旧水泥混凝土路面评定及加铺方案分析

摘要：文章以广西某公路大化段为研究对象，通过对路面状况的全面调查、检测、评定，分析该道路的未来交通发展需求，并从施工周期、交通组织影响等方面，研究其路面加铺改造设计方案，以期为广西其他类似水泥混凝土路面的改造工程提供理论依据。

关键词：旧水泥混凝土路面;评定;加铺方案

0 引言

水泥混凝土路面不但具有较强的扩散荷载能力，也具有较强的刚度以及良好的稳定性等优点，被广泛地应用于公路工程建设。但近十几年以来，道路交通量随着国民经济的发展而剧增，汽车轴载日益重型化，同时也受到当地水文条件等多种不良因素的影响，很多早期修建的水泥混凝土路面产生了多种破损现象，如结构承载力过弱、路面压损、出现裂缝等不良状况，而改善其使用性能是当今公路工程界所面临的重要问题。鉴于此，通过加铺沥青混凝土的方式能有效解决这一问题。

1 工程概况

该工程项目位于河池市大化县境内，整体呈东南-西北走向，是贯通于整个河池地区的重要通道，长度为56.475 km，本次的改造试验段桩号为K11+330～K31+490。工程项目标段位于微丘地区，纵坡较多，且该地区雨量大，雨季长，由于通车时间比较长（通车已有十年之久），严重衰减了路面性能水平，整体路况比较差。为了保证该路段的整体服务质量，以通车效率为核心，本次对其进行路面加铺改造，同时也能让该路段的使用性能有所改善，为促进当地经济发展提供更好的服务。

在进行全线改造工程施工前，先选取一分段采用两种不同的方案铺设，通过实际加铺效果的鲜明对比，才可以为后期的全线改造提供相应的参考标准。该路段路面的面层有24 cm的水泥混凝土，路面的宽度为40 m，双向八车道，机动车道、非机动车道、分隔带和路肩的宽度依次为2 400 cm、1 000 cm、400 cm和200 cm，如图1所示。路况现状分级分段情况见表1。

2 路面改造设计原则

2.1 病害处治针对性原则

主要对水泥路面的破碎板、裂缝和脱空等不良现状进行改造，同时也应当合理地优化规整面板病害处治、路面结构组合设计以及结构材料类型等，从而设计出有针对性的路面结构方案。

2.2 设计方案经济可行性原则

首先，在设计方案之前，对实际问题需要一一调查和统计，由此才能确认路面功能是否满足具体要求，此外也应当满足施工便捷、经济成本合理等要求，目的是达到投资收益的最大化。

2.3 求实创新原则

在路面加铺设计过程中，不但要遵循适用、安全、经济、节约的原则，也应当合理地使用新材料、新结构、新工艺。

2.4 动态设计原则

施工人员需坚持贯彻“动态设计、动态施工”的基本原则，与此同时，在施工的过程中，针对实际情况也要做好路面改造工程的“动态调整”工作。

2.5 施工组织设计原则

实际工作中，改造项目分流能力受到多方面的限制，考虑到交通堵塞的实际问题，在老路改建的过程中，一般是禁止中断当前交通的，要以施工期间路面交通组织的影响降到最低为核心原则，事先应当选择经济型以及可行度较高且便于施工的路面方案。

3 旧水泥混凝土路面评定

3.1 评定标准

旧水泥路面状况应当根据《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（J073.1-2001）的内容采取斷板率（DBL）进行重点评定。一般检测人员需要通过弯沉检测来评定旧水泥混凝土路面的承载能力，这基本上能从三个方面的性能状况反映出来：（1）通过板中弯沉测试与刚度组成分析而得到下承层的弹性模量值;（2）根据板角弯沉测试的方法而判断弯沉值;（3）通过跨过横缝的两个弯沉传感器而将弯沉差和传荷系数计算出来。此外，检测人员需要通过现场取芯来检测旧水泥混凝土厚度、板下基层情况以及病害的实际情况。针对完整的芯样，检测人员需要根据《公路工程水泥混凝土试验规程》（J053-2018）中的实际内容进行混凝土劈裂抗拉强度试验，同时，在使用推荐公式对混凝土面板的弯拉强度进行计算的时候，应当遵循《公路水泥混凝土路面设计规范》（JD40-2018）的有关规定。

3.2 路面状况实际调查研究

3.2.1 交通量预测

目前，该路段交通早已显得比较拥挤，图2表明了各种车型交通量所占据的比重情况。由此可见，占据比重最大的是小型客车，达到了64.6%，而特大货车和大货车总共仅占据了总量的10%左右，且交通上存在着难以解决的严重超载和堵塞的不良问题，路面会因为超载的大货车而导致巨大的破坏，在车辆荷载的反复作用下，给路面造成了裂缝、错台等病害。

3.2.2 破损调查和技术检测

（1）DBL评定指标：在经过一系列的调查之后，发现第一行车道断板评定为优，据分析，该车道主要是小汽车行驶，而且交通荷载量不大，所以断板频率并不高;第二行车道和第一行车道有所差异，该行车道的断板较为严重，评定为次，这是因为绝大部分重载大货车处于第二行车道和第三行车道行驶;最为严重的是第三行车道，评定为差，该行车道存在着连续性的纵向裂缝，主要原因是该行车道和边分带相互接壤，此车道的纵向裂缝是由于不均匀路基的沉降而导致的;非机动车道断板相对不多，评定为良，这是因为在非机动车道中，行驶于该车道的主要是摩托车、自行车等，这些驾驶工具所造成的交通荷载不大，所以此车道断板相对不多。两幅车道DBL评定等级所占据的百分比如图3和图4所示。

（2）板块脱空状况评定：针对路面第一车道而言，因为日后需要将其改造为中央分隔带，所以此时并不能对其进行有关于弯沉的检测。行车道完整板中，大部分板的半角的弯沉必将<14 mm（±0.01 mm），这足以证明了当前的脱空状况不算严重。然而比较严重的是左幅非机动车道的板块脱空情况，所以需要较多的压浆板。与此同时，板角弯沉>40 mm（±0.01 mm）脱空板的比重较少，之所以需要换板的数量降低，是因为脱空严重。相应内容如表2、表3所示。

（3）板间接缝传荷能力评定：各个车道水泥板间接缝传荷能力评定的结果较好，都在合格及合格以上，而合格以下（不含合格）仅有10%，表明了现有的完整板块之间维持着良好的接缝传荷能力。

（4）芯样检测评定：面板完好处芯样维持着一定的完整性，而且行车道面板的总厚度接近240 mm，这基本能够满足设计的基本标准，反映出现有的水泥混凝土面板仍旧具备着良好的承载能力。若从室内劈裂强度值来分析，表明原有的水泥混凝土面板整体上能保持着良好的强度水平，也比较适合于加铺沥青面层。

4 旧水泥混凝土路面加铺方案分析

对于两种不同的水泥混凝土板处理方案而言，首先，项目组应当以比选优化的方式来分析，由此针对试验段所提出的两种不同路面开始进行加铺结构的作业，同时也为该路段后续大规模的改造过程积累更多的工程施工经验。两种旧水泥混凝土路面加铺方案路面结构如表4所示：

4.1 方案一分析

（1）橡胶沥青混合料具备某些方面的特性，例如抗水损害能力、低温抗裂性以及高温稳定性，和其他改性沥青混合料相比，其抗老化性能以及抗疲劳性能更加优越。同时，橡胶沥青弹性恢复能力较好，可以有效地延缓反射裂缝。据发达国家研究，就防治反射裂缝来说，10 mm橡胶沥青混合料等价于20 mm常规沥青混合料层。

（2）沥青路面的抗车辙性能需要通过中面层Superpave20路面提升。

（3）方案采用了ATB-25结构，该结构通常适宜于中重交通荷载，粗集料嵌锁成骨料，细集料填充空隙而形成骨架密实型或者骨架空隙型结构，目的是规避车辆荷载作用下的永久变形问题。同时，当密级配沥青稳定碎石在完全得到压实后，可以大大增加路面的使用年限，让永久变形和水敏感性减少，继而对路面强度值的提升和穩定性的提升有利。

4.2 方案二分析

（1）上面层采用SMA结构，下面层采用SUP结构，同时，上面层和下面层都采用了SBS改性沥青，令结构的抗车辙变形能力加强，由此能使路面抵抗重载以及超限运输能力有所加强。同时，因为路面采取了SMA结构，不但有着良好的密水性，而且也存在着较强的抗滑能力，进而让路面抗水损害能力增强，同时也让路表服务功能得到改善。

（2）当前，不论是从施工技术方面来分析，还是从SMA设计方面来分析，二者均较为成熟。为了缩减公路维修费用和养护费用，使用SMA路面技术可以有效延长道路使用年限。若从全寿命周期成本来分析，项目所在地区的气候条件、交通情况等因素也是需要考虑在内的。

（3）将200～300 mm的水泥稳定碎石基层加铺于路面上，提升了路面的结构强度，尤其是非机动车道的路面结构强度的增强，令现有的非机动车道也能满足机动车道行车荷载标准。

4.3 后期全线改造方案研究

该试验段施工完成后，在2017年8月至10月进行开放交通，试验人员经过检测，该试验段没有产生裂缝、车辙等病害。经过案例分析之后，证明了以上两种方案的可行度较高，在施工的过程中还需要对当地政策、经济、施工工期以及交通组织等方面进行考虑到之后才能确定该路段全线改造的方案，最后定为40 mm改性沥青SMA-13 +80 mm改性沥青SUP-20+5 mm沥青下封层 +（200～300）mm水稳碎石基层，并针对旧水泥混凝土破损严重的部分路面采取了换板以及压浆处理。

5 结语

综上所述，在众多旧水泥混凝土路面修复的技术中，加铺改造是最有效、最经济的方法。但应要特别注意的是，在加铺改造过程中，首先要对路面状况进行全面的调查分析，通过大量的检测、评定，才能得出具有针对性的合理加铺改造方案。而且，务必要做到精心施工、精心管理，加强施工质量控制，努力提高改造后道路的使用寿命。

[1]李 磊.沥青路面预防性养护关键指标体系研究[D].重庆：重庆交通大学，2014.

[2]秦万能.浅谈高速公路养护管理现状及其发展对策[N].科学导报，2011-05-23（19）.

[3]王松根，陈拴发.水泥混凝土路面维修与改造[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4]王选仓，刘 凯，李善强.沥青加铺层夹层材料抗反射裂缝性能研究[J].建筑材料学报，2010，13（2）：247-252.

作者简介：苏卫礼（1980—），工程师，主要从事公路工程建设、公路养护管理工作。