公路水泥砼路面损坏原因分析与修复方案探讨

1、前言
　　我局管养的水泥砼路面，大部分是上世纪九十年代初期“先行工程”建设时期铺筑的，其路面厚度基本为：15cm厚水泥稳定碎石+22cm水泥砼面层，在此之前水泥砼路面相对较少。“先行工程”建设时期，有资质符合水泥砼路面施工技术要求的施工队伍不多，由于工程量比较集中，工程技术管理人员有限，工程施工监理不够建全，加上“五年任务三年完成”工期较紧，因此，在工程施工中难免存在一些隐患。“先行工程”完成后，交通环境得到较好的改善，交通量迅速提高，大吨位、超重、超限车辆不断增加，原来铺设的水泥砼路面承受不了大吨位超重型车辆的行驶，路面严重损坏。2004年我局对损坏的水泥砼路面进行全面重铺，到目前为止已完成水泥砼路面重铺600多公里。
　　2、水泥砼路面主要病害
　　在砼路面重铺前对路面损坏进行了前面的调查，通过汇总、分析，水泥砼路面主要损坏有：局部路基沉陷、面板破碎、松动拌有唧泥、面板断裂、特别是板角断裂十分普遍、横缝错台在0.6~1.0cm之间、缝内填缝料老化、剥落、损坏，大部分缝被泥砂塞满、纵缝开裂在1.0~1.5cm之间，最宽达3.0cm，缝被泥砂塞满且边角碎裂、剥落；板底脱空拌有唧泥。
　　3、水泥砼路面坏损原因分析
　　引起水泥砼路面损坏的因素很多，有环境因素、自然因素、人为因素和工程内在因素等，根据调查分析，其主要因素有：
　　（1）设计资料不完善。原路面设计统一采用中等级交通设计，路面结构两层，特别是填方路段也无设置垫层，其厚度为：15cm水泥稳定碎石+22cm水泥砼面层，采用C30水泥砼。
　　（2） 对交通发展估计不足，公路投入使用后，交通量速增加，在公路使用3~5年内车辆密度就达到设计中后期的交通量，特别是近几年超重、超限车辆不断增加，更加速了砼路面损坏速度。
　　（3）许多路段都是在原有老路的条件下，进行拓宽改造，新老路基沉降不一，交界处处理不彻底，加上许多路段又是边施工边通车，给工程留下不可消除的隐患。
　　（4）填方路段路基密实度不足，水泥砼路面复盖过早，通车后路基产生不均匀沉降。
　　（5）防护措施不到位，排水设施不完善，隐患处理不彻底。
　　（6） 水泥砼路面维修难度较大，维修时对交通环境有一定影响，因此，对损坏路面修复比较不及时，加上养护相对比较不到位（如：伸缩缝的清灌养护、脱空板养护等），加速和扩大水泥砼路面的破坏。
　　4、 水泥砼路面修复方案
　　目前国内外对水泥砼路面修复的对策主要有以下几种：（1）破板挖除修复（对原路面进行翻修）、（2）加铺水泥砼路面面层、（3）加铺沥青砼面层。笔者以我局对国道205线2329K+594~2440K+500采用加铺水泥砼路面面层，国道205线2472K+300~2476K+600采用加铺沥青砼面层为例，介绍水泥砼路面的两种修复方案：
　　4.1 加铺水泥砼路面面层（白+白）方案
　　4.1.1 原路面概况：
　　该路段原路面损坏严重，主要是破碎板40%左右、面板下沉、断角、板块错台、板底脱空且唧泥，对破损板块进行开槽检查，路基填土密实度不足，填筑材料不均匀，路面无垫层结构，仅有15cm稳定碎石+22cm水砼面层，路基土潮湿。根据路面损坏程度和路基密实度情况，修复方案采用加铺水泥砼路面面层（白+白）方案。
　　4.1.2 设计依据与技术标准
　　（1） 设计依据：设计依据JTG D40—2002《公路水泥砼路面设计规范》、JTG F30—2003）《公路水泥砼路面施工技术规范》等进行设计；
　　（2） 设计标准：按二级公路双车道全幅铺设，平曲线按原设计不变，纵坡可根据路面结构最小结构层厚度和桥面标高控制要求做适当调整，但应满足该路段技术等级要求，原有弯道超高达不到该路段设计标准的，应按标准调整到位，路拱横坡度为1.5%。
　　4.1.3 设计主要参数与交通等级
　　（1） 设计主要参数： 水泥砼路面设计以100KN单轴—双轮组荷载作为标准轴载（BZZ—100），设计年限20年，砼抗弯拉强度为5MPa，弯拉弹性模量31MPa。5%水泥稳定层碎石隔离层七天浸水无侧限抗压强度≥3MPa，抗压模量≥500MPa。
　　（2） 交通等级：设计交通等级为重交通，
　　4.1.4 路面结构设计
　　通过对改造路段的路况调查、交通量及其构成、重型车辆等情况进行分析，其路面结构设计为：
　　（1）原有水泥砼面板用冲击压实破碎机进行冲击破碎振动压实，作为路面底基层使用；
　　（2）路线纵坡需要调整的采用5%水泥稳定碎石进行调整；
　　（3）面层采用15cm厚5%水泥稳定碎石+25cm厚C35水泥砼；
　　4.1.5 施工要求
　　（1） 在地下水位较高路段，必须降低地下水位或设置透水隔离层；
　　（2） 原路面采用冲击破碎机进行冲击破碎振动压实，其击碎后碎块最大尺寸≥30厘米，压实度≥98%，作为路面底基层使用；
　　（3） 冲击压实后如出现下沉，用5%水泥稳定碎石，分层滩铺碾压到设计标高；如出现弹簧路，应挖除换填水稳定好的材料（砂、碎石等），然后再铺15cm厚5%的水泥稳定碎石层；
　　（4） 路面所用材料（水泥、砂、碎石等）应满足《公路水泥砼路面施工技术规范》第31--310条的要求；
　　（5） 严格按《公路水泥砼路面施工技术规范》和《公路路面基层施工技术规范》进行施工；
　　（6） 砼面板应加外掺减水剂[我局近几年都统一使用江苏徐州超力建筑材料有限公司生产的CNF—III（引气缓凝高效减水剂），按水泥用量的0.8~1%]，并准确控制外掺剂的用量；
　　（7） 遇到桥梁时，应将桥两头降低后铺上路面，新铺路面与板桥、梁桥桥面衔处应做好搭板和伸缩缝的恢复，不得将新路面复盖在桥面上，以免使桥梁受力加重而造成损坏。
　　4.2 加铺沥青砼面层（白+黑）方案
　　4.2.1 原路面概况
　　该路段原路面破损较严重，主要是破碎板、断板、断角、板块错台、板底脱空且唧泥、伸缩缝堵塞、纵缝开裂且边角碎裂、剥落。通过对破碎板开挖检查，路面无垫层结构，仅有15cm稳定碎石+22cm面层，路基填料较好，密实度较高≥97%，且周边排水较好，路基干燥，修复方案采用加铺沥青砼面层（白+黑）方案。
　　4.2.2 设计依据与技术标准
　　（1） 设计依据：设计依据DBJ 13-54-2003《改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）施工技术规程》、JTJ D50-2006《公路沥青路面设计规范》、JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》、JTJ 036-98《公路改性沥青路面施工技术规范》进行设计。
　　（2） 按二级公路双车道全幅铺设，纵坡、平曲线按原设计不变，原有弯道超高达不到该路段设计标准的，按设计标准调整到位，路拱横坡度为1.5%。
　　4.2.3 路面设计厚度
　　通过对改造路段路况调查、交通量及其构成、重型车辆等情况进行分析，参考相应公路已经铺设好的沥青砼路面设计方案，其路面结构采用：7cm厚AC-25 I型粗粒式沥青砼+4cm厚SMA-13细粒式改性沥青砼，改性沥青用量6.2%，纤维稳定剂用量为混合料总质量的0.3%。
　　4.2.4 材料要求
　　（1） 基质沥青：基质沥青的质量及技术指标应满足下表1要求（本设计采用壳牌AH—70作为基质沥青，改性剂采用岳阳石化厂791H牌线型SBS）：

基质沥青技术指标表 （表1）

技术指标	控制指标
针入度25℃, 5s，100g (0.1mm)	≥40
针入度指数PI值	+0.2
延度5℃, 5cm/min(cm)	≥30
软化点℃	≥60
软化点TR＆B (℃)	≤65
运动粘度155℃ (pa.s)	≤3
闪点 (℃)	≥230
溶解度 (%)	≥99.5
离析,软化点 (℃)	≤2.0
弹性恢复25℃ (%)	≥70
RTFOT后残留物	质量损失 (%)	≤1.0
针入度比25℃ (%)	≥65
延度5℃ (cm)	≥20

　　（2） 粗集料：采用质地致密、坚硬、耐耐磨的花岗岩、武岩、辉绿岩等加工而成的碎石（本设计下面层采用花岗岩，上面层采用辉绿岩），其各项质量指标应满足下表2要求：

　　 粗集料质量指标表 （表2）

技术项目	单位	AC技术指标	SMA技术指标
视密度	g/cm3	≥2.55	≥2.6
吸水率	%	≤2.0	≤2.0
水洗法0075颗粒含量	%	≤1.0	≤1.0
软石含量	%	≤3.0	≤1.0
坚固性	%	≤12	≤12
扁平细长颗粒含量	%	≤15	≤15
洛杉矶杉矶磨耗值（LA）	%	≤28	≤28
磨光值	%	≥42	≥42
压碎值	%	≤26	≤25
与沥青粘附性	级	≥4	≥4
具有破碎面颗粒含量	一个以上破碎面	%	≥100	≥100
二个以上破碎面	%	≥90	≥90

　　
　　（3） 细集料：应干净、无杂质，与沥青有良好的粘结能力（本设计为天然砂），其颗粒级配应满足下表3要求：

　　 天然砂级配表 （表3）

方孔筛	通过下列筛孔（方孔筛mm）的质量百分比
4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
SMA天然砂	90~100	85~100	70~90	50~70	20~45	5~20	0~5
AC粗砂	90~100	65~95	35~65	15~30	5~20	0~10	0~5
AC中砂	90~100	75~90	50~90	30~60	8~30	0~10	0~5
AC细砂	90~100	85~100	75~100	60~84	15~45	0~10	0~5

　　
　　（4） 填料：采用石灰岩类的碱性岩石，经磨细得到的矿粉，其组合特性应满足下表4要求：

　　 矿粉组合特性表 （表4）

筛孔尺寸mm	通过率%
0.6	100
0.15	90~100
0.075	75~100
Gsa	-

　　（5） 纤维稳定剂：选用木质纤维素、矿物纤维素或合成纤维素，纤维应在250℃的干拌温度下不变质、不发脆，在混合料拌和过程中能分散均匀且环保，各项技术指标应满足下表5要求：　　

　　 纤维稳定剂技术指标表 （表5）

技术性能	25℃相对密度	150μm筛通过率	纤维长度mm	耐热性℃	吸水率(%)
SMA技术要求	1.1~1.4	60~80	≤6	250	≤5
技术性能	PH值	灰粉含量(%)	纤维长度mm	吸油率	吸水率(%)
AC技术要求	7.5±1.0	18±5	≤6	≥纤维质量的5倍	≤5

　　
　　4.2.5 施工要求：
　　(1) 地表水较丰富的路段应加深沟，地下水位较高的路段应降低地下水位，使路基常年处于干燥状态；
　　(2) 原路面损坏部分应进行全面、彻底修补后才能铺沥青砼面层；
　　(3) 纵缝、横缝、施工缝损坏部分应重新进行清灌缝；
　　(4) 原水泥砼路面局部用机械铣刨机铣刨找平，铣刨粉尘务必清洗彻底干净；
　　(5) 原路面接缝两侧120cm范围内刷1.0kg/cm2热溶重交沥青后贴宽100cm规格20*20mm土工格栅；
　　(6) 在铺设AC-25I沥青砼和SMＡ改性沥青砼面层之前，应在下一层表面均匀喷洒0.25~0.45kg/cm2改性沥青粘结层，保证上下层的良好粘结；
　　(7) SMA混合料的温度控制：
　　改性沥青加热温度: 170~180℃;
　　集料加热温度: 190~200℃;
　　混合料出料温度: 180~190℃,
　　混合料摊铺温度 : 170~185℃;
　　混合料碾压起始温度: 165~180℃;
　　混合料碾压终结温度: ≥135℃;
　　(9) 混合料出料温度大于195℃的应以废弃。
　　（10）SMA混合料摊铺碾压完成后应让其自然冷却，待混合料温度低于50℃后方可开放交通。
　　(11) 雨天禁止沥青砼路面的铺筑。
　　
　　5、 结语
　　
　　通过2年多的观测，两种不同的路面结构都没有发生病害，路基稳定，路面平整顺适，能满足设计重交通的要求。SMA改性沥青砼路面设计的各项技术指标和施工所采取的技术措施，为今后在水泥砼路面上加铺沥青路面提供较高的参考价值。