金马大道水泥混凝土路面病害非开挖治理修复问题探索

曾淑君

摘要：本文结合工程实例，主要对水泥混凝土路面病害非开挖治理修复问题进行了探讨，可供大家参考交流。

关键词：水泥混凝土路面 病害 治理修复

水泥混凝土路面具有强度高，耐久性好，整体性及水稳性良好，养护方便，能适应重载，抗滑性能好，利于夜间行车等诸多优点。因此水泥混凝土路面是我国南方地区公路建设中的一种主要的路面结构。

1 澄迈县金马大道病害现状调查及原因分析

澄迈县金马大道（S317线）K0-K19+066路段是2007年建成通车的一级公路，路面面层为24cm厚水泥混凝土结构。近年来，由于交通量大幅度增加，特别是超限超载车的巨增，路面出现了大量的裂缝、错台、断板等病害，严重影响行车安全、行车舒适性、增加油耗等，还加速了车辆损坏。基于上述原因，澄迈公路分局和郑州大学及郑州通泰基础工程维修有限公司对位于澄迈县境内省道金马大道水泥混凝土公路调查分析后，总结出该路段有以下四类公路病害（1）公路基础软弱地段出现断板开裂现象；（2）由于重复荷载应力、收缩应力、温度翘曲应力、土基和基层强度不足等原因，导致路面不断产生新裂缝；（3）雨后有翻浆、唧泥现象发生；（4）公路出现1cm～2cm的错台。根据现场调查结果，结合水泥混凝土路面裂缝形成的原因、时间，可以判断为结构性裂缝，其造成原因为基础不均匀沉降。造成水泥混凝土路面早期开裂的原因如下：

1.1海南省湿热环境对公路影响

澄迈县位于海南岛的西北部，地跨北纬19°23'～20°0'，东经109°～110°15'。毗邻省会海口市，东接定安县，南与屯昌县、琼中县相连，西与临高县、儋州市接壤，北临琼州海峡。澄迈县属热带气候区域，平均气温23.8℃，日照時数2059小时，年均降雨量1786毫米。其中以8、9月份降雨量最为充沛，时见暴雨出现，也常有台风侵袭。土质主要为红土和沙土。上述的气候造成澄迈县夏季炎热且持续时间长，因此潮湿多雨形成湿热气候条件，加速了混凝土路面的破坏。另外，早晚温差较大，受温差作用，水泥混凝土面层易产生较大的温度翘曲应力而发生变形，从而造成基层顶面的初始脱空现象在板底发生。频繁降水又从面板之间的接缝或面板裂缝不断渗入，在温度场、湿度场以及大流量、大轴载和渠化交通的作用下，使水泥混凝土路面早期严重破损出现。而金马大道的水泥混凝土路面采用的半刚性基层材料，该类基层的主要缺点是抗冲刷能性较差，导致混凝土路面错台，板底脱空和断裂的直接原因是基层受侵蚀后引起的唧泥现象。路基内存在的水分经过往车辆的碾压又捎带着路基填土顺着裂缝一起挤出，造成翻浆唧泥等路面病害，使路基被进一步破坏。

1.2 车流量大，重型车辆多，对公路直接产生病害

近年，随着澄迈县的经济高速发展带来建设高潮，使公路出现车流量大，运载建筑材料重型车辆多的现象，各种重型超载车辆对公路损害严重。

1.3 路面裂缝引发的后果

路面裂缝是路面彻底损坏和丧失服务功能的第一步，当裂缝出现后，由于荷载和环境的综合作用，水泥混凝土路面逐渐丧失其整体性，最终导致完全破坏。

出现路面裂缝病害的路段将发生以下的情况：第一步：路面表面的降水经过裂缝渗入到道路结构层中，在源源不断车流的辗压下，路面出现唧浆，唧浆使路基土流失，导致道路底脱空；第二步：随着脱空部位的扩大，路面下沉陷的部位开裂、断角、断板；第三步：出现板体碎裂；第四步：大量板体破碎，影响公路正常运营，并危及行车安全，丧失服务功能。

其发展过程：早期微裂 - 裂缝扩张 - 断角、断板 - 板底冲涮 - 出现唧泥现象 - 板底脱空 - 板体碎裂 - 板块丧失服务能力。

2 对路基的非开挖注浆预防性养护

根据我国规范规定的水泥混凝土路面设计基准期一般为20～30年，金马大道在运营7年后，就出现了大面积的裂缝和断板病害等现象，因此，很有必要对这些路面的路基进行非开挖注浆预防性养护，延长其使用寿命。所谓非开挖注浆预防性养护，就是对路基及基层软弱处采取保护性养护措施，防止微小病害进一步扩大，以减缓路面使用性能恶化速度，使路面始终处于良好服务状态。

3 非开挖高聚物注浆技术

高聚物注浆技术是20世纪60年代起源于日本的一项基础工程设施快速维修技术，经过推广于70年代普及到欧美，已经在世界范围内的75，000多个工程中得到应用，主要解决水泥混凝土路面和沥青路面的抬升以及土基层的稳定等问题。

3.1 作用原理

通过路面钻孔至基层病害处，注入高分子聚合物原料，混合发生反应后，体积增大。反应过程中材料在受阻力较小的方向膨胀更多，因此材料总是流向土基中最软弱的地方，进行膨胀和压密，以此达到解决公路病害问题。

3.2 技术特点

？（1）轻质：反应后形成的固体材料自重轻，其密度不到水泥浆或沥青材料的10%；（2）高膨胀性：材料的自由膨胀比可达20：1，可以填充脱空和裂缝，同时可以进一步压密周围介质；（3）早强：材料能够迅速固化，可在15分钟内达到其最终强度的90%。材料具有良好的弹性，并具有较高的抗拉强度；（4）防水：固化后材料具有良好的防水性能；（5）耐久：材料耐久性达30年以上；（6）安全：对环境无污染；（7）快速：注浆过程快捷，不需要养生，极大的缩短了施工时间；（8）微损：注浆孔约16mm，对结构基本无损坏，属非开挖维修方法；（9）可控：注浆过程可以实时监控。

3.3 施工方法：沿公路路面裂缝每隔50～80cm的间距进行钻孔，并注浆。在注浆孔附近设置红外激光水平扫平仪，该仪器能检测到1毫米的微动。当仪器感应到路面上升至应达到的高度时，停止注浆，确保浆液材料填满脱空部，同时又能保证不会因注浆过量造成路面拱高。

3.4 高聚物注浆达到的效果

对病害道路进行高聚物注浆处理，可达到以下效果见（表1）：

脱空填充

高聚物的膨胀性和防水性可以排开积水并填充脱空，同时强化土基以阻止脱空的延伸以及新的裂缝的形成。即能：排出路基底部积水，填充脱空部。

稳定作用

高聚物注浆方法可以起到稳定作用，阻止唧泥进一步的沉降发生，还可以压密和稳定数米深的土基层。即能：加固地基，提高道路承载力。

抬升作用

高聚物膨胀性不仅填充脱空，向上的膨胀力可以将凹陷的路面抬升，提升精度可以控制在毫米为单位，保证了精确性。即能：修复路面平整度。

密封作用

公路的破坏往往和水有着关系，如何防止水进入基层是防止路面破损的根本问题。注浆后材料会膨胀，搜寻并填充表面下的裂缝、漏洞、脱空和接缝，形成坚固、稳定和持久的防水层。即能：防止水浸透。

（表1）

4 金马大道实验路段采用非开挖高聚物注浆技术的施工方法及技术效果

4.1实验路段及施工方法

郑州通泰基础工程维修有限公司对金马大道K4+608-K15+230路段11处路面严重开裂、破碎等病害采用非开挖高聚物注浆技术处治。施工方法：沿路面裂缝每隔50～80cm的间距进行钻孔，并注浆。当仪器感应到路面上升至应达到的高度时，停止注浆，确保浆液材料填满脱空部，同时又能保证不会因注浆过量造成路面拱高。

4.2金马大道实验路段采用非开挖高聚物注浆技术处治病害效果

（1）对土基固结。挤出土基中的空气，浆液进入基层孔隙并固化基层。

（2）理论上的填充空隙可以肯定，但没有形成新的防水体系。在注浆后的裂缝处灌入自来水，水直接渗入路基，注浆后的路面平整度并没有得到改善，唧浆病害没有根治。

（3）在注浆完工后的路段采用乳化沥青拌石粉或石屑填补裂缝再粘贴缝带以提高路面平整度。

4.3 产品使用过程存在问题：

（1）注浆材料的配制没有说明各种材料的配合比，高聚物注浆范围划定的依据是什么，注入路面路基的高聚物注浆量是多少等都没有观测到。

（2）施工使用工具（仪器）精密，操作过程不容易控制。

（3）在破损路面注入高聚物注浆后，路基结构所发生的变化是否同产品说明一样，这些均无法直观的反映出来，至于产品所提及的抬升作用和密封作用效果在本实验路段没有观测到，仍有待于今后继续观测与探讨。

（4）采用非开挖高聚物注浆技术处治水泥混凝土路面病害成本偏高，根据郑州通泰基础工程维修有限公司对金马大道实验路段路面病害处治报价200元/m2，相当于全面挖除该路段破损路基路面重新处治路基再铺设水泥混凝土路面面层的施工造价。

5 建 议

5.1金马大道水泥混凝土路面裂缝的补修采用實验成功的非开挖高聚物注浆技术处治病害严重的路面基层，利用乳化沥青拌石粉或石屑填补裂缝再粘贴缝带以提高路面平整度。

5.2 金马大道水泥混凝土面板严重破碎错台的路段采用喷洒热沥青底层油再摊铺厚5cm的沥青混凝土面层。