一定的塑性变形；或者由于温度的影响，使得混凝土板产生挠曲变形，致使混凝土板局部范围不再与路面基层保持连续的接触。同时，当路面板的接缝和裂缝未及时养护时，雨水从开缝处渗入，路面板下会形成积水，积水与基层材料中的细料形成泥浆，在车辆荷载的作用下，泥浆沿面板接缝处喷溅出来，使得基层材料破坏加大，这种现象使得路面板局部失去基层的支撑作用。在上述3种原因的综合循环作用下，最终导致了路面板的破坏。

从上述分析可知，路面板底脱空是造成水泥混凝土路面破坏的一个重要原因，因此在水泥混凝土路面的改建工程中，如何处治旧水泥混凝土路面的脱空病害具有非常重要的意义。笔者结合合六叶高速公路改建工程和界阜蚌高速公路改建工程，对水泥混凝土板脱空病害处治的不同方法进行评价。

一、脱空检测

1.脱空板确定方法

根据我国交通运输部行业标准《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ073.1-2001）规定，水泥混凝土路面板脱空位置的确定可以采用弯沉法。弯沉法是通过检测板角和板边弯沉值，当所测试的弯沉值超过某一规定值时，即判定为脱空。

2.PFWD弯沉检测

笔者所结合的项目都是采用弯沉测试的方法，利用便携式落锤弯沉仪 PFWD检测水泥混凝土板的板角弯沉值，归纳分析出弯沉的分布和变化规律，再根据混凝土板的表观病害，初步判断出水泥混凝土板脱空所对应的弯沉，最后结合室内三维有限元分析，确定脱空的位置和脱空深度。具体脱空指标的确定方法如图1所示。

图1 脱空弯沉指标确定

二、脱空处治方法研究

近年来，我国现有的水泥混凝土路面有相当部分接近或超过设计年限，有的虽然还没有达到设计年限，但由于交通量的剧增，汽车荷载日益加大以及超载等因素的影响，造成水泥混凝土路面出现大面积的脱空和裂缝等病害，大大降低了行车舒适性。

为了改善水泥混凝土路面性能，保证沥青加铺层的使用寿命，必须处理好水泥混凝土板底脱空病害。笔者依托于合六叶改建工程和界阜蚌改建工程，初拟了3种处治方案：压浆处治；冲击压实；先注浆再冲击压实。

1.脱空处治方案施工工艺介绍

将检测的弯沉数据与所确定的脱空弯沉控制指标进行比照，判定出脱空的板块和脱空位置。当板块存在脱空时，采用所拟定的处治方案进行脱空处治。

（1）压浆处治技术。压浆处治的流程包括钻孔、清孔、配料、灌浆、堵孔及清扫等工序。压浆处治过程中应注意：①超车道和行车道压浆的钻孔位置需要根据实际的道路状况、路面损坏情况做出适当的调整。②为了达到自流灌满的效果，必须选用适宜的外加剂，通过调整配比，使灌浆液达到要求的流动度且尽可能小的流动度损失。

（2）冲击压实处治技术。冲击压实多采用五边形的重型冲击压路机。当钢轮滚动时，利用钢轮轮面与路面的阻力作用，使轮轴反复抬升和落下，从而使钢轮对路面产生冲击力。冲击压路机在冲击旧水泥混泥土路面板的同时，还将冲击影响到路基以下，能检查出旧路面的薄弱部位，消除旧水泥混凝土路面板下的脱空，并起到加固地基的作用。

根据以往的工程经验，混凝土板在水平方向的约束越小，冲击压实效果越好。故在施工过程中冲压设备的行驶路线为路肩、行车道、超车道。在冲压过程中要注意每一遍的冲压要有1/2的错轮，以避免对同一点重复冲压。

界阜蚌高速公路K334+000—K335+500路段，作为采用冲击压实方法处治水泥混凝土路面板底脱空的试验段，初拟冲击压实遍数为10遍，在压实处治过程中可根据道路的实际路况作出适当的调整。界阜蚌高速K335+500—K337+000路段，作为采用灌浆并冲击压实方法处治水泥混凝土路面板底脱空的试验段，为了较好地融合压浆和冲击压实共同处治的效果，试验段初拟压浆后冲压遍数为5遍。

三、处治方案对比分析

1.处治效果对比分析

利用前面所述的弯沉法检测判定得出脱空的板块和脱空的位置，对所检测的弯沉数据进行统计分析，得出各试验段的弯沉平均值和方差，以进行处治效果对比分析。各试验段超车道（2、3号板角）、行车道（1、4号板角）（检测板角编号如图2所示）脱空处治前后弯沉信息见表1所列，弯沉值方差见表2所列。

表1 处治前后弯沉信息表

表2 处治前后弯沉值方差表

分析以上表中数据，可以得出以下结论。

（1）处治前，各板角的弯沉值都比较大，并且所计算出的方差也很大，说明各路段、各车道的路况差异性很大。弯沉检测时发现，各路段、各车道基本上既有质量很好还没有产生病害的板块，又有已发生断裂类、严重错台类病害的板块。

（2）压浆处治后，各路段各车道的弯沉值都比较小，基本分布在10±3区间内。并且，压浆处治之后各路段各车道弯沉值的方差都很小，说明经压浆处治后，各路段的整体路况趋于一致。

压浆处治方法是在不对原路面作出破坏的基础上进行脱空处治的。检测时发现，一次压浆的平均合格率达到了88.67%，二次压浆合格率达到了100%。同时，压浆处治方法在有效减少了水泥混凝土板底与基层间空隙的基础上，充分利用了老路的承载能力，提高了旧水泥混凝土路面作为基层的整体强度，满足了改建加铺的设计要求。

（3）冲击压实处治后，弯沉均值、方差普遍减小，但两者仍然较大，检测时发现有的单点弯沉值还会达到50，说明部分板块仍然存在严重的脱空现象。

冲击压实处治之后，超车道的方差均值要小于行车道的方差均值，说明压实后超车道的路面均匀性比行车道要好。通过分析发现，这一现象是由于没有控制好压实过程中的1/2错轮，使得行车道的各个板角存在不同程度的多压所导致的。

由于冲击压实的巨大冲击波作用，使得路面存在一定程度的沉降，并且在路况相对较好的路段和各类病害严重的路段沉降量有较大的差异。从表2可以看出，处治后弯沉值方差仍然很大。上述两点都充分说明了冲击压实后的路面是非常不均匀的，为此有必要进行路面均匀性修复，同时为了防止加铺沥青混凝土后反射裂缝的过早发展，必须采取防治反射裂缝的措施。

（4）从弯沉值和方差上都可以看出，灌浆并冲击压实处治效果明显好于单冲击压实处治方法，特别是在路面均匀性方面，灌浆并冲击压实处治效果更加显著。因此，灌浆并冲击压实处治之后，可以采用处治错台的方法进行路面均匀性的进一步修复，以保证加铺沥青混凝土罩面层的使用寿命。

灌浆并冲击压实处治方法是对灌浆处治脱空但可能不密实、冲击处治脱空不彻底但能压实两种方法进行了互补，所以效果较好。但灌浆并冲击的处治方法也会对灌浆处治较好并且密实的板块，或是原有质量较好的板块进行破坏，使得板底产生裂纹，破坏了原板块的整体性。

综上所述，在处治效果方面，压浆处治方法最优，脱空处治最为彻底，灌浆并冲击压实处治方法次之，冲击压实处治方法最差。

2.处治进度对比分析

压浆处治方案施工工艺简单，但压浆处治方案一般需要4～5天的养护时间，处治进度较慢。冲击压实处治方案属于纯机械处治方法，五边形冲击压实机一般速度为8～10公里/小时，其处治进度在3种方案中最快。为了保证灌浆后有足够的强度，以更好地融合灌浆和冲压处治的效果，灌浆并压实处治方案的养护时间更长。故该处治方案在3种方案中处治进度最慢。

3.处治方案经济性对比分析

作为一个水泥混凝土路面的改建工程，经济指标是衡量工程方案是否可行的最关键指标之一。通过试验可进行如下比较：由于所处理的水泥混凝土板块厚度都为25厘米，故可根据等厚度进行计算，根据本文所依托的在安徽省境内的两个改建项目，根据施工方的报价，压浆处治方案价格为3.45元/平方米，冲击压实处治方案价格为5元/平方米，但若考虑到采取必要措施进行路面的均匀性修复时，改建成本则会成倍增加。而灌浆并冲击压实处治方案价格则更高，为9.6元/平方米。故在方案经济性方面，压浆处治方案最为经济、适用。

四、结论

综合前面的分析和数据可得出如下结论。

（1）压浆处治方法能显著减小弯沉值，减少脱空空隙，能很好地处治脱空病害。但由于施工的原因可能会出现压浆不密实的情况。同时压浆处治方法对于板块总体脱空率不大于10%的水泥混凝土路面改建工程较为适用。

（2）冲击压实处治方法虽然能在一定程度上处治脱空病害，并且还能对路面、路基起到进一步压实的作用，但其处治效果一般。同时由于其巨大的冲击波作用，不但使得水泥混凝土板在底面产生了裂纹，破坏了原水泥混凝土板块的整体性，而且还使得路面存在了不同程度的沉降，进一步加大了路面不均匀性，为此必须对冲击压实所遗留的病害进行进一步处理。冲击压实处治方法适用于全路段、大面积损坏水泥混凝土路面的加固。

（3）灌浆并冲压处治方法在路面整体性和均匀性方面都明显好于单冲击压实方法，在水泥路面板块整体脱空严重、断裂类病害较多时可以采用。

（4）综合处治效果、处治进度和经济性对比分析可以看出，在水泥混凝土路面改建工程中，压浆处治方案最优。