基于行车舒适性的路面错台养护探讨

严由亮,曾利民

（赣州市公路发展中心崇义分中心,江西 崇义 341300）

0 引言

水泥混凝土路面强度高，耐久性好，是我国高等级路面常用的结构形式。我国当前公路通车总里程中水泥混凝土路面占比在40%左右，在道路建设中发挥着举足轻重的作用。水泥混凝土路面每间隔4～6 m均需设置横向接缝，接缝也是整个路面的薄弱环节，在行车荷载等的作用下，很容易出现唧浆、脱空、断板、错台等病害。错台出现后，会大大影响行车平顺性与舒适性，并在动载效应作用下加速路面破坏。不同地区和规范对错台处治方法及标准的规定缺乏统一性，也无法为精准性养护措施的制定提供指导，为此，该文基于行车舒适性视角，通过构建水泥混凝土路面错台计算模型，试图建立水泥混凝土路面板错台病害养护量化标准，为类似工程提供参考。

1 工程概况

某省道公路K28+300～K47+890段为水泥混凝土路面，线路长19.59 km，路基宽8.5 m，路面宽7.0 m，路肩宽2×0.75 m，全线均按照公路—Ⅱ级荷载等级设计。在该公路段选择K42+000～K43+000段和K45+000～K46+000段为试验段，分别标记为1#路段和2#路段。1#路段错台病害较为严重且分布集中；2#路段除错台外，还存在唧浆和断板等病害。

2 试验段错台数据采集

使用测试精度0.001 mm、质量体积小、量程25 cm的数显胎纹仪展开试验段错台检测及数据采集。根据试验路段车辆实际运行轨迹分布特征，以距离面板边缘50 cm、170 cm以及距离路中心50 cm的位置布置测点。将所取得的试验段错台量进行统计，结果见表1。其中，驶离板低于驶出板的情况为正错台，驶离板高出驶出板的情况为负错台。

表1 试验段面板错台量统计结果 /个

3 错台量分级

3.1 错台量与局部平整度相关关系

根据对试验段错台数据的整理与分析，该水泥混凝土道路路面错台量和局部平整度间存在较好的相关关系，即在运行速度不变的情况下，随着错台量的增大，局部平整度也相应增大，结果见表2。此外，对于同一错台量，随着车辆运行速度的增大，局部平整度快速增大。

表2 路面错台量和局部平整度

然而，错台量作为水泥混凝土路面错台病害的主要评价指标，应为一客观量，不应当随车辆运行速度的变化而变化，为此，必须对错台量实施标准化处理[1]。具体而言，应将错台量道路设计速度依次代入各错台量对应的回归方程，并通过该速度下局部平整度值展开错台量评价。对各测试点错台量和相应的局部平整度指标展开回归分析，并根据关系曲线推求回归模型，具体见式（1）：

式中，y——试验段水泥混凝土路面局部平整度（m/s2）；x——试验段水泥混凝土路面错台量（mm）；n——错台个数（个）；R2——相关系数，当R2绝对值＞0.800，表明变量间相关关系较好；当R2绝对值＜0.3，表明变量间基本无相关关系。根据模型公式看出，试验段水泥混凝土路面错台量和局部平整度相关关系R2=0.841＞0.800，故两者具备较好的相关性。

3.2 模型验证

为展开模型公式有效性验证，选择试验段中3处错台量相应的加速度传感器所测加速度信号展开分析。选择接缝附近1.0 m以内不存在裂缝和坑槽等病害的接缝，在检测速度取60 km/h时计算各测点局部平整度，并将计算结果代入模型公式（1）中，以反算理论错台量。将计算结果和数显胎纹仪实测结果展开求差分析，结果见表3。根据表中结果，除测点12处理论错台量和实际错台量偏差在1.00 mm以上外，其余测点处错台量理论值和实测值的偏差均不超出1.00 mm，符合《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2011），也表明该文所提出的模型公式有效。

表3 理论错台量和实测错台量求差分析

3.3 错台分级标准

在构建起水泥混凝土路面板错台量和平整度关系后，结合平整度指标和道路行驶质量水平关系的相关研究成果，构建基于道路行驶质量的错台量分级标准[2]。具体而言，将表中的局部平整度分级值依次代入模型公式，如当道路服务水平为“优”时的局部平整度分级值为6.0 m/s2，将该值代入模型公式，得出错台量为3.0 mm；以此类推，便可得出其余道路服务水平下错台量具体值，并以此为水泥混凝土路面错台分级标准。结果见表4。

表4 水泥混凝土路面错台分级标准

错台分级标准是水泥混凝土路面管理部门确定最佳养护时机、统筹养护资金、出台养护处治方案的依据，但表2中错台量分级标准只考虑了道路行驶质量，道路等级、养护资金分配、养护处治技术等方面均未考虑。为保证错台分级标准切实合理，必须对整个路网中不同等级道路展开分组分级，加强错台等病害检测，并采用合理方法计算错台量相应的平整度指标，从而构建符合道路实际状况的错台量分级标准。

4 错台处治

在以上试验段错台病害检测及错台量分级标准确定的基础上，结合《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/T F30—2014）、《水泥混凝土路面维修养护手册》等规范和文件，提出该水泥混凝土路面错台养护处治措施[3]，具体见表5。该公路水泥混凝土路面试验段无错台量20 mm以上的严重病害，故不存在更换面板。

表5 水泥混凝土路面错台养护处治措施

4.1 磨平处治

水泥混凝土面板错台磨平分为人工处治和机械处治两种。人工处治时，安排施工人员划定错台磨平区域，通过钢尺量测错台高；使用平头钢凿从一侧凿向另一侧，并保证处理后的面板基本平整。最后将接缝内杂物彻底吹除，并灌填缝料。这种处治措施养护速度慢，人工费用高。机械处治时，主要使用专用磨平机，从错台最高处开始顺次向低处打磨，边磨边通过3 m直尺找平，直到邻板齐平为止。

该公路水泥混凝土路面错台磨平处治采取人工配合机械处治方法，先由人工初步磨平高出的错台面板，再通过磨平机二次加磨；清除接缝内杂物后通过橡胶沥青、聚氨酯、硅酮等嵌缝料及时灌缝。

4.2 使用水泥混凝土修补

对于错台量在11～19 mm之间的面板，应使用风镐将下沉板凿除2～3 cm，并按照错台高度与坡度之商计算修补长度。使用压缩空气彻底清除毛面处杂物，按照设计配比确定浇筑混凝土材料的使用量。在浇筑后的水泥混凝土面上均匀喷洒养护剂，按规范养生，待混凝土达到设计强度后开放交通。

4.3 设置传荷装置

水泥混凝土路面板荷载传递装置主要由传力杆、固定架等部分构成，传力杆长50 cm，直径在2.8～3.6 cm之间，表面必须光滑，并应涂覆环氧树脂涂层。在接缝伸缩过程中，传力杆必须能水平向移动。每个轮迹分别布置3～5根传力杆。

传荷装置设置时，应使用风镐和切缝机在接缝处按混凝土面板厚度的1/2放样切槽，槽宽8～10 cm，槽长70 cm，且每个轮迹布置3～5个切槽。切槽结束后将槽内及槽底杂物彻底清除，并均匀涂刷黏结剂，将固定架置入后调平，再安装传力杆。固定架安装高度应比槽底高2～3 cm。完成传荷装置设置后，向切槽中浇筑细粒式混凝土，通过平板振捣器振捣密实，整平后收光，待切槽中混凝土实际强度达设计值的80%后开放交通。

4.4 压浆工艺

4.4.1 板底脱空检测

该工程采用FWD（Falling Weight Deflectometer，落锤式弯沉仪）定性判定试验段水泥混凝土面板是否存在脱空，同时通过雷达检测波谱图定量判定脱空。根据检测结果，FWD和雷达检测波谱图对混凝土面板板底脱空的判定结果大部分情况下一致，仅个别部位不一致，具体见表6。

表6 FWD和雷达检测波谱图判定不一致的情形

基于此，又通过传统的钻芯取样法对表中4个测点面板展开取芯测试。根据测试结果，1-27和1-28测点处面层和基层较好黏结，无脱空；而2-20和2-41测点处面层和基层严重脱离。

4.4.2 灌浆材料配合比

该公路错台养护处治试验段采用项目所在地产P.O42.5R普通硅酸盐水泥，按照《公路工程施工质量验收规范》（DG/TJ08—119—2018）的规定展开抽样检验，比表面积399 m2/kg，密度3.1 g/cm2，标准粘稠度用水量为129 mL，初凝及终凝时间分别为139 min和198 min，28 d抗压强度为50.5 MPa。全部指标均满足规范要求。

选用工程所在地某电厂生产的密度2.76 g/cm2，比表面积289 m2/kg，活性指数80%的Ⅱ级粉煤灰，水泥和粉煤灰材料的化学组成情况见表7。

表7 水泥和粉煤灰材料的化学组成/%

为减小水泥用量，提升浆液强度和粘稠度，控制浆液固化后收缩程度，应按比例掺入砂。但大粒径砂会造成不均匀沉降。该公路按照《水泥强度试验用标准砂》（GB178—2010）要求选用试验用砂，并在拌制前过0.5 mm方孔筛。

选用膨胀率在0.03%～0.05%范围内的BD—UEA高效膨胀剂；同时，使用同一建材公司生产的减水率≥8%、泌水率≤95%，1 d、3 d、7 d、28 d抗压强度分别在150%、140%、120%、100%以上的BDN—Ⅱ型高效早强减水剂。

结合相关规范及类似工程经验，按照两种配合比（配合比1质量比为水泥∶粉煤灰∶膨胀剂∶早强剂∶水=1.0∶2.0∶0.08∶0.06∶1.2；配合比2质量比为水泥∶粉煤灰∶膨胀剂∶早强剂∶水=1.0∶3.0∶0.08∶0.12∶1.65）分别成型膨胀系数试件和抗压强度试件。按照要求养护后进行7 d无侧限抗压强度及线膨胀系数测试，结果见表8。根据表中结果，粉煤灰掺量越大，浆液线膨胀系数越小，强度也越低，故该公路试验段按照配合比1制备浆液。

表8 浆液7 d无侧限抗压强度及线膨胀系数试验结果

4.4.3 现场灌浆

结合板底脱空检测结果标定脱空板位置，并通过钻孔取芯机按标定位置钻孔，深度达到基层底面。使用灰浆泵将拌制好的灰浆压入脱空板底，注浆压力控制在0.5～1.0 MPa范围内；持续注浆至接缝或邻孔出现溢浆且脱空板略微升高为止。灌浆期间必须实施压力和时间双控，避免土路肩出现开裂破坏。对于溢浆孔应及时使用木塞封堵，避免压力散失；拔出灌浆头后应及时在注浆孔内塞入木塞封堵8～10 min，避免灰浆返流。注浆结束后，必须待灰浆强度达到3.0 MPa以上，方可开放交通。

5 结论

综上所述，应用该文所提出的方案对该病害公路试验段错台展开养护处治，开放交通1个月后，再次使用FWD和探底雷达检测处治区域，结果表明，除1-38和2-10两块面板板角处仍存在脱空外，其余病害区处治效果良好；且板角仍存在脱空的两个部位面积比脱空前明显减小。通过比较灌浆前后面板中部弯沉及接缝传荷能力发现，灌浆处治后面板间传荷能力显著提升；应用数显胎纹仪对灌浆后接缝错台量进行检测，错台量最大降幅达0.6 mm。可见，进行水泥混凝土面板灌浆处治既能有效解决板底脱空病害，又能修复错台，提升混凝土路面使用性能。