旧水泥混凝土路面的改造技术分析

2022-09-11

水泥混凝土路面具有刚度大、强度高、使用耐久和日常养护工作量小的优点。然而, 由于水泥混凝土的脆性性质和体积敏感性, 这种路面需设置各种接缝, 并对超载敏感, 决定了水泥混凝土路面的行车舒适性较沥青混凝土路面差、水泥混凝土路面对超载更容易引起破损、修复十分困难等缺点。目前, 我国现有的水泥混凝土路面, 有相当一部分已接近或超过设计年限, 有的虽未达到设计年限, 但由于交通量剧增, 汽车轴载日益重型化及设计、施工等方面的原因, 导致路面损坏、使用品质下降等情况, 影响了道路的使用功能, 急需改造、修复路况。现今国内外旧水泥路面改造工程中应用最多的方法是加铺沥青混凝土面层。

1 水泥混凝土路面损坏类型及起因

1.1 按结构性能分为两大类

(1) 结构性损坏:严重裂缝 (断板) 、沉陷、错台、碎裂、拱起、脱空。

(2) 非结构性损坏:轻微裂缝、露骨、麻面、剥落、磨光、接缝材料损坏、孔洞、坑槽。

1.2 按损坏形式分为四大类

(1) 裂缝类:横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、交叉裂缝、板角断裂。

(2) 变形类:沉陷、胀起。

(3) 接缝损坏类:接缝碎裂、填缝料损坏、接缝张开、板角断裂。

(4) 表面损坏:裂纹、网裂、起皮、磨损、露骨、活性集料反应、坑槽、孔洞、磨光。

1.3 对于混凝土板面裂缝, 可分为表面裂缝和贯穿裂缝

混凝土表面裂缝主要是混凝土混合料的早期过.陕失水干缩和碳化收缩引起的。混凝土混合料是一种多项不均匀材料, 构成混合料的各种固体颗粒大小、密度不同从而不可避免地会发生分层离析, 即重颗粒下沉, 水份上移, 产生表面泌水。当混合料表面水的蒸发速度比泌水速度快时, 水的蒸发就会深入到混合料表面之内, 水面形成凹面。由于表面凹面较凸面所受压力大, 同时固体颗粒间产生毛细管张力, 促使颗粒凝聚。当混凝土表面尚未充分硬化, 不能抵抗这一张力时, 就会发生裂缝。

2 旧水泥混凝土路面改造方法

与沥青路面相比, 水泥混凝土路面的修复比较困难, 可采用的改造方法有3种:加铺沥青混凝土面层、加铺新水泥混凝土面层和清除重铺法。

(1) 加铺沥青混凝土面层法, 是对现有混凝土路面进行病害处治后采用沥青混凝土面层作为加铺层的改造技术。该方法能较好地改善旧混凝土路面的使用性能, 同时充分利用旧混凝土路面已有的承载能力, 沥青混凝土面层具有平整度好、摩阻系数高、行车舒适等优点, 而且对交通和环境影响较小。

(2) 加铺新水泥混凝土面层法, 是对原混凝土路面进行病害处治后采用水泥混凝土面层作为加铺层的改造技术。该方法加铺混凝土厚度一般较厚, 造价较高, 施工周期较长, 对于水泥混凝土路面存在的易产生裂缝、易渗水、行车噪音大、舒适性相对较差以及养护维修难度大、养护费用高等问题仍未解决。

(3) 清除重铺法是破碎并清运原有水泥混凝土路面, 对原基层夯实处理或加铺新的基层, 甚至可以重新处理路基, 再重新铺筑新的水泥混凝土或沥青混凝土路面的改造技术, 相当于新建路面工程。该方法工程量大, 造价较高, 周期较长, 对交通影响较大, 关键是大量破碎的混凝土废料难以处理, 对环境影响较大。少量实施可以, 大规模实施不值得提倡。

由于以上方法各自优缺点比较明显, 因此在旧路面上加铺沥青混凝上面层, 是目前我国旧水泥混凝土路面改造的主要措施之一。

3 加铺沥青混凝土面层改造技术

采用沥青混凝土面层作为旧路面的加铺层是一种典型的补强方法, 这种形式的路面结构能吸收两种材料的优点:即旧水泥混凝土提供了稳定、坚实的基层, 沥青混凝土路面提供了一个摩阻系数较高、平整度好的面层, 可大大改善路面的使用性能, 提高路面的的使用寿命。

3.1 加铺前对旧水泥混凝土路面的病害处治

(1) 在旧水泥混凝土路面加铺改造前, 应根据《公路水泥混凝土路面养护技术规范》, 对旧路损坏状况进行客观真实的评价, 分析不同路段的病害状况差异, 以便为维修决策提供可靠的依据。

(2) 水泥混凝土路面病害种类较多, 对旧路病害的处治效果直接关系到改造后道路的使用质量和使用寿命, 因此必须引起足够的重视。

对于面板裂缝可采用压注灌浆法、扩缝灌浆法、直接灌浆法和条带罩面法等方法进行修补;对于板边、板角破损较深和较宽的路面, 先凿除损坏部分成规则的垂直面, 保留原有钢筋, 然后浇注同标号混凝土;对发生错台或板块网状开裂路面, 应首先考虑是路基质量出现问题, 必须将整个板全部凿除, 重新夯实路基及基层, 浇注同标号混凝土;对于板块脱空、桥头沉陷、板的不均匀沉陷及弯沉较大的部位, 钻穿板块, 然后用水泥浆高压灌注处理。

对于旧路面损坏程度相对较重的, 比如连续大面积的板块破碎、沉陷、脱空、活动等一般都将旧路面板碎石化处理后作为底基层或垫层, 其上设置基层, 然后铺筑面层。如果旧路面基层破坏较为严重甚至路基也有破坏的, 则应将旧路面板块挖除, 对路基进行换填等处治后, 根据实际情况铺筑底基层和基层, 然后铺筑面层。

3.2 防止反射裂缝

由于旧水泥混凝土路面上沥青混凝土加铺层的主要破坏形式是反射裂缝, 即车辆行驶经过不连续的板块时, 沥青混凝土加铺层中由于裂缝两相邻板块产生竖向位移差, 而出现较大剪切应力, 这种剪切应力是使沥青混凝土加铺层产生荷载型反射裂缝最主要的原因, 另外l由于路面暴露在大气中, 受气温周期性变化的影响, 沥青加铺层和旧路面板都会缩胀, 并产生温度应力。由于旧水泥混凝土路面的应力在接缝处不连续, 因此沥青加铺层同时承受它本身以及旧路面所产生的温度应力, 特别是冬季气温较低时沥青混凝土加铺层会因为与接缝对应处的应力过大而产生开裂, 形成温度型反射裂缝。为了减少和延缓反射裂缝的产生, 这就要求加铺层的沥青混凝土本身具有较高的低温抗变形能力和抗拉抗剪性能, 同时又不能过分地降低沥青混合料高温稳定性, 改性沥青玛蹄脂碎石混合料 (SMA) ~I是较好的选择。除了采用较好的沥青混合料的同时, 还应对原水泥混凝土面板之间的纵缝、横缝、胀缝以及裂缝进行处理, 就目前而言, 可以选择的材料有改性沥青油毡和玻璃纤维土工格栅, 二者对消散水平向应变和传递竖向荷载能起到一定的作用, 延缓反射裂缝的产生。对于面板破损较为严重的路段, 还应考虑在混凝土面板上铺设二灰碎石基层或水泥稳定级配碎石基层, 作为应力消散层。