地方公路水泥混凝土路面加铺沥青面层(白改黑)设计及施工常见问题探讨

时间：2024-07-28

(广安市公路勘察设计院，四川广安 638000）

0 前言

广安市华蓥山脉石灰岩丰富，水泥生产企业较多，在2010年前后，较多的地方公路采用了水泥混凝土路面结构。随着国民经济的快速增长，公路运输业也进入了飞速发展时期，舒适、美观是新时期对地方公路提出的新要求。水泥混凝土路面由于反光强导致视觉效果差，板缝的存在导致舒适度差及易渗水，已经不再适合如今的交通需要，为了进一步提升公路的强度以及平整度，在公路表面加铺沥青层成为了既有水泥混凝土路面改造的主流。

1 “白改黑”的含义以及设计理念

“白改黑”就是指在原本的水泥混凝土路面加铺沥青面层，设计应以充分利用原有水泥砼板高强度的特性为基础，通过加铺沥青层来达到提升公路使用性能的作用，这种改造方式具有施工简单、改造成本低以及对交通及环境影响小的优点。但由于水泥混凝土板对基底状况敏感度高，在进行水泥混凝土路面“白改黑”设计工作时，必须对旧路面的状况进行较为细致的调查和评估，以确定最为合理的沥青加铺改造方式。

旧路状况调查的主要内容：①交通量调查，将通行车辆按《公路沥青路面设计规范》分为11类，通过现场调查并结合交通量自动观测站数据进行统计分析，确定公路设计交通荷载等级。②病害调查，全路段逐板调查，记录裂缝、错台、断角、断板状况，计算评定旧路破损率DR及路面破碎状况指数PCI。③旧路弯沉检测，重点对板缝明显段落逐板进行板角弯沉检测，以判断脱空和接缝传荷能力。由于地方落锤式弯沉仪较少，也可采用5.4m贝克曼梁按主副点方式进行弯沉检测。④旧路结构层状况检测，应采用钻孔深度大于路面结构层厚度的钻芯取样机进行，通过取芯样判定原路结构层厚度、完整度、强度等数据。 ⑤沿线其他病害状况调查，重点调查边沟排水、路肩垮塌、标志牌、护栏等状况⑥原路建设养护等资料查询。

加铺改造设计理念：病害分类处治，结构宁填勿挖，材料回收利用。在实际工程中，由于施工、地理环境、交通状况等因素的影响，病害类型往往相对分段集中，方案应根据病害类型和程度分类分段确定。在一般情况下应尽量不对既有路面结构进行开挖，通过增加结构层总厚度提高路面结构强度，减少投资，并减少环境污染。在目前环保要求越来越高的新形势下，应对开挖出的原路面结构材料进行回收利用，原基层混合料破碎后可作为粒料类基层材料使用，原水泥砼板块破碎后可作为稳定类基层材料使用。

2 “白改黑”加铺技术方案

“白改黑”的技术方案主要包括以下几种：①碎石化技术，目前主要有多锤头和共振破碎两种方式，这种技术就是将混凝土板通过锤击或振动分解成碎块，通过调整锤头的落距或激振力来达到控制板块碎裂程度的目的。使用压路机压实，直到将差异沉降程度满足要求为止，这样能够比较彻底的解决反射裂缝。碎石化后旧路可直接加铺沥青层也可做为底基层使用。这种方案具有施工简单、工程量小以及工期短的特点。该方案一般适用于原砼板破损率达到15-20%及以上，旧路的评价等级为中等及以下修复成本较高时。②裂缝抑制技术，不挖除原有的路面，只是将其病害进行适当的修补保持原混凝土板块状态，通过设置抗裂卷材、应力吸收层之后再进行沥青加铺。该方案一般适用于原砼板破损率低于 15%以下，旧路评价等级为中、良及以上时。一般均需同步进行脱空板注浆稳固处理。裂缝抑制技术关键在于减少相邻板变形位移差及提高接缝处面层抗拉强度以减小剪切应力。由于高模量砼板接缝对轴重较敏感，该方案用于重载交通较多的重度交通等级道路时，裂缝抑制效果较差，需提高加铺层厚度。③将原破损严重的水泥混凝土路面挖除，再对其进行处理或补强，加铺沥青面层，从而达到“白改黑”的效果，这种方案具有工程量大、工期长、施工成本高的特点，而且在挖除混凝土块的过程中很容易就会对环境造成影响。一般仅用于路面高程受控制的居民聚集段、构造物处。

3 “白改黑”施工中常见的问题以及防治

3.1 路基沉降及水泥混凝土板脱空问题和防止

路基沉降及面层混凝土板脱空是导致路面板断裂损坏的主要直接原因。由沉降及脱空引起的断板将导致路面出现错台，车辆冲击荷载显著增大导致病害快速发展。因此路基沉降及混凝土面板脱空防治是施工关键。

路面出现沉降的原因大致为：①由于前期路基施工中路基填料及压实质量未达到设计要求，空隙率较大，在荷载和水的作用下而发生自然密实沉降和局部孔洞沉陷。此类病害一般表现为路面起伏。②路面、基层、底基层、路床土基由于水进入，在车辆动荷载下反复出现泵吸，导致结构层材料流失出现脱空而沉降。此类病害主要表现为以板接缝为边界出现错台沉降。针对①类因存在存在明显空隙，则采取注浆方式对路基进行稳定，注浆深度应大于路基工作区，注浆材料可采用水泥浆或地聚合物浆液。针对②类因面层材料缺失，则采用换填调平处理。施工中往往容易忽略路基沉陷病害的处理，路面病害调查时应结合一定的钻探取样查看。

混凝土面板下承层材料在泵吸作用下虽有一定流失而脱空，由于面板厚度足够，能抵抗车辆荷载引起的弯曲变形而不发生断裂。当水泥混凝土面板断板病害较少，直接加铺沥青面层时，设计及施工较易忽略的是面板的脱空处理。也是部分白改黑项目接缝映射普遍的原因之一。根据模拟计算，25cm厚弯拉强度4.5MPa的5x4m面板最大变形量可接近4mm而不发生断裂，故脱空板接缝处的弯曲变形会迅速导致沥青混凝土面层疲劳开裂。目前脱空处理依然以钻孔注浆方式为主。实际施工中较难控制的是脱空的判定及注浆质量的控制。脱空的判定多采用人工观察法结合弯沉测定法来确定。人工观察法是通过观察接缝、裂缝、唧泥、车辆通过后的位移等情况初步判定脱空。目测不能明显判定时可采用主副点法弯沉检测，当主点弯沉大于0.2mm或差异弯沉（主点-副点）大于0.06mm的，均认为板底可能出现脱空。注浆质量控制，主要以改善浆液配合比，使其流动度不大于20s、泌水率不大于0.4%、膨胀率0.02%、强度不小于5MPa。注浆效果最终以弯沉检测评价，必要时应多次注浆。

3.2 反射裂缝的防治

增加沥青面层厚度也可抑制裂缝，但性价比较低，对于地方公路需增加投入较多。因此地方公路主要应以接缝部位的处理和改善加铺沥青层性能来防治反射裂缝。沥青加铺层可采橡胶改性沥青，以此增强沥青混合料的抗裂缝效果。接缝处除脱空处理外还需设置高性能的抗裂贴卷材，以分散应力和防水；交通等级达到重度及以上时可设置橡胶沥青应力吸收层，这种吸收层具有控制裂缝扩展效果好的特点，同时因为其整体结构较为严密，能够有效的防水。

3.3 水损害的问题以及防治

地面水能够通过裂缝以及反射裂缝流入基层及路基内，下渗水在水泥混凝土刚性板与车辆瞬间动荷载作用下形成高压与负压反复转换的泵吸效果特别明显，是形成板脱空的直接原因。为了减少水对公路造成的破坏，最为有效的方式是提高接缝的抗渗能力，对原板接缝及裂缝进行清缝和灌填封。接缝填缝材料应选用与混凝土接缝槽壁粘结力强、回弹性好、适应混凝土板收缩、耐老化的材料。常温施工式填缝料主要有聚（氨）酯、硅树脂类、氯丁橡胶、沥青橡胶类等。加热施工式填缝料主要有沥青玛蹄脂类、聚氯乙烯胶泥类、改性沥青类等。应使用树脂类、橡胶类或改性沥青类填缝材料，并宜在填缝料中加入耐老化剂。

4 “白改黑”工程的实例分析

广安地区白改黑项目最早于2004年开始。2004-2008年期间主要针对城区的部分主要市政水泥混凝土道路进行黑化，黑化采用修复水泥混凝土板后整体加铺4cmAC-13沥青层，部分路段接缝处铺设玻璃纤维格栅宽50cm，大部分接缝未设置格栅或仅设置强度较差的土工布。从裂缝反射情况看，各道路差异较大，有的几个月就出现裂缝，有的3-5年后才出现，部分主要道路部分路段目前也未出现较多裂缝。结合交通状况、原路状况、施工质量情况分析，裂缝出现时间与原砼路面状况和通行车辆荷载相关性较大，裂缝严重程度与加铺层施工质量有较大的相关性。以金安大道为例，金安大道上段无货车通行，目前多以细小裂缝为主，部分段落无裂缝。金安大道下段为货车过城区道路，存在较多货车，黑化后裂缝反射十分明显，已在2014进行了一次路面大修。相邻的平安大道于2012年左右进行了黑化，仅对病害板处治后加铺4cm沥青面层，未对接缝处理。其面层沥青混合料存在明显油石比偏低，目前所有板接缝均出现明显裂缝，且裂缝处沥青层剥落情况较明显。2009年至2014年期间分别在G318花桥场镇、小平故里路道路改造中采用白加黑方式对路面进行黑化，采用25cm砼板修复后整体加铺7cm沥青面层，为提高原砼板的抗变形能力，重点加强了修复砼板与原板间连接传力钢筋的设置和接缝抗裂贴的使用。后期使用效果较为理想，修复部分裂缝得到了较好的抑制。2013年S203华蓥境内段采用25cm砼修复板加铺1cm橡胶沥青应力吸收层再铺筑9cm双沥青面层。由于该路存在重载运输车辆，目前板缝映射较严重，根据钻孔取样情况，部分裂缝并未贯穿整个沥青下面层，主要出现在中上部。根据工程实例接缝抗裂贴及应力吸收层抗变形能力较好，对抑制裂缝有一定作用，但砼板的变形较大时同样可导致面层较早出现反射裂缝，因此提高砼板稳定减少竖向变形更能有效的抑制裂缝。

2008-2014年期间主要针对国省县道公路进行路面黑化改造，改造以非场镇段破碎整体加铺结构层为主，场镇段以修复水泥混凝土图板的白加黑为辅助。其中S304赵家桥至八一桥段在2008年左右，对原水泥砼路面采用蓝派预裂稳固后加铺水泥稳定碎石补强层后加铺沥青面层。由于原水泥砼面板断板沉陷较严重，冲击预裂尺寸普遍较大，因基层破坏严重稳固效果较差，加铺层20-25cm水泥稳定碎石结构偏薄无法满足碎石材料运输的需求，导致道路使用2年后出现大面积破损，水泥稳定碎石层出现大量裂缝。2013年天池至石林公路采用对原砼板多锤头碎石化处理加铺水泥稳定碎石基层20（34）cm及10cm双沥青面层，重载交通较多段水稳碎石基层厚34cm。截止目前使用效果较好，几乎未见裂缝病害。虽原水泥砼碎断板破碎病害较多，但由于基层结构强度较好，多锤头破碎施工质量基本达到设计要求，路面结构厚度符合交通需求，故使用效果较好。因此在采用碎石化方案时应结合原路基层状况及通行车辆状况，正确的确定旧路碎石化后强度，让路面结构组合满足交通要求。