路面修复工程(中文正文)

路面修复工程的策略选择

引言

在我们的公路、城市道路和机场中，需要进行工程修复的设施越来越多。在修复和养护工作中，对更好地利用日益减少的资源有了更高的要求。目前有大量可行的修复方案可以满足这种要求。

三种混凝土路面的修复方案：路面修缮、表层翻修和路面重建，在英文中缩略作“CPR3”。每一种方案有各自独特的技术手段来解决相应的路面损坏问题。在其他有关的出版物中，我们可以得到各种修复技术的设计与施工的详细介绍。本文则为选择修复方案（考虑成本效应）提供指引。一位工程师可以很容易地学会建立一个适应于当地的材料、环境、工程条件和成本的策略选择框架。

路面修复是一门发展迅速的学科。以往工程项目中获得的经验是提高今后修复工程的设计与施工水平的基础。对于修复工作行为在时机上的把握来说，以往项目也有重要的可借鉴的地方。工程意义上的修复工程管理科学把这种知识融入到了“系统性决策选择”当中。

系统性决策选择

系统研究方法是评价和选择路面修复技术的最有效的手段。决策过程应充分考虑所有适用的参数以及它们对在不同方案选择时的影响。这些参数包括路面参数以及与路面无关的参数。一些重要的因素包括：路面的损坏情况、几何尺寸、交通量、结构性能和未来项目的服务质量。代理商的经验、修复工程原始成本、预期的养护工作和未来必需的修复同样对决策选择有一定影响。图1所示的是关于恰当地选择修复策略的系统性的决策制订工作流程。

以一种单一的标准去衡量各种不同的路面而进行方案制订的做法是不会得到成功的修复工程的。这种做法会导致糟糕的运营效果并使资金使用缺乏效率。成功的修复工程依赖于根据个别特定路面的具体设计和状况所做出的决策。

对于一项成功的路面修复工程而言，为了保证（道路）系统在一种良好的状态下运营，合适的资金水平是必要的因素。不合理的资金状况的后果是当要进行适当的路面修复时却得不到所需的资金，通常的结果是糟糕的运营效果以及更高

的成本。

各种修复方案的成效的评估工作须包括对项目的状况、成本和限制条件的检查。成本考核应包括原始成本，也应包括使用期成本和用户成本。工程师须对修复工程的预期（使用）寿命作出估计。

工程项目信息

详细的项目信息对于选择最优的方案尤为重要。有五种类型的信息资料是必需的：即设计资料、施工资料、交通量信息、环境信息和路面状况信息。

设计数据

在开始分析（路面）使用效果时，工程师即需要有关设计资料，包括路面的类型和厚度。

关于路面各组成部分的详细资料也是十分有用的。这包括：基层材料、接缝设计、路肩设计、排水设计和以往的修理和养护活动。

施工资料

对原有路面在施工过程中的外部施工条件的调查将会令我们对目前路面中存在的损坏情况有内在的认识。外业记录或施工日志是极好的获取施工资料的渠道。有关问题或气候条件的记录尤为有用。

交通量数据

评估工作需要过去、目前和将来预期的交通量的增长情况。这些资料有助于判断目前路面的剩余结构性能，并因此有助于缩小潜在的可行方案的选择范围。环境信息

降雨量、气温和冻土期是重要的因素。这些因素作用在路面材料和路面的各个层面之上，会影响材料的整体性、结构质量和驾驶质量。理解了这些因素是如何影响现有路面的情况，可以有助于工程设计人员对以后修复过的路面存在潜在的问题采取措施加以避免。

（路面损坏/路面状况资料）

路况测量报告应当说明每一种路面损坏的类型、程度和数量。圈出损坏的部

分有助于为整个项目的不同部分的损坏准确找到各自不同的解决方法。有关损坏应该归结为是与（道路）荷载有关还是与气候有关。非破坏性的和破坏性的检测可以有助于确定路表以下的结构状况和材料性质。除此之外，路面的外观观测和摄影记录也很重要。总之，主要目的就是收集足够的信息以总结出路面损害的类型和程度。

为准确分析而所需检测的标准，各种修复工程有所不同。表1所提供的是为大多数CPR3方案所要求的必要资料，以供确定项目的可行性和细化设计所用。

评估鉴定工作

路面鉴定工作将选取全部工程信息以确定路面损坏的成因。修复工程的目的

即为了遏制路面损坏的直接成因，而不是仅仅消除一些损害症候。仅仅掩盖住缺陷，作些表面的修补不是有效的解决方法。了解损坏的成因有助于缩小有效的解决方法的选择范围。（有助于更快找出解决方法）

鉴定工作不能使用假设的条件或材料强度来进行。有关的实际数据可以通过破坏性的和非破坏性的检测方法测得。使用假设值不能保证修复工程将会真正满足预期设计指标。工程学意义上的鉴定工作必须以如下列出的几项关键因素为准，即：

（路面）功能和结构状况

在鉴定工作中，工程师应判定路面结构的基本状况。路面结构上的恶化，是降低路面承载性能的通常情况。边角断裂、唧泥、接合失效以及面板粉碎是混凝土路面中与结构有关的损坏的具体例子。路面开裂、横纹、车辙是沥青路面病害的例子。

一些代理商采用（路面的）服务质量指数或评级的方法来判断路面是否需要进行修复。服务质量是对路面状况的一种全面的描述。如果路面评级指标为5.0，表明路面状况优良，而指标为0.0的路面则是不合格的。尽管一些代理商对服务质量的概念进行了改进，加入了一些客观性的量度方法，但服务质量仍然属于一种主观性的指标。驾驶质量是影响路面服务质量的取值的主要因素。

服务质量评价方法的主观性质的缺陷，正是（路面）功能性损坏和结构性损坏这两个概念之间的区别。功能性损坏包括那些影响驾驶质量的路面病害，但这并不表明路面的结构性能有所降低。

图2说明了时间因素和交通荷载是如何降低路面的承载能力的。过多地丧失了其结构性能的路面需要例如较厚的表层翻新或路面重建的处理方案。路面修缮则仅适用于那些基本上还保持有其结构性能的路面。

鉴定路面结构性能指标需要深入地进行实际外观检查和材料试验。非破坏性的检测方法在判断路面的刚度和基层支持力方面尤为重要。

材料条件

材料问题诸如碱硅反应和（混凝土）D形开裂会显著降低混凝土的整合性。材料剥离和松散会影响沥青面层的材料整合性。这些问题大多可以很容易地从路面表面状况中辨识出来。路面材料损坏的严重程度将会影响可供选择的修复工艺

技术的多少。对于那些发生原因较难观察到的问题，岩相分析可以帮助我们鉴别出它们。

排水条件

评估路面的排水条件相对比较容易。通常一些显著的路面损坏就表明排水存在有问题。任何凸现出来的问题，如接缝处唧泥或严重的车辙现象，都表明排水系统效力不足。边沟和排水系统的导沟的状况也是（评估工作）重要的参照。行车道（车流分布）均匀度

许多四车道公路的外侧货车车道要比内侧车道或路肩的损坏速度要更会一些。对于评定工作来说，这是一点十分重要的情况。修理工作可以仅限于那些需要修理的车道，这样做将大大节省开支。

混凝土路面的修复方案（“CPR3”）介绍

（路面）修缮

路面修缮指采用几种技术手段，使得路面的结构性能和驾驶质量达到一种令人满意的水平。表2列出了最常见的路面修缮技术。一些工程师使用CPR这一缩略语来表示混凝土路面修缮技术（Concrete Pavement Restoration ）。

大多数项目需要应用好几种修缮技术来修复目前存在的损坏情况。另外，仅修复好目前的路面损坏是不够的，还应阻止或延缓这些损坏的反复发生。一个路面修缮计划应至少包括那些必要的，能解决现有损坏问题的技术手段。一些工序

单一的技术可以有效应用于短期的修理工作。打磨和全厚度的接缝修理是有效的

单一型短期技术工艺。

每种修缮技术都有其独特的设计细节和施工工艺。正确运用这些技术需要作

出综合全面的施工说明和细节安排。很多修缮技术对于加铺罩面前的修整工作来

说也是很重要的技术手段。

面层翻新

面层翻新，或加铺罩面的（修复方案），有两种重要的功能。通过面层的更

新过程，新的罩面将改善路面的驾驶质量、安全性和抗滑性能。新的面层也可以

校正原有路面的横截面和平面上的缺陷（如：路面风蚀和松散）。一层较厚的罩

面也可以增强路面的结构性能。

罩面材料的选择对罩面的设计有很大的影响。为达到必需的结构强度和使用

年限，罩面所必需达到的厚度取决于所使用的材料。表3列出了最常见的罩面类

型。

每种罩面技术有其独特的特点。因此，工程师应提供详细的施工指南和完善

的建设规范。

路面加铺罩面之前，一般需要进行修

整工作。为了能使罩面取得良好的使

用效果，工程项目全程范围内的路面

状况应保证一致，这一点非常重要。

观测有关路面所得的路况信息，对于确定所需的加铺前的修整工作的数量，是重

要的信息。

加铺前的修整工作量可能会影响到罩面的厚度取定。在许多情况下，较完善

的和较大程度上的修整工作，可以允许适当降低罩面的厚度取定。工程师在选择

最可行的修复方案时，需要在加铺前修整工作的范围大小和罩面厚度这两方面进

行评估和决定取舍。

加铺前的修整工作量的多少也要看罩面的类型而定。有些罩面类型所需的修

整工作比其他类型的要少一些。例如，非粘结性混凝土罩面，以及当给

（whitetopping 型）沥青路面加铺混凝土罩面时，就只需很少量的或不需要进行

修整工作。

在加铺罩面之前，对现有路面施行磨面工艺和破碎—铺设工艺的方法并不值得提倡。这种加铺前的处治工艺试图通过消除现有混凝土面板的作用力来控制反射裂缝的发生。这样做会显著降低路面系统的结构强度。

加铺混凝土和沥青罩面之前，施行磨面工艺是不必要的。非粘结性罩面中层与层之间的分离即可以消除反射裂缝。研究同时表明，加铺罩面前，破碎现有路面的方法也没有多大的益处。磨面工艺和破碎—铺设工艺短期内可能会延缓反射裂缝的出现，但不能防止反射裂缝最终发生。破碎—铺设工艺会使路面支持力下降，这就导致需要加铺很厚的罩面（以提高支持力）。这种做法是有缺陷的，因为较厚的沥青罩面比较薄的罩面会出现更深的车辙病害。

路面重建

路面重建包括彻底清除现有路面结构，通常包括基层。现有的结构被新的路面或嵌入层所取代。

重建技术包括两种选择，使用新材料或再循环材料。使用再循环材料可以对项目成本产生很大影响。

嵌入层（技术）：嵌入层施工是一种修复方案，做法是仅更新现有的全部和部分行车道路面，而不会使现有路面标高大幅增高。这样就不必对现有的路肩、边坡和附属物进行改造调整以满足在加铺新的面层时（路面标高上）的要求。

再循环：再循环过程中，老的路面被用作建造新路面的材料来源。这就保护了资源，并节省了处理废弃材料所产生的开支。

混凝土路面的再循环利用是一种相对简单的过程，包括：对合理的取用区域的混凝土路面施行破碎，铲除和碾压工序。现有的混凝土路面只要已经超过了使用年限或已获准更新，就很适宜当作再循环利用的材料来源。有关内容在参考文献9中做了详尽描述。

各种再循环利用工艺是有所区别的，有些情况下，要全部或部分地清除走现有路面（在别处加工），有时则仅在现有路面上进行。表4列出了混凝土路面和沥青路面所适用的再循环工艺。同其他的修复技术一样，运用再循环技术应进行成本分析。在使用新集料还是使用再循环材料的方案上，应进行比较分析的检查。

修复方案的时间控制

修复工作的时间上的把握是路面修复中重要方面。在路面状况的损坏过程中，相应的最适用的修复技术手段也在变化中。图3展示了在路面使用期的各个特定时期内，所应采取的最合理的修复方法。正确把握修复工作的时机，再加上正确的设计与施工，是取得良好的使用效果和服务质量的基本条件。

关于修复工作是否应立即开展还是等到路况更加恶化是再开始，这两者间总存在一个取舍问题。处在恶化之中的路面，首先的对策是经常对其进行修缮工作。这是最经济的修复方案，它可以延长路面在低于中度损坏状况的使用期。而等到路面状况已经相当恶化时才开展修复工作，将只有两种花费较大的方案可供选择，即面层翻修或重建。

（最佳）时机区段

在修复工作的时间把握上，服务质量不应作为唯一的判断指标。较为合理的判断体系是采用“最佳时机区段”这一思路。最佳时机区段指某一修复方案最佳的应用时间范围。路面损坏的严重程度和数量指标被用来界定时机区段的起点（值）和上限（值）。“起点值”表示对于某种特定的损坏状况，代理商应该考虑启动修理工作的那一时机。“上限值”表示，在这一损坏的状况下，某种修复方案已无经济性可言。

各种修复策略的“起点”和“上限”的取值标准不尽相同。对于混凝土路面

翻修和重建策略来说，它们的起点值正是修缮方案的上限值。不过，翻修和重建方案的上限值很难确定，这是因为这些技术只是到了路面使用期的末期才被采用。

修缮方案最佳时机区段分析的一个重要方面即它与成本的关系。在最佳的时机内，若发生延误，将会导致项目成本增加。这是因为路面损坏状况会变得更为严重。

注：1、修缮工作的“上限值”一般可用作判断路面翻修和路面重建工作的“启动值”。

2、错位指标取的是项目全程平均值。修缮工作的“上限值”0.75英寸（19 mm）不能用作翻修和重建

的“启动值”。

完善CPR3方案

在项目的发展完善过程中，考察所有的可行有效的方案是很重要的。所采用的方案应该能解决目前路面存在的问题并满足“最佳时机区段”的要求。运用使用期成本来分析各种方案是否实际可行和合理适当是公平合理的比选方法。

当运用某种技术修复路面损坏时，可能会引发一些其他的问题。表6推荐了各种处理方法以应付混凝土路面和沥青路面上发生的各种损坏情况。某种提到的损坏可能需要运用不止一种的修复技术。

在修复策略的完善过程中，当地承包商能提供有价值的参考信息。他们可以提出修复工程项目中有关施工可行性和建设成本方面很有价值的观点。聪明的承包商也能正确判断在修复计划中以及在车道间距和交通控制中各种思路是否可

行。同当地的承包商进行交流，一般会有助于得到经济的解决问题的方法并加强双方在未来的合作。

（城市）快速路

不断增加的交通量以及公众对交通阻塞问题的关注，对传统的修复方法提出更高的要求。在交通阻塞最为严重的城市地区这一问题尤为突出。“快速路混凝土路面施工技术”解决了这一问题，这种技术能取得高质量的耐久的路面并减少交通中断时间。

这种方法适用于修缮、翻修和重建工作。使用快速路技术，代理商只需对配比设计、施工工艺和人员职责方面作细微的调整。使用快速路技术的混凝土配比设计可以提高路面开放交通时的强度，并缩小时间间隔（由过去的24小时减少到5小时）。进行满足这种开放时间要求的混凝土设计时，必须进行一些配比设计试验。

养护

为了使修复工程取得预期效果，合理安排养护工作很重要。一个经过路面设计人员完善的营运和养护计划，有助于确定未来所需的养护工作量。该计划应提供给那些养护工作人员，应使他们理解设计人员的设计意图。当使用状况超过或达不到预期水平时，养护人员可以依照养护计划中所提供的方法处理有关问题并及时发出反馈信息，这一点对于那些30年或更长时期的长期工程设计尤为重要。选定一个CPR3方案

选择出一些合适的修复方案后，下一步是要比较它们的使用期成本。这种比较涉及所有成本项目，包括建设成本、未来养护成本以及为了达到预期设计使用年限而需进行的翻新工程成本。

检查各种非路面因素所造成的成本也很重要。这些因素常常会决定整个方案的成本。某些方案可能会包括比其他方案更多的非路面因素开支。例如，加铺罩面的方案就附加有很多这类因素。一层较厚的罩面工程就需要进行一些填方和附属物修改工作以满足边坡要求。

使用期成本分析（方法）为比较不同方案的当前和未来成本提供了一种方法。同时也应考虑通货膨胀率和利息率对方案成本费用的影响。进一步的阐述见参考文献24。

折现率—折现率同利息率和通胀率有所不同。在使用期成本分析中折现率

是一个重要的因素，因为它考虑到了利息和通货膨胀的不良的影响。长期内折现

率基本保持恒定。

使用期成本分析中折现率的选定取决于代理商以何种形式为项目融资。表8

提供了有关联邦政府、州政府以及私人机构在以往30年内的平均折现率。

研究分析年限—用使用期成本来研究分析一个方案，分析工作一般限于一

定的年期内。CPR3方案一般采取的分析年限为10~30年。表9所示为一些CPR3

方案的平均寿命或设计使用年限。

估算方案的服务年限时，当地类似的工程项目和当地路面管理机构可以提供

可靠的参考。如果当地没有类似项目，也可以从邻近的代理商那里得到有关路面

性能的信息。国家和地区的研究机构也能提供有关路面性能的信息。

成本数据—CPR3方案中，确定各种项目的建设成本相对容易。当地代理

商的投标表格和成本指标（使用当地的材料和人工）可以提供现行的成本数据。

表10列举了一些从投标表格中得到的工程实际成本。

大多数代理商进行路面修理Array工作时并不作养护记录，这使得

养护成本很难估算出来。混凝土

路面的养护项目包括：接缝和裂

缝封合，不时进行的路面全厚度

或部分厚度的修理，以及路肩养

护。沥青路面养护工作包括：裂

缝封合，Pothole修理，不时进行

的路面修补，以及路肩养护。有些代理商在沥青路面养护工作中，也使用seal coats

和其他表面处理技术。表面处理通常不视作养护工作，然而，这类工作应包含在

成本分析工作之中。

成本比较—使用期成本比较包括现值比较和年均成本比较。“现值”指的

是将所选修复策略全部原始成本和未来成本换算为当前现金的价值。未来的养护

和修复工作的费用以一定的折现率换算为当前现金值。现值分析方法要求各种修

复策略所取用的分析年限相同。

注：以上所有数据以年平均值为基础，采用的通货膨胀指标参考了“生产者物价指数”的年平均变动值。

把方案的现值划分成相等的年金价值即可得到该方案的“年均成本”。运用年均成本分析方法可以比较那些服务期限不同的方案。这种方法对于CPR3来说是很适用的，因为各种修复策略的预期使用年限一般是各不相同的。

注：为了准确估算每种方案的预期寿命，代理商应对其路面管理体制进行检查。

应用举例

以下举例说明修复方案的选定过程，这里假定了三种路面情况。这些案例演示了对有关修复策略进行整个使用期分析并最后选定合理方案的过程。各种方案的使用年限与表9所列数据相同。

案例中所采用的成本数据取自当地代理商的投标表格。这些数据仅供参考说明之用，而非可当作真实标准。实际成本应基于项目当地的实际条件、材料和人工成本而定。

每种案例代表了各种不同条件下的不同工程项目的情况。案例中所示的有关修复方案的解决方法考虑了相应路面状况水平并采用了适当的修复技术。（选择决策）程序与各种路面功能分类无关，并适用于公路、机场、城市道路或停车场工程。详细的使用年限成本分析过程载于附录。

为了简明之见，各案例中不包括养护成本内容。但在实际工作中做成本分析时，无论如何应包括有养护工作成本，这一点十分重要。

案例1

本案例反映的是一条已建成23年的混凝土路面的修复工作，要求修复后达到一种合理的良好的路况标准。预计该路的卡车交通量在最近几年内将会显著增加。修复的目标是修复路面目前的小型损坏并增强路面强度以应付未来的行车荷载。该路位于半乡村工业地区。

有三种策略被认为适合于该路面的修复。包括：混凝土路面修缮（方案），粘结性混凝土罩面（方案）以及多层沥青罩面（方案）。分析年限为20年的修复策略，在成本比较中采用的折现率为2.5%。图4所示为现有路面的路况数据，各种供选方案的施工项目，以及使用期成本比较的结果。

由于各方案的使用年限各不相同，所以在成本比较中使用年均成本分析方法而没有采用现值分析方法。分析表明，采用铺设3英寸（76mm）的粘结性混凝土罩面是最经济可行的修复策略。每种方案均要求进行同等标准的加铺前修整工作，以保持路面的结构整合性和避免罩面反射裂缝的发生。

案例2

现有的路面（美国州际高速公路）已达到其最终服务年限，需要进行大型的加铺结构性罩面或路面更新工作。该路是某大城市的环城公路。

案例2中具体分析了三种修复方案，包括：非粘结性普通水泥混凝土罩面（方案）；对现有路面施行破碎和重铺工艺，再加铺一层较厚的沥青罩面（方案）；以及彻底重建原有全部车道路面（使用再循环混凝土）方案。各方案的成本比较分析中，分析年限均为35年，采用的折现率为2.5%。图5所示为现有路面的路况数据，各种供选方案的施工项目，以及使用期成本比较的结果。

由于每种方案的使用年限各不相同，所以只有年均成本比较方法是合适的。通过年均成本分析表明，使用再循环混凝土路面重建修复芬兰最为经济可行。“破碎—重铺”并加铺沥青罩面方案的用户延误和交通管制的成本较高，这是因为这种方案在未来需要进行大量的修复工作。

案例3

在案例3中，现有路面为沥青路面，路况较差。这是一条双车道公路，连接着农场和集市，位于（美国）中西部某州境内。以往多数时间内，这条路承担的只是较小的货车交通量。每年秋季，有大量的重型农业机械和谷物运输卡车使用这条道路。

有两种修复方案可以被这条乡间公路采用，即：whitetopping 罩面方案和多层沥青罩面方案。在成本比较中，分析年限采用30年期，折现率取2.5%。图6所示为现有路面的路况数据，各种供选方案的施工项目，以及使用期成本比较的结果。

现值比较和年均成本比较表明这两种方案差别不大。分析表明两种方案的成本差别不超过各自总成本的2%，这是因为二者的使用期成本非常接近，其他因素将决定选择哪种（方案）。每年养护成本的考察，尽管在本案例中并未包括，但对于选出最佳方案来说，是很有必要的。

案例研究说明在选择修复方案时，考察所有项目的成本是很重要的。非路面因素成本，如交通管制和未来有关工程的成本，对各种修复策略的竞争力有很深的影响。有关项目的地理位置上的考虑，也会使某些问题变得突出，如用户费用和延误。所有这些事项影响各种方案的最终选定。

总结

路面工程行业的主要焦点集中在现有设施的修复工程上。一般工程修复技术是现成的，但选定一个策略性的修复方案却富有挑战性（是较难的过程）。使用系统性路面修复方法（程序），将有助于把握好每个项目的时机。在最初选择方案时，不要忽略掉任何可能的CPR3方案，这一点很重要。

在确定了对于现有路面可行的修复方案后，使用期成本分析的方法可用来对各个方案进行比较。在路面修复工作中，这个方法可以使我们以最经济的最优质的技术手段，充分利用好时机和机会。