公路水泥混凝土路面常用处治技术研究

何 岩侯墨记

（1.许昌市公路管理局，河南 许昌 461000；2.许昌华杰公路勘察设计有限责任公司，河南 许昌 461000）

公路水泥混凝土路面常用处治技术研究

何 岩1侯墨记2

（1.许昌市公路管理局，河南 许昌 461000；2.许昌华杰公路勘察设计有限责任公司，河南 许昌 461000）

根据水泥混凝土路面病害的发展情况，路面处治技术可分为局部修复和铺设加铺层。本文通过不同等级公路路面状况评定，分别采用不同处治方式。并通过工程实践，分析各种处治方式的使用范围及优缺点。

水泥混凝土路面；修复；破碎；加铺

水泥路面经过一定的使用期后，受交通荷载及外界因素的影响，使用性能会越来越低，影响到行车的舒适性，路面破损严重时，甚至会对行车安全造成威胁。这时就需要对旧路采取合适的处治措施使其路面性能恢复到较高的标准，以期为道路使用者营造一个安全舒适的行车环境。如何针对路面评价结果选取最合理的处治方案是道路建设者最为关心的问题，合理的方案可以以经济的投入得到相对较优的效果。本文将介绍几种处治措施并对这几种措施进行对比，确定最为经济合理的处治方案，为旧水泥混凝土路面改造方案的制定提供依据［1,2］。

1 局部修复

1.1 适用范围

当高速公路及一级公路的路面损坏状况评定为优和良，或者二级和二级以下公路的路面损坏状况评定为中和中以上时，可采用局部修复进行处治。

1.2 常见处治措施

局部修复是指对路面进行一些修补以恢复其结构性能与行驶性能，并减缓这些病害的进一步发展。针对裂缝、破碎板、板角断裂、错台等几种常见病害的处治措施如下：

1.2.1 裂缝处治技术

混凝土路面的裂缝情况比较复杂，修补时都是根据具体情况采取相应的措施。对于轻度裂缝，如果裂缝还未在路面上贯通，原则上可不处理，如果裂缝已经贯通，必须采用灌缝或封缝处理；对于中等裂缝，必须采取板底压浆、沿缝开槽、再灌入填缝料；对于重度裂缝，必须采取板底压浆、沿缝开槽、灌注填料，有些较严重的应采取局部换板修补。

常用的灌缝材料有环氧树脂类、聚氨酯与改性聚氨酯类、烯类及沥青橡胶类。环氧树脂类灌缝材料有耐热、活性高、内聚力高、黏附力强，收缩率较低等优点，但它本身延伸率低，脆性大，因此需对环氧树脂进行改性，加入低分子液体改性剂、增柔剂、增韧剂等；聚氨酯类灌缝材料耐振动性和抗疲劳性好，且耐低温性能比其他有机类胶粘材料都好，并具有高度的极性和活泼性，对水泥混凝土具有极高的黏附性，聚氨酯固化时几乎没有任何副产物产生，因此不会产生胶接层缺陷；烯类灌缝材料主要采用烯类聚合物配制而成，主要类型有氰基丙烯酸胶黏剂、（甲基）丙烯酸酷树酷胶粘剂、聚醋酸乙烯乳液胶黏剂。

1.2.2 破碎板处治技术

采取换板方式处理水泥混凝土路面严重破碎板，即挖除整块破碎板，然后浇筑水泥混凝土，板厚与原面板厚度一致，但一般不宜小于24cm，否则可采用钢筋混凝土进行修复。对于需要快速处理的路面，可采用快速修补材料，比如早强型混凝土等。

1.2.3 板角断裂处治技术

板角断裂应采用局部修补方式，即对板角断裂部分凿除成正方形或矩形，在原板壁上加装传力杆后，在凿除位置浇筑混凝土，待混凝土达到强度后，方可开放交通。

1.2.4 错台处治技术

对出现错台的板块，先采用压浆调整，恢复平顺，调整后仍有高差，且错台量小于10mm，可用建筑磨平机打磨掉高出的部分或人工凿除高出部分，凿除（打磨）宽度一般为10~30cm。错台量大于10mm的，在低的一侧用沥青砂或细粒式沥青碎石衬平，也可用聚合物水泥砂浆薄层修补。修补前应用钢丝刷将原路面清理干净。

1.2.5 非结构性病害处治技术

大面积麻面、露骨、平整度差等非结构性病害，常采用沥青混凝土罩面处理，处理厚度应大于2.5cm，施工应满足《沥青路面施工技术规范》要求，罩面前要对破碎板及整个路面进行修补和压浆处理。一般的麻面可不作处理，只对露骨严重部分作整段处理，可用聚合物砂浆作薄层处理，其配合比为水泥：砂=1：2，用J6型胶液拌和至均匀稠度，在清洗干净的混凝土表面涂上IV型超早强界面剂，待稍干后，将聚合物砂浆均匀摊铺在路面上，厚度在15mm以下，抹平、整形、拉纹、养生8h即可开放交通。

1.3 该方式优缺点

局部修复具有造价较低，周期较短的优点。但该方式由于仅仅适用于原路面破损较轻的情况，并且修复后不久又会出现新的病害，不能从根本上解决问题。

2 直接加铺

直接加铺是指对原路面进行补强后，并根据需要铺设一定厚度的夹层，然后直接在原路面上加铺新面层。

2.1 适用范围

当高速公路及一级公路的路面损坏状况评定为中和中以下，或者二级和二级以下公路的路面损坏状况评定为次和次以下时，可采用铺设加铺层的方案。

2.2 常见处治方式

在加铺前要对原路面进行必要的补强，主要包括更换破损较严重的破碎板、修补接缝和裂缝、脱空板灌浆、整平错台等。补强后，要控制接缝两侧的弯沉值不超过0.2mm，弯沉差不超过0.06mm，并清理补强后的路面。清理过后，为了减少加铺后沥青面层的反射裂缝，需要在清理过的原路面上铺设夹层，设置夹层可以使沥青加铺层底面的应力或应变因离开应力集中的接缝（或裂缝）端部而降低，同时也可改变加铺层结构（包括夹层在内）的抗拉和抗剪能力。迄今所采用的夹层种类很多，可分为三大类。

2.2.1 橡胶沥青应力吸收夹层

这是一种高弹性低劲度的软夹层，厚度为10~50mm，模量为10~100MPa。其作用为降低旧面层与加铺层之间的黏附阻力，使二者易于蠕动、滑移，从而减少温度下降引起的反射裂缝。同时，由于隔开了接缝（或裂缝）端部，它可以降低加铺层底面的载荷能力。但根据Francken的分析，软夹层对距底面3~5mm以上的加铺层，以及位于接缝（或裂缝）之间的加铺层内的承载能力具有不良影响，使其应力和应变比不设夹层时反而增大。

2.2.2 土工织物夹层

包括聚丙烯或聚酯织物和聚乙烯、聚丙烯或聚酯无纺织物。无纺织物厚度为0.4~4mm，模量为10~60MPa，临界应力为5~20MPa；织物的厚度较薄些，为0.4~0.7mm，模量则高些，为40~150MPa，临界应力为40~140MPa。无纺织物夹层的主要作用与橡胶沥青应力吸收夹层相似；而织物由于模量稍高，可对加铺层起少量的加筋作用。

2.2.3 格栅

包括聚丙烯或聚酯土工格栅、玻璃格栅和金属格栅。土工格栅的厚度一般为0.8~11mm，模量为900~ 2500MPa，临界应力和应变与织物相近。金属格栅的厚度为2~4mm，其模量可达到8000~10000MPa。刚度大的夹层对于降低加铺层内因温度下降而引起的应力和应变的作用不如软夹层，但对于降低荷载产生的应力应变的作用则远大于软夹层，采用复合式夹层（下层为应力吸收层，上层为金属格栅），虽然可以像软夹层那样减少温度引起的反射裂缝，但仍保留了软夹层不能降低加铺层荷载应力的缺点。

2.3 铺筑夹层注意事项

在铺筑各种夹层前，应对损坏的面层进行修复，并填封所有的接缝和裂缝，需要时铺筑调平层。夹层铺筑在加铺层的底面，要使格栅和织物在加铺层底面开裂后能起承担较大弯矩的作用，夹层应与旧面层底面有良好的黏结，并与加铺层底面的沥青混合料黏附牢（织物）或紧密结合（格栅）。为此，在铺设土工织物或土工格栅时，应先在旧面层表面洒布粘层油；而在铺设金属格栅时，先在旧路层表面洒布稀浆封层（或者将格栅钉在旧面层上），使夹层在旧面层和加铺层接口处具有抗剪切滑移的能力，并使夹层具有抵抗向上位移的能力。铺设时，夹层材料必须密贴在旧面层表面，不能出现任何皱起或含有气泡，否则，加铺层在开放交通后会很快出现裂缝和坑洞等损坏。

2.4 该方式优缺点

这种方法的优点是施工方便且能充分利用原路面的承载力，造价低，工期短；缺点是更换的新面板养护周期长，而且夹层仅能防止因温度收缩引起的水平位移所产生的开裂，而对荷载作用下产生的竖向相对位移就显得不足，不能完全拟制反射裂缝。

3 破碎后加铺

3.1 适用范围

该方式的使用范围与直接加铺的适用范围一致，在路面破损较严重时使用。

3.2 常见处治方式

破碎后加铺是20世纪80年代初在美国发展起来的，我国于21世纪初引进了这种技术，相比较传统的处置方法，该技术可以明显地减少沥青加铺层的反射裂缝。目前最常用的破碎方式有多锤头碎石化、打裂压稳和冲击压实等。

3.2.1 多锤头碎石化

多锤头碎石化技术是采用多锤头破碎机（MHB）将水泥混凝土路面面板打碎，控制碎块粒径上层不超过7.5cm，中层不超过22.5cm，下层不超过37.5cm，经碾压并洒布乳化沥青后，上部形成一个平整面，下部形成嵌挤结构，为加铺层提供一个均匀的基层。碎石化用到的机械主要有多锤头破碎机（MHB）、Z型钢轮压路机和振动钢轮压路机。

多锤头破碎机（MHB）尾部配有8对质量介于450~ 550kg的重锤，每对重锤都配有一套液压提升系统，破碎时按一定规律落下，重锤下落时可产生1.38~11.2kJ的冲击能。MHB设备的工作宽度可以通过调节落锤数在0.45~4m之间调节，落锤高度可以在0.8m~1.3m之间调节，落锤频率以及机械的行走速度都可以在一定范围内控制。Z型钢轮压路机是一种钢轮表面有Z型纹理的振动式压路机，最小质量不得低于8t，作用是碾压破碎的路面，有利于表面平整。振动钢轮压路机为单振动轮、自装备动力，最小质量不小于14t，在Z型压路机作业之后进一步压实破碎的水泥混凝土路面。多锤头破碎机（MHB）和Z型钢轮压路机如图3-1和图3-2所示：

多锤头碎石化的重锤作用时，水泥混凝土面板对能量的吸收是从上到下逐渐变弱的，因而破碎后的颗粒粒径沿深度方向递增，基于此，可以将破碎后的路面简化为松散层、碎石化层上部和碎石化层下部。如图3.3所示：

松散层位于水泥混凝土表面，吸收能量最充足，水泥混凝土板通常碎裂成片状颗粒，难以形成嵌挤结构，稳定性差，因而通常要在松散层洒布乳化沥青以防水泥混凝土颗粒的滑移，并加强其与下面层次的连接。碎石化层上部和碎石化层下部是比较稳定的层次，破碎后的粒径较大，类似于骨架—空隙结构，颗粒之间相互嵌挤形成强度。

以下情况不推荐采用碎石化技术：

①路段中有挡墙、桥梁、涵洞等承载能力不足，无法承受碎石化设备的荷载及振动的影响，需加固的路段。

②距离公路5米以内存在敏感建筑或设备，不能承受破碎设备引起的振动的路段。

③受净空限制不能加铺的路段。

3.2.2 打裂压稳

打裂压稳是利用门板式破碎机（CS）将水泥混凝土路面每隔0.3~0.6m横向打裂，使75%以上的路面不规则开裂，相邻裂缝围成的面积约为0.4m2~0.6m2，再经胶轮压路机碾压后直接作为加铺结构的基层或底基层。打裂压稳的设备主要有门板式破碎机和胶轮压路机。

门板式破碎机尾部配备有尺寸为2.5m×1.3m（宽度×高度）的门板式打裂锤，锤头重5t，打裂锤在一定高度自由落体将重力势能转化为动能，作用在水泥混凝土路面上使其开裂。CS设备的落锤高度可以在1.1~1.3m之间调节，锤头间距不宜大于0.6m，以适应各种破碎需求。胶轮压路机的质量不应低于25t，低于25t时宜增加压实次数，直到达到规定要求。门板式破碎机和胶轮压路机如图3.4和图3.5所示：

经门板式破碎机打裂的路面会形成一系列与板厚方向成一定角度的斜缝，再经压路机碾压，使破碎后的水泥混凝土块体更好地嵌挤在一起。

以下情况不推荐采用门板式打裂压稳技术：

①原路面板块破损严重，出现大面积沉陷，路面起伏大时不能使用打裂压稳。

②距离公路7m以内存在敏感建筑或设备，不能承受打裂设备引起的振动的路段。

③受净空限制不能加铺的路段。

3.2.3 冲击压实

冲击压实是利用多边形钢轮行走时的反复升落产生巨大的冲击能量作用于地面，使路面在破碎的同时被夯实稳固到基层上的一种破碎技术。早期主要用于消除湿陷性黄土的湿陷性、降低土的压缩性和提高地基强度等方面，近年来逐渐开始应用于旧水泥混凝土路面修复，并取得了可观的工程效果。

冲击压实机种类有很多，按钢轮数可分为单轮式和双轮式，按钢轮形状可分为三角形、四边形、五边形等，应根据地基情况以及要求的压实效果选择不同冲击能量的机器。最常用的是双轮三角形和双轮五边形的冲击压实机。

冲击压实作业时，牵引车带动钢轮反复冲击地面，相邻两次冲击地面可以看作一个工作周期，每个工作周期分为三个阶段：重心上升阶段，重心下降阶段，冲击地面阶段如图6所示。

一般情况下，旧水泥混凝土路面经冲击压实5~10遍就会产生纹裂的效果，10~20遍可使旧水泥混凝土路面产生破裂稳固的效果；20遍以上，旧水泥混凝土路面将趋于破碎。但在实际施工过程中，不同路段的路面路基的具体情况以及土基的类型是有区别的，因此，应当根据破碎需求以及路段具体状况，通过试验段来确定冲压变数。

以下情况不推荐采用冲击压实技术：

①道路附近存在高于0.8m的挡墙或护墙。

②路面下有软土或路基含水率过大时，应慎重考虑。

③旧水泥路面上覆盖有柔性面层。

3.3 该方式优缺点

破碎后加铺的方法优点是基本上可以避免反射裂缝的产生，路面的使用寿命大幅度提高；缺点是造价偏高，工期相对较长，且对周边环境有一定的影响。

4 结语

综合分析了局部修复、直接加铺和破碎后加铺三种路面处治方法以及不同破碎方式的适用条件、各自特点，为旧水泥混凝土路面处治方式的选择奠定了基础。

［1］JTG H20-2007.公路技术状况评定标准［S］.

［2］李昌铸，卢铁瑞，刘月莲，等.水泥混凝土路面再生利用关键技术［M］.北京：人民交通出版社，2010.

Research on the Common Treatment Techniquesof Highway Cement Concrete Pavement

He Yan1Hou MoJi2
（1 XuchangHighway Administration Bureau,Xuchang Henan 461000;2 XuchangHuajie Highway Survey and Design Co.,Ltd.Xuchang Henan 461000）

According to the developmentof disease in cement concrete pavement,pavement treatment technology can be divided into local repair and laying ofpaving layer.Through different levelsofpavement condition assessment,dif⁃ferent treatmentmethods are adopted.Through engineering practice,analysis of the use of various treatmentmethods and the advantagesand disadvantagesare carried out.

cementconcrete pavement;repair;crushing;overlay

TU201

A

1003-5168（2015）06-0083-4

2015-6-2

何岩（1989.8-）男，本科,助理工程师，研究方向:项目管理。