例谈公路白改黑改造技术

例谈公路"白改黑"改造技术
安徽省307省道是一条横贯安徽省北部的一条重要干线，途径滁州、蚌埠和亳州三市，路线全长253公里，东接江苏、浙江、上海等长三角，西承河南郑州、商丘中原腹地，是我省的一条交通大动脉。

其中在亳州市境内长约123公里，经过蒙城、涡阳、谯城区等主要县区和城镇，通过区域经济约占全市总量的60%以上，惠及人口达450万人。

该线原为二级公路，日交通量约为5000～7000辆/天，交通量大，重载车多。

老路面为1998年改造的水泥混泥土路面，经过十多年的服役，老水泥路面路况急剧下降，尤其是G35济广高速立交枢纽至市区约十公里段，是全国各地南来北往的客商、投资者来往亳州的必经路段，是亳州市对外窗口，该段的交通通行状况已严重影响了亳州市对外形象。

同时，在二十世纪90年代中后期，全国时兴一阶段的水泥混凝土路面大规模发展，我市也同期修建了299公里、约450万平方米的水泥混凝土路面。

水泥混凝土路面虽然也有很多优点，但是路面行车噪音大、后期养护成本高、维修时路面材料利用率低等缺点制约了水泥混凝土路面的进一步发展。

"十二五"到"十三五"期间，90年代中后期修建的水泥混凝土路面相继到设计使用年限，大量水泥混凝土路面改造成沥青路面是摆在我们公路建设者面前的一项重要任务。

安徽省307省道亳州段中的G35济祁高速立交枢纽至市区十公里段在2010年对老水泥混凝土路面进行"白改黑"改造之初，我市公路建设管理者尚没有"白改黑"工程技术经验，改造方案的选择成为项目成败的关键，同时也将为我市"十二五"、"十三五"期间全面展开的水泥混凝土路面改造成沥青混凝土路面提供成功可借鉴经验。

1、老水泥混凝土路面路况
原水泥混凝土路面在行车荷载和自然因素作用下，加上该路段的交通量日趋增加，出现了裂缝、破碎板、板角断裂、接缝料损坏、边角剥落等路面病害，局部有错台、唧泥、坑洞、露骨等病害，部分路面修补处又发生破坏；慢车道沥青面层与水泥混凝土面层交界处存在较大裂缝，部分路段冒浆、唧泥，部分沥青面层存在裂缝、麻面、坑槽等病害。

2、水泥路面改造成沥青路面主要技术
根据安徽省307省道亳州段原水泥混凝土路面技术现状，可能采用的改造方法有：直接加铺沥青罩面法、土工布加固的沥青罩面法、多锤头或门板打裂压稳后加铺沥青罩面法。

直接加铺沥青罩面法是将原有水泥路面经过局部处理作为基层，直接加铺沥青混凝土上面层，其特点是加铺施工进度快，基层强度高，整体效果好，缺点是极易出现反射裂缝，使用寿命短。

土工布加固的沥青罩面法最早起源于70年代初的美国，用于降低对年久失修沥青路面的修理费用，在美国东南部，开始用土工织物加固沥青罩面层防止路面产生反射性的裂缝，包括柔性路面龟裂，刚性路面的板块接缝或碎裂等。

从上世纪九十年代开始，我们国家开始尝试在水泥路面改造工程中应用土工布加固的沥青罩面法防反射裂缝，效果不甚理想。

多锤头或门板打裂压稳后加铺沥青罩面法，是采用多锤头或门板碎石化后加铺沥青罩面法。

控制加铺层反射裂缝的一种彻底有效方法是先将混凝土路面板破碎成小块，然后用沥青混合料加铺层稳固。

破碎和稳固路面的目的是将混凝土破碎，能将板的水平位移减小，以消除产生反射裂缝的温度应力，同时还要能使混凝土碎块与碎块之间形成集料嵌锁作用，保持水泥混凝土路面所具有的大部分结构强度，为其上的加铺层提供较高强度的下承支撑层。

根据该段水泥混凝土路面的路况，虽然路面病害较多，但是整体路基没有变形，比较稳固，在技术决策阶段，我们对多锤头或门板打裂压稳后加铺沥青罩面法以及直接加铺从技术性、经济性、适用性和安全环保等方面进行了详细的方案论证和比选。

3、方案比选
3.1 多锤头打裂压稳技术
多锤头打裂压稳技术是在路面损坏程度较低的情况下，利用路面原有的强度均匀性，采用多锤头破碎设备将路面破碎，75%以上的路面不规则开裂，相邻裂缝围成的面积为0.25～0.5平方米。

3.1.1 施工主要设备
打裂破碎施工所需设备为多锤头破碎机和胶轮压路机。

破碎设备为多锤头破碎机，该设备后部有2排重锤，具有橡胶轮胎，以柴油机作为动力源，其所携带的重锤的质量为454～544.8kg，分两排成对装配在整台机械的尾部，在破碎时按
一定规律下落，锤头的提升高度可在0.8～1.3m之间调节。

多锤头破碎设备具备一次破碎宽度达3.75m车道的能力，破碎机装备有帷幕以防止碎屑飞溅。

重锤下落时可产生1.38～11.1kJ的冲击能量。

压稳设备应采用胶轮压路机，压重为25吨。

低于25吨时，应增加压实遍数，以达到规定要求。

3.1.2 打裂前准备工作
（1）清理原路面
在打裂化之前，应清除水泥混凝土路面上的沥青修复材料，因为这些材料的存在会影响到打裂的效果。

（2）隐蔽构造物的调查与标记
破碎前，通过查阅相关资料和现场调查，摸排沿线隐蔽构造物，包括暗涵、地下管线等，以确定打裂是否会对这些构造物造成损坏。

通常，构造物埋深在1米以上的不会由于破碎带来损坏。

不满足以上条件的，可以降低锤头高度对水泥路面进行打裂。

（3）与桥梁连接段的路面
與桥梁连接段应标明打裂的位置，根据实际情况，可以打裂到桥头搭板的后端，或根据路面设计线的高程打裂到监理指定位置。

未打裂的路面应铣刨到可以摊铺同样厚度罩面层的深度。

（4）交通管制
由于打裂后的路面在没有摊铺完沥青混凝土面层之前不允许开放交通，所以对交通管制的要求比较严格，在条件允许时，一次性全封闭施工段落；若条件不允许，应至少实行半封闭施工。

3.1.3 多锤头打裂压稳试验路段
在施工准备阶段，承包商应完成试验路段并经监理工程师认可。

试验路段应为监理工程师在工程项目范围内确定的位置，尺寸为车道全宽，长度为100～200米。

承包商应记录不同的打裂情况相对应的多锤头设备的各项参数设置，如锤头高度和落地速度等。

试验路段确定的打裂程序将用于本工程。

承包商应不断地监控打裂操作并应该在施工过程中不断地进行小的调整以确保打裂结果满足要求。

3.1.4 多锤头打裂压稳施工控制要求
（1）打裂深度必须贯穿水泥路面板，但又不对构造物及路面基层造成损伤。

（2）打裂强度由锤头高度和锤头间距确定，为避免过度破坏，破裂时不应使路面板产生过大位移，并不应使混凝土板由于破裂产生大量的碎屑。

（3）打裂效果应使75%以上的路面不规则开裂，相邻裂缝围成的面积为0.25～0.5平方米。

（4）打裂块度的检验，可采用打裂前在前方路面一定范围内均匀洒水到可以看见自由渗水的程度；在打裂后，在开裂痕迹处伴有气泡产生；在路面自由水消失后，裂缝痕迹清晰可见，丈量裂块的尺度评价其是否满足质量要求。

（5）打裂的控制标准：在按确定程序施工的试验路段，每25米取一点，在打裂完成后对这些点进行水准测量，当每次压稳后最大沉降变化量小于5mm时，则认为压稳施工达到要求。

3.1.5 多锤头打裂压稳技术对沥青路面施工的要求
（1）撒布乳化沥青透层油
打裂并压稳后，撒布透层油，根据路况，沥青撒布量一般为0.3～0.7Kg/m2。

（2）摊铺的时间要求
摊铺应在基层稳固后进行，除非天气允许或监理工程师另有批准，在混凝土打裂和摊铺底层之间的最长间隔时间不宜过长。

3.1.6 沥青面层
对老路面按照以上技术方案打裂压稳后，再加铺沥青面层，面层结构如下：4cm沥青混凝土AC-13
粘层
7cm沥青混凝土AC-20
透层+粘层
现场打裂压稳后旧水泥混凝土路面
旧路面基层
3.1.7 工程估算造价
多锤头打裂压稳技术方案工程估算造价为656万元/公里，总估算造价为6527万元。

3.2 贴缝直接加铺技术
该技术方案主要是对原水泥砼路面采取系列修复措施，为其上加铺层提供稳固的下承层，对板块横向切缝、纵向施工缝以及断板裂缝采用聚酯玻纤布贴缝后，做一层同步碎石封层，然后加铺沥青面层。

路面结构层如下：
4cm沥青混凝土AC-13
粘层
7cm沥青混凝土AC-20
透封层
处理后的老水泥路面（换板或压浆补强）
旧路面基层
3.2.1 老水泥路面病害处理
该技术方案的关键技术控制点是对老水泥混凝土路面病害的处理，为沥青加铺层提供稳固的下承层。

根据病害类型，本项目采取了换板、灌浆等工程技术措施。

当水泥混凝土板出现一条或一条以上贯穿全板的裂缝将板块分成两块或两块以上时视为断板。

对于断板、沉陷等严重病害，采取了换板的技术方案，包括水泥板软弱下卧层的换填，具体施工方案是常规工程施工，不再赘述。

在此主要阐述压浆补强老路面混凝土板。

对于板块状况完整，但是由于长期服役，板块底部可能出现板缝唧浆、板底脱空的现象，对于此类路面病害，采取压浆补强水泥混凝土路面。

3.2.1.1 板缝唧浆、板底脱空病害成因分析
在自然、大气作用下，水泥板板缝填料老化、萎缩，雨水沿着接缝处下渗进入路面结构层，形成层间积水，当重载车通过时，水泥板犹如跷跷板一样，挤压
层间积水沿接缝喷射而出，形成叽浆；同时喷射而出的积水带出水泥板下承层中的细集料，久而久之，板底脱空加剧。

3.2.1.2 水泥混凝土面板位置的确定
对于换板或注浆的判断标准是测量板角单点弯沉，依据弯沉值来判断：
检测设备采用5.4米长杆弯沉仪和BZZ-100重型标准汽车测定弯沉。

弯沉仪的测点与支座不应放在相邻两块板上，待弯沉车驶离测试板块，方可读取百分表值。

根据旧水泥混凝土路面板板角单点实测弯沉值的大小判断板底的脱空情况。

判断标准和处理措施如下：
（1）单点弯沉<20（0.01mm），鉴定为板底没有脱空，不需要注浆处理。

（2）对弯沉值在20～40（0.01mm）之间或相邻板弯沉差>6（0.01mm），鉴定为板底脱空，进行注浆处理，在注浆过程中。

要对水泥板必须反复压浆处治，直至小于20（0.01mm）。

（3）单点弯沉≥40（0.01mm），鉴定为板底脱空较严重，须进行换板处理，包括软弱下卧层的换填处理。

3.2.1.3 压浆孔布设的基本要求
（1）、布孔：每块板5孔，孔布设于混凝土板四角和对角线相交位置，四角孔边距板边的距离为0.5m；
（2）、钻孔：直径3cm钻头，钻孔深度超过板厚3～5cm，安排专人量测并记录孔深；
（3）、临时封孔：大面积流水作业，各种施工车辆来往不断，钻好的孔需临时采用木塞封孔（雨天采用塑料薄膜覆盖），以防杂物落入；
（4）、預埋法兰螺帽：为使压浆管枪头能固定于压浆孔口上，形成整体，有足够的压力压浆，需要先在孔口内壁埋上法兰螺帽。

螺帽的粘结剂采用现场调配的环氧树脂。

预埋螺帽后，需继续封上孔，以防杂物落入。

3.2.1.4 水泥灌浆施工
（1）、清孔：用空气高压枪，插入压浆孔中，吹出杂物；
（2）、压浆：压浆采用冲程式压浆机。

压浆关键是将压浆枪头与板块上的压浆孔联接牢固，不漏浆，保证压浆压力，一般压力控制在0.5～1MPa。

（3）、封孔养生：压浆后，应立即用木塞封孔，至少养生3d，期间禁止车辆通行；
（4）、养生3d后，對压浆补强处理混凝土板进行弯沉复测，若弯沉大于20（0.01mm），应进行二次压浆处理，直至弯沉不大于20（0.01mm）。

3.2.2 聚酯玻纤布贴缝
3.2.2.1 聚酯玻纤布应用范围
贴缝范围主要为原水泥混凝土路面板与板之间的纵向和横向接缝；路面板破损的裂缝（经补强处理后）；快车道的水泥混凝土路面与慢车道的沥青混和料路面的接缝。

3.2.2.2、使用要求
横、纵向接缝同时铺设聚酯玻纤布时，采用不搭接的原则，保证横向聚酯玻纤布的连续，而纵向聚酯玻纤布在横向聚酯玻纤布的位置断开。

水泥混凝土板顶面上采用宽度为1.5m的聚酯玻纤布，必须保证裂缝两侧的布宽≥0.5m，接缝或裂缝居中。

3.2.2.3 底层处理
接缝或裂缝两侧高差≤2mm，直接喷洒热沥青和铺设聚酯玻纤布；对于≥2mm 的接缝先进行灌缝处理，灌缝材料可采用灌缝胶、乳化沥青或乳化沥青砂浆。

具体施工工艺及方法如下：
底层表面清扫-测量划线-喷洒粘结料-铺设聚酯玻纤布-保养维护-铺筑新路面。

3.2.2.4 喷洒粘结料
喷洒热沥青作为粘结材料。

在铺设设备就位后，将支架上的聚酯玻纤布摆正，使聚酯玻纤布卷轴垂直于拼接缝或裂缝，在底面划线范围内用沥青喷洒车洒布热粘结料，喷洒粘结料的横向范围要比聚酯玻纤布宽5～10cm，沥青用量为0.7～1kg/m2。

3.2.2.5 聚酯玻纤布的铺设
待热粘结料完全渗透底面后且在粘结料仍呈液体状时，立即采用聚酯玻纤布铺设设备进行聚酯玻纤布铺设施工，不得使沥青喷洒车与聚酯玻纤布铺设设备距离过远。

使用牵引车或安装在卡车上的框架来铺设聚酯玻纤布时应保持车速平稳均匀，不得忽快忽慢，并及时人工进行调整，以达到铺设平滑的目的。

铺设设备配置涂刷和铁碾子，以保证铺设聚酯玻纤布时能及时将其压实在粘结料上；若铺设时发生褶皱或打折现象，应当及时用工具刀切开褶皱部位，然后在铺设方向上再搭接起来，用粘结料胶结并压实，以保证聚酯玻纤布与粘结料的良好粘结。

3.2.3贴缝直接加铺技术方案估算造价
贴缝直接加铺技术方案估算造价为598万元/公里，估算总造价为5950万元。

4、实施方案
本路段是我市对外窗口，事关我市对外形象，由于政治原因和路段特殊地位虽然亟需改造，但是整体路况较好，路基无变形、很稳固，路面沉陷等病害较少，路况相对较好。

项目组根据本路段路况实际，对以上两方案进行经济技术分析论证，从技术角度两种方案都能满足工程质量和安全性，从经济角度贴缝直接加铺方案比打裂压稳方案节约近600万元，技术决策采取了第二种方案即贴缝直接加铺技术，并在工程实施过程中严格控制施工质量，为项目的成功实施打下了扎实基础。

结束语：该路段从完工通车到现在已经服役近5年时间，截至目前，路况良好，基本没有出现反射裂缝，养护工作除日常保洁工作外，基本没有进行过小修，实现了建造之初提出的"三年不小修，五年无大修"的既定目标。

事实证明了项目组当初方案选择的正确性，也为我市目前正在进行的对水泥混凝土路面改造成沥青路面指明了技术方向，提供了宝贵成功经验。