浅析水泥混凝土路面功能恢复

陈振春

（福建省燕城建设工程有限公司，福建 厦门 361006）

水泥混凝土路面是一种高级刚性路面结构形式，建造史可以追溯到大约公元前一世纪，罗马人将火山灰作为水硬性胶凝材料，应用到重要的道路与广场。近现代意义上的水泥混凝土路面是英国工匠Leads和J Aspdin取得波特兰水泥的发明专利后开始发展起来的。相较于其他类型路面，水泥混凝土路面具有强度高、耐久性好、稳定度高等优点，能够按照技术要求调整平整度和粗糙度，且全寿命成本普遍低于其他类型路面，施工也不需要大型及复杂的机具，因此，水泥混凝土路面在世界各地得到了广泛应用。作为脆性材料，其刚度大是主要特点之一，水泥混凝路面在车轮荷载作用下产生的弯拉应力超过其极限弯拉强度时，水泥混凝土板会产生断裂现象。在车轮重复荷载的作用下，当低于其极限抗弯强度时，水泥混凝土路面会损坏，因此，水泥混凝土路面很容易发生破坏，且水泥混凝土路面破坏后的修复工作也是工程难点之一。国外高速公路水泥混凝土路面比例见表1。

表1 国外高速公路水泥混凝土路面比例

随着水泥混凝土路面的广泛使用，相应的水泥混凝土路面修复技术应运而生。从20世纪50年代及60年代初开始，大规模的水泥混凝土路面超过使用年限，加之交通量的飞速发展，致使路面出现不同程度的损坏，使水泥混凝土路面修复技术得到了飞速发展。国外发达国家较早开始对其维修技术进行研究，美国联邦公路管理局于1985年制定了《路面修复手册》，该手册就水泥混凝土路面的回收、修复、路面的补块、破损固定和排水工程等方面做了具体的规定，比利时、法国、捷克等国家也先后建立了相应的管理制度。为适应国内水泥混凝土路面的飞速发展，我国制定了《公路水泥混凝土养护技术规范》，并于2001年10月开始实施。可以看出，水泥混凝土路面工艺取得了快速发展，从工艺的不成熟到如今的成套工艺系统，从早期单一修复材料到如今各种添加剂的使用。

1 水泥混凝土路面修复

1.1 工程概况

大嶝街道东埕雨污分流工程以大嶝街道东埕社区范围内农村生活污水雨污分流工程为重点，新建污水管道及污水处理站，将村庄污水收集集中统一处理达标排放。本次项目新建DN100出户管、DN150出户管，均采用UPVC管；DN200污水重力管，采用HDPE双壁波纹管；车道下d300管道采用混凝土管。所用管道除设计要求外露以外，其余均需埋设于原有路面以下一定范围，且管道基础、检查井均需坐落在土质良好的原状土层或经处理的土层上，因此，必须破坏部分原有水泥混凝土路面，重新选定位置，待管道施工完成后，对破除的路面按照原路面结构恢复。图1为项目区域位置图。

图1 项目区域位置图

1.2 施工要点分析

针对该工程所对应的水泥混凝土路面修复问题，应在管道铺设工程开始之前进行充分调查，制定科学合理的施工方案，确保水泥混凝土路面修复工程正常如期施工，尽量避免出现水泥混凝土路面修复施工困难、修复不到位等问题，从源头遏制水泥混凝土路面病害的发展势头。针对该工程，本文重点对新旧路面沉降问题、接缝问题进行分析，并提出相应的控制措施，确保工程质量合格。

1.2.1 沉降问题分析

大量工程实践表明，水泥混凝土路面改建的主要病害有路基路面损坏、路面的整体性能下降、边坡塌陷等，其中，路面破坏与整体性下降一般是相互促进的因素，从而导致恶性循环的形成。

①由于纵向裂缝或新旧混凝土接缝未处理完善，从而导致新旧道路整体性下降，使裂缝进一步扩大，然后雨水渗入、车辆行驶及其他因素导致路面出现板底脱空、错台等众多病害。

②由于旧水泥混凝土路面已使用多年，而且经过了多年车辆荷载作用，基本已完成了固结沉降等过程，因此，沉降已经趋于稳定。重新修复的水泥混凝土路面在施工完成之后，需经过主固结、次固结沉降与蠕变压实的过程，而且沉降值会较大，会受到各种因素的影响。例如，材料性能、天气等因素，不好掌控其沉降值，尤其是对于工期较短的工程更不好掌控，因此，会产生新旧路本身的沉降差异。

1.2.2 接缝问题分析

水泥混凝土路面恢复后，新旧路的结合面一般是道路改扩建里的薄弱位置，而且容易出现病害问题。如新路基性能差、结合面未进行妥善处理、后期交通管控和养护工作不到位，极易造成结合面产生纵向裂缝。除此之外，新路基对水敏感程度更高，当路面防排水设计不充分、防排水措施失效的情况下，路面积水渗入路基、车辆荷载偏压等作用，会加剧新水泥混凝土路面产生损害。除了降水，地下水位的变化也会引起路基的失稳，地下水上升，浸泡侵蚀路基，导致路基填料整体性能下降，从而造成路面的破坏，尤其反映在新旧水泥混凝土接缝位置；地下水位下降，造成原有孔隙水压平衡被打破，路面继续沉降，引起水泥混凝土路面破坏。

2 水泥混凝土路面功能恢复要点控制

针对水泥混凝土路面改建可能造成的病害问题，主要思路是以控制不均匀沉降为主，多种控制方式综合治理。重点把控新旧路面结合部位问题，减少不均匀沉降和水平位移，因此，可以从设计方案、施工管理和运营管理等方面着手进行要点控制，实现水泥混凝土路面功能恢复。

2.1 合理的设计方法

通过工程实例研究表明，科学的设计方法能在最大程度上降低不均匀的沉降因素，为此需采取合理的设计方法从根本上预防道路病害发生，不仅能控制工程的造价，且能够有效延长结构的使用寿命，针对道路病害控制的主要设计思路有以下几方面。

2.1.1 选择合适位置

在前期规划设计污水管道时进行合理的布局设计，尽量选择不破坏原有路面，对于不可规避的路面，可以将管道集中埋设，减少路基搭接的部位。可以从两方面入手：一是选择路基的加宽方法。实践表明路基的加宽量越大，路基间不均匀的沉降越小，对于一般道路而言，单侧加宽方式既可以满足场地要求，也可以实现减小新旧路基不均匀沉降问题，此外，单侧加宽方式，应尽量避免破坏填方路基路面。二是考虑设计分隔带。在场地条件允许的情况下，巧妙设计分隔带，规避将新路面直接铺设在新旧路基接缝位置，减少车辆荷载对于薄弱位置的作用，能够在最大程度上减少结合部位的病害。

2.1.2 优化路基设计

考虑从以下几方面优化路基设计：一是对新水泥混凝土路基路面适当超挖，并用合理的路基填料进行回填压实，将新路基沉降降到最低。二是新旧路基的设计采取台阶开挖的形式，可增大新旧路基结合部位的面积，有效增大结合部位抗摩阻力和抗剪强度，保证新旧路基的有效结合，从而降低新旧路面的沉降差问题，台阶的高度及宽度选择要综合考虑场地、路基的沉降量和新路基填料工作性能等因素，且台阶高度不能过大，否则新路基的水平位移会增大。三是选用加筋材料。在条件允许的情况下，可以考虑将新旧路基下铺设一定数量的土工格栅、土工织物及其他复合型土工合成材料，且土工材料应当选择具有较高抗拉强度、刺破强度及撕裂强度等优良性能的材料。研究表明，选择合适的土工加筋材料可以有效提高原有路基和新路基土体之间的整体性，确保新旧路面不会因沉降差和接缝问题出现病害。此外，加筋材料可以有效提高地基承载力，约束侧向水平位移，从而增强新旧路基结合部位的侧向位移，且土工格栅价格低廉、作用显著、性价比相对较高。研究表明，使用土工格栅的新旧路基路面，能够有效减少新旧沉降差和新旧路面接缝问题。四是选用合适的路基填料。对原有路基换填性能更好的路基填料，可以有效减少路基路面整体沉降，控制沉降效果较好。

2.1.3 加强新旧路面连接和排水设计

通过加强水泥混凝土路面之间的连接，可以有效增强恢复后路面的整体性，方法是在新旧水泥混凝土路面增设拉杆，拉杆的存在不仅能够保证其整体性，也能减少新旧路面结合部位的沉降差，此外，拉杆的存在对水平位移也有一定的限制作用，可加强路面防排水设计、增强排水效率、减少水对路基、路面的浸泡作用，以及对接缝的渗透软化作用。通过合理布设路基及路面的防排水体系，利用边沟和盲沟等排水设施，有效引导水流走向。可以在新旧水泥混凝土路基顶铺设防水土工布，有效防止路面出现裂缝后水渗入裂缝，侵蚀路基，造成路基破坏。同时，可以考虑对新路基设置一定的沉降预留值，实现路面在运营期间沉降至于旧路面水平，减少新旧路面结构之间的沉降。

2.2 加强施工管理与控制

2.2.1 加强施工过程中的质量控制

道路改扩建工程往往会涉及两种不同的材料，即使是同种材料也有时间差异性，而且受到交通、人员的影响，施工限制较多，因此，开挖之后很容易对路基造成扰动。此外，由于大型机械的进场受到限制，往往造成路基压实度不够，尤其在新旧路基结合部位的压实度不够，压实质量很难把握。针对这些情况，应当制定科学合理的施工组织设计，提前对新旧路基结合部位重点进行施工把控，配合人工与机械进行压实。建议在旧路面开挖时，以机械开挖为主，辅以人工开挖，在开挖至路基顶面一定范围内，应该以人工开挖为主，避免机械开挖扰动原有稳定路基，同样在新旧水泥混凝土路基结合部位，主要以人工开挖为主，以此来减少对旧路基的扰动，减少新旧路基不均匀沉降差。对于难以通过大型机械压实的部位，重点采用小型机具压实，配合人工夯实，确保整个路基的压实度。

2.2.2 合理使用过渡路面

在施工过程中合理设置过渡性路面可以对沉降做到有效控制，具体措施为：新路基铺设完成后经自然沉降，加铺过渡性路面，可以简单铺设一层土工膜等材料作为过渡性路面，过渡性路面在车辆及施工机械等荷载作用下，加速沉降，由于水泥混凝土路面的收缩性相对较小，所以，该沉降已经完成大部分沉降，从而减少新旧路基之间的不均匀沉降，虽然新路基的完全沉降需要十几年的时间，但大部分沉降均在最初一段时间，因此，可以考虑施工完一处路基之后，铺设过渡层，转向另一处进行路基施工。铺设过渡层后，部分开放交通，通过车辆荷载加速改建段路基的沉降，待一段时间以后重新封闭交通，将原有过渡层及路基表面损坏部分凿除，重新铺设水泥混凝土路面，从而有效减少新旧路面的不均匀沉降。该方法可以适用于线路较长的工程，不适用于改建线路短及工期短的工程。

2.3 加强运营管理和后期养护

修复后的水泥混凝土路面的运营管理和后期养护是提升混凝土路面使用寿命的关键，运营管理主要是限制交通，加强对超载、重载的管理。对于恢复后的水泥混凝土路面，其新旧接触面一直是薄弱环节，因此，超载、重载会大大增强该位置的应力集中，可以通过在道路出入口设置限宽、限高标志牌配合限制墩，限制出入车辆，且在运营前期，要及时调查、测量道路沉降及接缝情况，出现异常情况提前采取措施，如出现裂缝后及时进行灌浆养护处理，从而实现水泥混凝土路面功能有效恢复。

3 结语

本文结合雨污分流实际工程对水泥混凝土路面恢复问题做了详细的分析，以控制新旧路面沉降问题、新旧路面接缝问题为出发点，提出了相应的控制措施，保障路面恢复工程的质量，主要有以下几点：

（1）优化设计方案。选择合理的路基加宽方案，控制路基的削坡坡度，削坡采用台阶形式，减少对原路基的扰动。

（2）合理选用材料。选用加筋材料增强旧路基与新路基土体之间连接性，协调新旧路基之间土体的变形，减少不均匀沉降。

（3）重视防排水措施。合理布置路基及路面的防水体系，减少水对路基的浸泡侵蚀作用。

（4）加强施工环节质量控制。加强路基新旧结合部位的压实度控制，确保整个填筑路基的压实度。