1、水泥混凝土路面幾種常用修復(fù)方法作者：姜 藝 李 碩摘要：在車輛荷載、氣溫、雨雪等多種因素的共同作用下，水泥混凝土路面將不可避免地出現(xiàn)不同程度的損毀，該文介紹幾種在美國常用的修復(fù)水泥混凝土路面的方法，這些方法包括混凝土路面慘復(fù)(Concrete Pavement Restoration)、砸裂和固定(Cracking and Seating)(常譯為破碎和固定)、混凝土破碎(Rubblizing)以及鋸縫和填縫(Sawing and Sealing)。這些方法和技術(shù)的應(yīng)用，取決于設(shè)計者和決策者對多種因素的綜合考慮。這些因素包括路況、交通量、費用和施工力量等，尤其需要強調(diào)的是，施工質(zhì)量是保證任何路

2、面修復(fù)方法效果的關(guān)鍵，應(yīng)該予以高度重視至20世紀(jì)60年代末，美國基本上完成了龐大的國家公路系統(tǒng)建設(shè)。美國現(xiàn)有約130萬km的州管公路和4 700萬km的地方公路，現(xiàn)在很少建造新公路，但是每年卻需要花費大量的資金用以維修現(xiàn)有公路。與美國不同的是，中國的公路建設(shè)正方興未艾，尤其是高速公路的建設(shè)，可謂是突飛猛進。隨著時間的推移，這些公路的路面遲早會由于老化和損毀而需要修復(fù)。由于美國在公路維修方面積累了較豐富的經(jīng)驗，本文主要介紹幾種在美國常用的修復(fù)水泥混凝土路面的方法，以期對中國的公路維修有所借鑒和幫助。 在車輛荷載、氣溫、雨雪等多種因素的共同作用下，隨著公路的使用年限增長，水泥混凝土路面將不可避免地

3、出現(xiàn)不同程度的損毀。如何修復(fù)被損毀的水泥路面，取決于路況、損毀原因、交通量、經(jīng)費以及設(shè)計者對路面各方面的綜合考慮。最常用的修復(fù)方法有以下幾種： (1)混凝土路面修復(fù)(Concrete Pavement Restoration)。此技術(shù)主要用于對水泥混凝土路面的局部維修。原路面的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)基本完好，但有局部路面板裂縫，伸縮縫損壞，或路面摩擦系數(shù)偏低等損毀。 (2)砸裂和固定(Cracking and Seating)。亦被譯成“破碎和固定”，此方法用于在舊水泥混凝土路面上加鋪一層瀝青混凝土面層。其步驟是先將水泥路面板橫向等距離砸裂并壓實，然后加鋪瀝青路面。砸裂和固定法的目的是避免或減少瀝青路面的

4、反射裂縫。 (3)混凝土破碎(Rubblizing)。此方法將舊水泥混凝土路面板擊碎成一定尺寸的混凝土塊，以形成類似于礫石基層的水泥塊基層。在此基層上加鋪水泥或瀝青混凝土面層。此方法可根除瀝青混凝土面層的反射裂縫。 (4)鋸縫和填縫(Sawing and Sealing)。此方法先在舊水泥混凝土面層上加鋪瀝青混凝土面層，然后沿水泥板接縫處將瀝青面層鋸縫并填縫。這是為了將反射裂縫固定在鋸縫下面。由于鋸縫已被填充，可防止水分沿縫進入路面結(jié)構(gòu)引起路面受損。 1 混凝土路面修復(fù) 水泥混凝土由于施工不當(dāng)、重復(fù)荷載、氣候影響及材料老化等諸方面原因，導(dǎo)致路面局部破損，此時應(yīng)該進行及時修補，以防破損的進一步蔓

5、延，從而起到延長路面壽命的作用。混凝土路面修復(fù)包括多種混凝土路面的局部修復(fù)方法。本文僅簡單介紹其中3種。這類維修方法適宜用于整體結(jié)構(gòu)尚好但有局部損毀的混凝土路面。 (1)灌漿加固(Slab Stabilization或Underseal)。將氧化瀝青或水泥漿注入基層以填充混凝土板下空隙并重建路面板的均勻整體強度。加固前首先要確定基層的空隙所在位置，然后鉆孔和灌漿。路面基層的空隙通常位于路面的伸縮縫及邊角附近。對混凝土路面的彎沉測試是常用的確定面層下面是否有空隙的方法。混凝土板的錯臺和邊角破損也常意味著板下有空隙。另外，伸縮縫附近路面上若常有水跡和泥痕，也表明水泥板下有縫隙而需灌漿加固。 灌漿加

6、固鉆孔時必須掌握鉆頭對水泥路面板的壓力，壓力過大將會導(dǎo)致水泥板底部破損。灌漿時也需掌握壓力泵的壓力以控制灌漿速度。灌漿速度一般在55Lmin左右為宜。灌漿加固的位置通常在接縫兩邊對稱處。圖1顯示一常用的車道上灌漿位置尺寸圖。 (2)碎裂修補(Patch)。碎裂修補包括板體全深度修補(Full Depth Patch)和部分深度修補(PartialDepth Patch)。全深度碎裂修補用于修補比較嚴(yán)重的板體破損，而部分深度破碎修補則用于修補較淺的板體表層損壞。全深度碎裂修補的板體和現(xiàn)有混凝土板體之間裝有傳力桿。研究(Jiang and McDaniel 1993)發(fā)現(xiàn)全深度碎裂修補能比較有效和

7、持久地改善路況。而部分深度修補的路面只能維持一年左右，許多修補處就出現(xiàn)損毀。其原因應(yīng)歸于修補處混凝土與舊板體的不連續(xù)性而引起的應(yīng)力集中。因此研究者建議慎用或不用部分深度修補，而均以全深度修補取而代之。 Jiang和McDaniel(1993)還采用和評估了如圖2所示的倒T形全深度碎裂修補。這種方法除了將損毀的板體及其下面的基層清除外，還將鄰接板體下的一部分基層清除。然后在被清除的地方灌注水泥混凝土。這種修補不需傳力桿。實際使用表明這種修補效果甚佳，具有很好的持久性和板體間的傳載性。 (3)金剛石研磨(Diamond Grinding)。金剛石研磨用于修復(fù)路面平整度、消除錯臺、增加摩擦系數(shù)及修正

8、路拱橫向坡度。圖3是運行中的金剛石研磨機的照片。這種技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)狀況較好但平整度和摩擦系數(shù)較差的路面。它的效果好壞很大程度上取決于研磨機的設(shè)備質(zhì)量及對設(shè)備的操作。適當(dāng)?shù)牟僮骷皩\行的嚴(yán)格監(jiān)控對路面修整后的質(zhì)量至關(guān)重要。Jiang和McDaniel(1993)所做的觀測表明金剛石研磨后的路面的平整度和摩擦系數(shù)都得到了顯著的改善。他們還發(fā)現(xiàn)改善后的路面平整度能保持很多年。但是，摩擦系數(shù)的改善卻只能保持67年。 2砸裂和固定 如前所注，Cracking and seating可被譯成“破碎和固定”，但本文作者認為其中的“破碎”譯意不盡貼切，應(yīng)譯為“砸裂和固定”為好。當(dāng)水泥混凝土路況破損到一定程度時

9、，局部修復(fù)就不再有效。為此，有必要在水泥混凝土路面上加鋪一層瀝青混凝土面層。然而，若不對原面層做適當(dāng)處理，新面層就不可避免地要出現(xiàn)反射裂縫。破碎和固定是一種既能有效地控制罩面層反射裂縫，又能利用被覆蓋的混凝土板體承載能力的一種方法。它是先將混凝土路面板隔一定距離沿橫向砸裂，再將砸裂的混凝土板壓實，然后在這樣處理后的路面上加鋪瀝青混凝土面層。砸裂和固定的目的是將混凝土板的縱向長度大大縮小，以大幅度地減少由溫度變化所引起的板體的水平位移，從而達到削弱和減少加鋪層的反射裂縫。圖4是用以將路面板砸裂的機械錘。每次所砸橫向裂紋應(yīng)該貫穿于整個車道寬度。裂紋和裂紋之間的距離一般是3045 cm。水泥板砸裂的

10、要領(lǐng)是板體裂而不分。裂是為了保證每小塊板體有獨立的溫度水平位移。不分是指被砸裂處不能有明顯縫隙，亦即板塊之間仍要保留嵌接。這樣才能保持和利用水泥混凝土路面原來所具有的大部分結(jié)構(gòu)強度。要達到板體的裂而不分，就必須將砸裂錘的力度控制適當(dāng)。砸裂所需的力度取決于水泥板的厚度和強度，不能一概而論，必須在施工前于現(xiàn)場經(jīng)過反復(fù)測試而定。 水泥板在砸裂過程中會產(chǎn)生相對于基層的輕微轉(zhuǎn)動，從而破壞水泥板和基層之間的接觸。所以砸裂后要進行壓實和固定以重新建立基層和板之間的均勻而緊密的接觸和支承。固定就是用重型壓路機械或滿載的卡車對砸裂后的路面壓實。對路面板固定壓實后，還要將路面上在砸裂過程中所產(chǎn)生的混凝土碎屑清除干

11、凈。碎屑清除干凈后，再噴灑一層液體瀝青，即可加鋪瀝青混凝土面層。砸裂和固定方法已經(jīng)在美國廣泛使用多年，效果良好。 通過對試驗路的系統(tǒng)觀察、測試和分析，Jiang和MC.Daniel(1994)發(fā)現(xiàn)這種方法對防止和減少加鋪面層的反射裂縫非常有效。與未經(jīng)砸裂和固定的路段相比，經(jīng)過砸裂和固定處理的路段的罩面上的反射裂縫晚許多年才出現(xiàn)。即使出現(xiàn)反射裂縫，其數(shù)量也減少甚多，而且縫隙寬度也都很小。Rajagopal等人(2004)比較了未經(jīng)砸裂和固定的控制路段和經(jīng)過砸裂和固定的試驗路段，觀察到在24年間控制路段加鋪層上80以上的接縫處出現(xiàn)了反射裂縫，而長達9年之后試驗路段的加鋪層上還基本上無反射裂縫。經(jīng)過

12、數(shù)年的觀測，兩者相比，經(jīng)過砸裂和固定的加鋪面層的路況遠遠優(yōu)于普通加鋪面層，從而大大提高了加鋪面層的使用壽命。 3混凝土破碎 此方法是將舊水泥混凝土路面板擊碎成一定尺寸的混凝土塊，以形成類似于礫石基層的水泥塊基層。在此基層上可加鋪水泥或瀝青混凝土面層。混凝土破碎法和砸裂和固定法的相似之處是二者都屬破裂方法，但不同之處是混凝土破碎法是將板塊完全打碎。因此，這樣處理后的混凝土已不具備板塊的整體強度。然而，破碎后的小尺寸水泥塊可做為高質(zhì)量的基層材料。混凝土破碎應(yīng)該用于板體損毀較嚴(yán)重和整體強度喪失較大的混凝土路面上。因為破碎后的混凝土已不存在板塊的溫度水平位移，所以此方法可根除加鋪面層的反射裂縫。圖5為

13、運行中的混凝土破碎機和已被打碎的混凝土。對破碎后的混凝土必須進行嚴(yán)格的壓實以使其形成穩(wěn)固的基層(圖6)。 Decker等人(2006)對混凝土破碎技術(shù)在美國的實踐進行了回顧和總結(jié)，并提出了加鋪層厚度的估算方法。他們在報告中介紹了混凝土破碎技術(shù)在公路和機場路面的應(yīng)用方法和設(shè)備。實踐表明這一方法在美國各州的應(yīng)用比較成功。 4鋸縫和填縫 鋸縫和填縫不同于上述兩種破裂方法，它不破壞原混凝土面層板的整體結(jié)構(gòu)。此方法在舊水泥混凝土面層上加鋪瀝青混凝土面層。然后沿水泥板接縫處將瀝青面層鋸縫并填縫。這是為了將反射裂縫固定在鋸縫下面而不在表面出理。由于對鋸縫填縫，可防止水分沿縫進入路面結(jié)構(gòu)弓I起路面受損。圖7是

14、一個鋸縫和填縫設(shè)計示例。根據(jù)圖中尺寸，這一方法被成功地應(yīng)用于印第安那州內(nèi)的80號州際高速公路。圖8是一張80號州際高速公路上瀝青加鋪層填好的鋸縫的照片。此路段是雙向六車道，平均交通量高達14萬輛日，其中有一半以上是重型卡車。在這種高交通量和多重型車的條件下，瀝青加鋪面層經(jīng)過多年后幾乎未出現(xiàn)反射裂縫(Jiang 1992)。鋸縫和填縫技術(shù)在80號州際高速公路上應(yīng)用的效果之好出乎意料，令人驚奇。 然而，之后印第安那州把這種方法應(yīng)用于其他幾個路段時卻出現(xiàn)了問題。許多反射裂縫出現(xiàn)在距鋸縫23cm處，經(jīng)過采樣，發(fā)現(xiàn)反射裂縫旁邊的鋸縫的位置并不在原混凝土板接縫的正上方，而是有幾厘米的錯位(Jiang an

15、d Nantung 2003)。顯而易見，這些問題不是鋸縫和填縫方法本身所應(yīng)起的，而是施工質(zhì)量所致。所以，要達到鋸縫和填縫法的預(yù)期效果，務(wù)必要保證鋸縫的位置在混凝土板接縫的正上方，不可有半點錯位。 5 總結(jié) 幾種常用的修復(fù)水泥混凝土路面的方法和技術(shù)中，混凝土路面修復(fù)技術(shù)應(yīng)該用于對混凝土路面的局部破損的修復(fù)。這就要求混凝土路面的整體狀況比較好。砸裂和固定、混凝土破碎兩方法都屬將混凝土板體破裂后再加鋪瀝青面層的方法。但前者仍可利用原路面板的大部分整體強度，后者則用破碎后的水泥塊形成新的基層。理論上講，砸裂和固定所需的瀝青混凝土加鋪層的厚度可小于混凝土破碎所需的加鋪層厚度。鋸縫和填縫技術(shù)則完全保存原水泥板的整體強度。因此，在加鋪瀝青面層之前，對原路面的損毀應(yīng)該進行認真修補。 這些方法和技術(shù)的應(yīng)用，取決于設(shè)計者和決策者對多種因素的綜合考慮，這些因素包括路況、交通量、費用和施工力量等。有些方法還需要專門的施工設(shè)