摘要:隨著交通量的劇增，水泥混凝土路面會(huì)出現(xiàn)各種病害，為了改善交通，提升景觀和行車品質(zhì)，勢必對(duì)舊水泥路面進(jìn)行改造。通過某地區(qū)國省道路面改造的設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析，詳細(xì)介紹了微裂均質(zhì)化處治再生技術(shù)原理及施工工藝，結(jié)果表明微裂均質(zhì)化處治再生技術(shù)在“白改黑”項(xiàng)目中值得推廣。

關(guān)鍵詞:“白改黑”；瀝青路面；改造工程；微裂均質(zhì)化

1“白改黑”概述

“白改黑”是把原來的水泥混凝土路面(灰白色)改建為瀝青混凝土路面(黑色)，達(dá)到環(huán)保、防塵、降噪和提升行車舒適性的效果。相對(duì)于原先的混凝土路面，“白改黑”后的道路路面與輪胎之間附著力增強(qiáng)，車輛在處理緊急事件中制動(dòng)性能大大提高，行駛起來更加安全、平穩(wěn)；車輛行駛過程中產(chǎn)生的噪音將大幅度下降，為降低城市噪音起到了重要作用。結(jié)合某國道路面改造工程其中K350+900～K351+900段的病害調(diào)查，對(duì)比分析“白改黑”技術(shù)方案。

2工程概述

2.1工程概況。項(xiàng)目路面改造工程中K350+900～K351+900段既有道路為水泥混凝土路面，既有路面面層厚度為24cm，整體式路基全寬12.0m，斷面布設(shè)為2.5m（左硬路肩）+2×3.50m（行車道）+2.5m（右硬路肩），路肩硬化。路面設(shè)計(jì)進(jìn)行加鋪瀝青路面改造，沿線檢查井、雨水口加固處理，與項(xiàng)目沿線交叉村道接順處理。2.2舊路面調(diào)查及評(píng)價(jià)。路面破損狀況調(diào)查采用現(xiàn)場人工調(diào)查繪制破損情況平面圖（見圖1）。結(jié)合落錘式彎沉車對(duì)路段進(jìn)行逐板彎沉檢測，對(duì)全線路面進(jìn)行路面彎沉檢測并出具彎沉檢測報(bào)告（見圖2）。道路路面典型病害為裂縫、輕度破碎板、板角斷裂（見圖3）。從現(xiàn)場看，上行行車道病害最為嚴(yán)重，裂縫類病害為最主要病害，部分水泥裂縫病害相當(dāng)嚴(yán)重，特別是混凝土板縱向裂縫連續(xù)出現(xiàn)，裂縫長度＞20m。根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》（JTGD40—2011）規(guī)定，舊水泥混凝土路面破損狀況等級(jí)采用斷板率和平均錯(cuò)臺(tái)量兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)（見表1）。改造路面段斷板率為7.5%，平均錯(cuò)臺(tái)量3.4mm，既有路面破損狀況等級(jí)為中（5%＜斷板率＜10%，3%＜平均錯(cuò)臺(tái)率＜7%）[1-2]。2.3舊路面病害分析。結(jié)合該段路面調(diào)查情況，通過雷達(dá)及取芯抽樣檢測水泥路面內(nèi)部缺陷，查驗(yàn)路段結(jié)構(gòu)層形式、狀態(tài)及有效厚度。發(fā)現(xiàn)部分路段接縫料損壞、脫落，地表水通過水泥混凝土路面的橫縫、縱縫滲入到路面結(jié)構(gòu)層中，在交通荷載的重復(fù)作用下，基層易產(chǎn)生塑性變形累積而出現(xiàn)空隙，地面水沿接縫或裂縫下滲，積聚到空隙內(nèi)，在車輪荷載作用下變成有壓水，將基層內(nèi)浸濕的細(xì)料沖刷出來，形成唧泥，引起板角的脫空，從而改變了路面板基層的均勻支撐狀態(tài)，在車輛荷載的作用下形成斷裂。斷裂裂縫沒及時(shí)處治，在荷載作用下則慢慢形成破碎板、沉陷等病害[3]。

3微裂均質(zhì)處治技術(shù)原理及方案

3.1微裂均質(zhì)處治技術(shù)原理。微裂均質(zhì)處治技術(shù)應(yīng)用應(yīng)力釋放原理，采用新型微裂處治設(shè)備及工藝，使處治后水泥混凝土面板表面裂而不碎，無松散破碎顆粒，結(jié)構(gòu)內(nèi)部斜向開裂，在各個(gè)方向上形成均勻分布的細(xì)小裂縫，分散應(yīng)力，嵌鎖力強(qiáng)，達(dá)到克服反射應(yīng)力的效果。再結(jié)合使用地聚合物注漿加固技術(shù)實(shí)現(xiàn)病害區(qū)域精準(zhǔn)處治，處治完成后的舊水泥混凝土路面強(qiáng)度損失減小，承載能力增強(qiáng)，可作為性能良好的基層使用。3.2處治方案。施工工藝：微裂再生+地聚合物注漿加固+路表缺陷修復(fù)+換板處治+加鋪面層。（1）微裂處治。調(diào)查現(xiàn)場路況，路況等級(jí)見表1。對(duì)路段進(jìn)行劃分，針對(duì)不同路況對(duì)路面進(jìn)行個(gè)性化全幅路面微裂再生，微裂結(jié)束后效果見圖4。將表面碎屑清掃干凈，開放交通，通車碾壓至板塊穩(wěn)定。（2）對(duì)局部承載力不足、彎沉差較大位置采用地聚合物注漿加固補(bǔ)強(qiáng)。其中，地聚合物注漿材料特點(diǎn)如下：①超高流動(dòng)性與滲透性。通過填充、滲透和擠密可使地聚合物注漿材料進(jìn)入微細(xì)空隙中，修復(fù)道路路基、基層、路面病害和補(bǔ)強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度。②激活基層或路基填土中的惰性材料。通過堿激發(fā)劑激活基層或路基填土中的惰性二氧化硅和氧化鋁，與路基、基層中的礦物活性成分進(jìn)行聚合反應(yīng)，使地聚合物注漿材料與基層或土壤形成結(jié)石體，提高道路的承載能力。③抗水沖刷能力強(qiáng)。地聚合物注漿材料反應(yīng)后結(jié)構(gòu)致密，不收縮，抗水沖刷能力強(qiáng)。地聚合物注漿的簡要施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→布孔鉆孔→制漿→注漿與封孔清洗保潔→開放交通。地聚合物注漿材料具體控制指標(biāo)見表2所示[4]。（3）針對(duì)水泥板塊裂縫較寬、崩邊較寬（寬度＞3cm、深度＞5cm）或坑槽較大（直徑＞20cm、深度＞5cm）的路表缺陷，通過清理縫砂，采用快凝混凝土進(jìn)行修復(fù)（見圖5），提高破碎板的厚度均質(zhì)化，改善缺陷位置四周荷載傳荷能力，防止加鋪后形成反射裂縫。（4）換板處治。對(duì)于微裂均質(zhì)化處治后的水泥板塊，經(jīng)多次注漿加固不能滿足設(shè)計(jì)要求或仍存在小板塊活動(dòng)、翻漿、破碎板等情況，需采取換板處治。如舊路路床存在濕軟、沉陷病害，可將路床濕軟部分填料挖除，將挖除的舊水泥混凝土面板破碎后回填，采用強(qiáng)夯機(jī)夯實(shí)，再將挖除的水泥穩(wěn)定碎石填料回填，并用強(qiáng)夯機(jī)進(jìn)行夯實(shí)。回填密實(shí)效果以夯沉量進(jìn)行質(zhì)量控制。（5）舊路綜合處治滿足質(zhì)量要求后，加鋪面層。

4設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析

4.1路面設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)龍巖市公路局提供的連續(xù)觀測站交通量年度統(tǒng)計(jì)報(bào)表，設(shè)計(jì)使用年限為12年，年平均增長率取10%。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，方向系數(shù)取0.55，初始年設(shè)計(jì)車道日平均當(dāng)量軸次2001輛/d，根據(jù)瀝青規(guī)范規(guī)定[5]，項(xiàng)目為改建設(shè)計(jì)項(xiàng)目，應(yīng)采用水平一確定車道系數(shù)、車輛類型分布系數(shù)，根據(jù)規(guī)范[4]確定該設(shè)計(jì)公路為TTC2類，再根據(jù)公式：Ne=（1+γ）t-!"1×365γN1（1）式中：Ne為設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)設(shè)計(jì)車道上的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)，次；t為設(shè)計(jì)使用年限，a，γ為設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)交通量的年平均增長率，N1為初始年設(shè)計(jì)車道日平均當(dāng)量軸次，（輛/d）。計(jì)算得出的軸載累計(jì)作用次數(shù)為1.5619×107次，交通等級(jí)屬于重交通。通過HPDS2017公路路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)得到原路面當(dāng)量回彈模量875MPa[2,5]。采用路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序計(jì)算加鋪瀝青面層厚度。設(shè)計(jì)軸載為100kN，地區(qū)公路自然區(qū)劃為Ⅳ，面層最大溫度梯度為89℃/m，混凝土線膨脹系數(shù)為10×10-6/℃，舊混凝土面層厚度為24cm，舊混凝土面層板長度為5.0m，舊混凝土彎拉強(qiáng)度為4.0MPa，舊混凝土彈性模量為29000MPa，舊混凝土材料疲勞指數(shù)為0.057，舊面層接縫應(yīng)力折減系數(shù)為0.89，舊基層頂面當(dāng)量回彈模量為120MPa。根據(jù)計(jì)算，得出計(jì)算結(jié)果見表3。4.2設(shè)計(jì)方案。既有路面裂縫較多，為減緩反射裂縫，綜合權(quán)衡各方面因素并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，原設(shè)計(jì)方案（見圖6）為綜合處理合格后既有面層（既有面層修復(fù)結(jié)構(gòu)圖見圖7）機(jī)械繞刨舊水泥混凝土路面并打毛清洗+2.0cmSTRATA應(yīng)力吸收層+0.5kg/m2改性乳化瀝青黏層+8cm厚AC-20C型中粒式SBS改性瀝青混凝土+0.5kg/m2改性乳化瀝青黏層+4cm厚AC-13C細(xì)粒式SBS改性瀝青混凝土面層。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案采用微裂均質(zhì)處治技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)后路面整體承載力損失小，能有效防止反射裂縫，可作為新基層。路面結(jié)構(gòu)為既有混凝土路面微裂均質(zhì)化處治后+水泥混凝土路面板拉毛+1cm橡膠瀝青碎石封層+0.5kg/m2改性乳化瀝青黏層+6cm厚AC-20C型中粒式SBS改性瀝青混凝土+0.5kg/m2改性乳化瀝青黏層+4cm厚AC-13C細(xì)粒式SBS改性瀝青混凝土面層（見圖8）。4.3設(shè)計(jì)對(duì)比。（1）技術(shù)對(duì)比分析。“白改黑”原方案為道路狀況不良段挖除重建后，對(duì)舊水泥路面裂縫、接縫位置進(jìn)行灌縫處治，再加鋪應(yīng)力吸收層及瀝青面層，是一種剛?cè)釓?fù)合式路面。水泥混凝土板具有強(qiáng)度高、剛度大、溫度敏感性小，材料模量相對(duì)比較穩(wěn)定，屬脆性材料。而瀝青面層材料模量小，溫度敏感性大，材料模量隨溫度變化，呈現(xiàn)明顯的黏彈-塑性。兩種材料模量差異較大，在車輛荷載及溫度應(yīng)力作用下，易出現(xiàn)反射裂縫，需對(duì)舊水泥混凝土面板進(jìn)行預(yù)防反射裂縫處理后，再加鋪瀝青面層，但是此處理也只能延緩反射裂縫出現(xiàn)的時(shí)間或年限，不能從根本上解決問題。優(yōu)化方案對(duì)舊水泥混凝土面板進(jìn)行微裂均質(zhì)化處治，可克服加鋪層反射裂縫，對(duì)舊路面病害處治較全面，無需對(duì)老路進(jìn)行大填大挖，處理后可直接做基層，避免材料的浪費(fèi)，施工周期較短，施工粉塵少，較環(huán)保。（2）經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析見表4，表5。由以上結(jié)果可知：K350+900～K351+900段舊水泥混凝土路面“白改黑”段項(xiàng)目，從造價(jià)上看原設(shè)計(jì)方案比新優(yōu)化方案造價(jià)約高6.9萬元，并且由于新設(shè)計(jì)方案對(duì)舊路處治更為全面，且減薄了2cm下面層厚度，施工基本無粉塵，施工振動(dòng)影響小，綠色環(huán)保，同時(shí)施工交通影響小（微裂施工后可立即開放交通，地聚合物注漿施6h后可開放交通），可節(jié)省臨時(shí)保通設(shè)施工程費(fèi)，且微裂均質(zhì)化施工設(shè)備為國產(chǎn)化設(shè)備，可根據(jù)施工組織需求隨時(shí)增加設(shè)備、人員投入，施工工期有保證。原設(shè)計(jì)方案中挖除重建方案對(duì)施工和交通組織要求較高，且施工過程中產(chǎn)生白色污染，施工周期長，全壽命周期經(jīng)濟(jì)性一般。

5結(jié)語

通過對(duì)國道“白改黑”微裂均質(zhì)化技術(shù)的設(shè)計(jì)方案，在技術(shù)特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)性等與原方案方面進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，微裂均質(zhì)化技術(shù)可充分利用舊水泥路面殘余強(qiáng)度，防止反射裂縫處治較徹底，可不加鋪補(bǔ)強(qiáng)層，且道路使用壽命長，既有路面標(biāo)高受限影響小，相對(duì)于其他處治方案，優(yōu)勢明顯。微裂均質(zhì)化處治方案值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范：JTGD40—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范：JTGD50—2006[S].北京：人民交通出版社，2006.

[3]公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范：JTGF40—2004.[S].北京：人民交通出版社，2004.

[4]王都興.舊水泥混凝土路面微裂均質(zhì)化處治與加鋪技術(shù)[D].西安：長安大學(xué)，2019.

[5]公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范：JTGD50—2017.[S].北京：人民交通出版社，2017.

作者:吳蕊 單位:龍巖交通建設(shè)集團(tuán)有限公司