基于行車舒適性的路面錯(cuò)臺(tái)養(yǎng)護(hù)探討

嚴(yán)由亮,曾利民

（贛州市公路發(fā)展中心崇義分中心,江西 崇義 341300）

0 引言

水泥混凝土路面強(qiáng)度高，耐久性好，是我國高等級(jí)路面常用的結(jié)構(gòu)形式。我國當(dāng)前公路通車總里程中水泥混凝土路面占比在40%左右，在道路建設(shè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。水泥混凝土路面每間隔4～6 m均需設(shè)置橫向接縫，接縫也是整個(gè)路面的薄弱環(huán)節(jié)，在行車荷載等的作用下，很容易出現(xiàn)唧漿、脫空、斷板、錯(cuò)臺(tái)等病害。錯(cuò)臺(tái)出現(xiàn)后，會(huì)大大影響行車平順性與舒適性，并在動(dòng)載效應(yīng)作用下加速路面破壞。不同地區(qū)和規(guī)范對錯(cuò)臺(tái)處治方法及標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定缺乏統(tǒng)一性，也無法為精準(zhǔn)性養(yǎng)護(hù)措施的制定提供指導(dǎo)，為此，該文基于行車舒適性視角，通過構(gòu)建水泥混凝土路面錯(cuò)臺(tái)計(jì)算模型，試圖建立水泥混凝土路面板錯(cuò)臺(tái)病害養(yǎng)護(hù)量化標(biāo)準(zhǔn)，為類似工程提供參考。

1 工程概況

某省道公路K28+300～K47+890段為水泥混凝土路面，線路長19.59 km，路基寬8.5 m，路面寬7.0 m，路肩寬2×0.75 m，全線均按照公路—Ⅱ級(jí)荷載等級(jí)設(shè)計(jì)。在該公路段選擇K42+000～K43+000段和K45+000～K46+000段為試驗(yàn)段，分別標(biāo)記為1#路段和2#路段。1#路段錯(cuò)臺(tái)病害較為嚴(yán)重且分布集中；2#路段除錯(cuò)臺(tái)外，還存在唧漿和斷板等病害。

2 試驗(yàn)段錯(cuò)臺(tái)數(shù)據(jù)采集

使用測試精度0.001 mm、質(zhì)量體積小、量程25 cm的數(shù)顯胎紋儀展開試驗(yàn)段錯(cuò)臺(tái)檢測及數(shù)據(jù)采集。根據(jù)試驗(yàn)路段車輛實(shí)際運(yùn)行軌跡分布特征，以距離面板邊緣50 cm、170 cm以及距離路中心50 cm的位置布置測點(diǎn)。將所取得的試驗(yàn)段錯(cuò)臺(tái)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。其中，駛離板低于駛出板的情況為正錯(cuò)臺(tái)，駛離板高出駛出板的情況為負(fù)錯(cuò)臺(tái)。

表1 試驗(yàn)段面板錯(cuò)臺(tái)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果 /個(gè)

3 錯(cuò)臺(tái)量分級(jí)

3.1 錯(cuò)臺(tái)量與局部平整度相關(guān)關(guān)系

根據(jù)對試驗(yàn)段錯(cuò)臺(tái)數(shù)據(jù)的整理與分析，該水泥混凝土道路路面錯(cuò)臺(tái)量和局部平整度間存在較好的相關(guān)關(guān)系，即在運(yùn)行速度不變的情況下，隨著錯(cuò)臺(tái)量的增大，局部平整度也相應(yīng)增大，結(jié)果見表2。此外，對于同一錯(cuò)臺(tái)量，隨著車輛運(yùn)行速度的增大，局部平整度快速增大。

表2 路面錯(cuò)臺(tái)量和局部平整度

然而，錯(cuò)臺(tái)量作為水泥混凝土路面錯(cuò)臺(tái)病害的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)為一客觀量，不應(yīng)當(dāng)隨車輛運(yùn)行速度的變化而變化，為此，必須對錯(cuò)臺(tái)量實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化處理[1]。具體而言，應(yīng)將錯(cuò)臺(tái)量道路設(shè)計(jì)速度依次代入各錯(cuò)臺(tái)量對應(yīng)的回歸方程，并通過該速度下局部平整度值展開錯(cuò)臺(tái)量評(píng)價(jià)。對各測試點(diǎn)錯(cuò)臺(tái)量和相應(yīng)的局部平整度指標(biāo)展開回歸分析，并根據(jù)關(guān)系曲線推求回歸模型，具體見式（1）：

式中，y——試驗(yàn)段水泥混凝土路面局部平整度（m/s2）；x——試驗(yàn)段水泥混凝土路面錯(cuò)臺(tái)量（mm）；n——錯(cuò)臺(tái)個(gè)數(shù)（個(gè)）；R2——相關(guān)系數(shù)，當(dāng)R2絕對值＞0.800，表明變量間相關(guān)關(guān)系較好；當(dāng)R2絕對值＜0.3，表明變量間基本無相關(guān)關(guān)系。根據(jù)模型公式看出，試驗(yàn)段水泥混凝土路面錯(cuò)臺(tái)量和局部平整度相關(guān)關(guān)系R2=0.841＞0.800，故兩者具備較好的相關(guān)性。

3.2 模型驗(yàn)證

為展開模型公式有效性驗(yàn)證，選擇試驗(yàn)段中3處錯(cuò)臺(tái)量相應(yīng)的加速度傳感器所測加速度信號(hào)展開分析。選擇接縫附近1.0 m以內(nèi)不存在裂縫和坑槽等病害的接縫，在檢測速度取60 km/h時(shí)計(jì)算各測點(diǎn)局部平整度，并將計(jì)算結(jié)果代入模型公式（1）中，以反算理論錯(cuò)臺(tái)量。將計(jì)算結(jié)果和數(shù)顯胎紋儀實(shí)測結(jié)果展開求差分析，結(jié)果見表3。根據(jù)表中結(jié)果，除測點(diǎn)12處理論錯(cuò)臺(tái)量和實(shí)際錯(cuò)臺(tái)量偏差在1.00 mm以上外，其余測點(diǎn)處錯(cuò)臺(tái)量理論值和實(shí)測值的偏差均不超出1.00 mm，符合《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D40—2011），也表明該文所提出的模型公式有效。

表3 理論錯(cuò)臺(tái)量和實(shí)測錯(cuò)臺(tái)量求差分析

3.3 錯(cuò)臺(tái)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

在構(gòu)建起水泥混凝土路面板錯(cuò)臺(tái)量和平整度關(guān)系后，結(jié)合平整度指標(biāo)和道路行駛質(zhì)量水平關(guān)系的相關(guān)研究成果，構(gòu)建基于道路行駛質(zhì)量的錯(cuò)臺(tái)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[2]。具體而言，將表中的局部平整度分級(jí)值依次代入模型公式，如當(dāng)?shù)缆贩?wù)水平為“優(yōu)”時(shí)的局部平整度分級(jí)值為6.0 m/s2，將該值代入模型公式，得出錯(cuò)臺(tái)量為3.0 mm；以此類推，便可得出其余道路服務(wù)水平下錯(cuò)臺(tái)量具體值，并以此為水泥混凝土路面錯(cuò)臺(tái)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果見表4。

表4 水泥混凝土路面錯(cuò)臺(tái)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

錯(cuò)臺(tái)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是水泥混凝土路面管理部門確定最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)、統(tǒng)籌養(yǎng)護(hù)資金、出臺(tái)養(yǎng)護(hù)處治方案的依據(jù)，但表2中錯(cuò)臺(tái)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)只考慮了道路行駛質(zhì)量，道路等級(jí)、養(yǎng)護(hù)資金分配、養(yǎng)護(hù)處治技術(shù)等方面均未考慮。為保證錯(cuò)臺(tái)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)切實(shí)合理，必須對整個(gè)路網(wǎng)中不同等級(jí)道路展開分組分級(jí)，加強(qiáng)錯(cuò)臺(tái)等病害檢測，并采用合理方法計(jì)算錯(cuò)臺(tái)量相應(yīng)的平整度指標(biāo)，從而構(gòu)建符合道路實(shí)際狀況的錯(cuò)臺(tái)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

4 錯(cuò)臺(tái)處治

在以上試驗(yàn)段錯(cuò)臺(tái)病害檢測及錯(cuò)臺(tái)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定的基礎(chǔ)上，結(jié)合《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F30—2014）、《水泥混凝土路面維修養(yǎng)護(hù)手冊》等規(guī)范和文件，提出該水泥混凝土路面錯(cuò)臺(tái)養(yǎng)護(hù)處治措施[3]，具體見表5。該公路水泥混凝土路面試驗(yàn)段無錯(cuò)臺(tái)量20 mm以上的嚴(yán)重病害，故不存在更換面板。

表5 水泥混凝土路面錯(cuò)臺(tái)養(yǎng)護(hù)處治措施

4.1 磨平處治

水泥混凝土面板錯(cuò)臺(tái)磨平分為人工處治和機(jī)械處治兩種。人工處治時(shí)，安排施工人員劃定錯(cuò)臺(tái)磨平區(qū)域，通過鋼尺量測錯(cuò)臺(tái)高；使用平頭鋼鑿從一側(cè)鑿向另一側(cè)，并保證處理后的面板基本平整。最后將接縫內(nèi)雜物徹底吹除，并灌填縫料。這種處治措施養(yǎng)護(hù)速度慢，人工費(fèi)用高。機(jī)械處治時(shí)，主要使用專用磨平機(jī)，從錯(cuò)臺(tái)最高處開始順次向低處打磨，邊磨邊通過3 m直尺找平，直到鄰板齊平為止。

該公路水泥混凝土路面錯(cuò)臺(tái)磨平處治采取人工配合機(jī)械處治方法，先由人工初步磨平高出的錯(cuò)臺(tái)面板，再通過磨平機(jī)二次加磨；清除接縫內(nèi)雜物后通過橡膠瀝青、聚氨酯、硅酮等嵌縫料及時(shí)灌縫。

4.2 使用水泥混凝土修補(bǔ)

對于錯(cuò)臺(tái)量在11～19 mm之間的面板，應(yīng)使用風(fēng)鎬將下沉板鑿除2～3 cm，并按照錯(cuò)臺(tái)高度與坡度之商計(jì)算修補(bǔ)長度。使用壓縮空氣徹底清除毛面處雜物，按照設(shè)計(jì)配比確定澆筑混凝土材料的使用量。在澆筑后的水泥混凝土面上均勻噴灑養(yǎng)護(hù)劑，按規(guī)范養(yǎng)生，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后開放交通。

4.3 設(shè)置傳荷裝置

水泥混凝土路面板荷載傳遞裝置主要由傳力桿、固定架等部分構(gòu)成，傳力桿長50 cm，直徑在2.8～3.6 cm之間，表面必須光滑，并應(yīng)涂覆環(huán)氧樹脂涂層。在接縫伸縮過程中，傳力桿必須能水平向移動(dòng)。每個(gè)輪跡分別布置3～5根傳力桿。

傳荷裝置設(shè)置時(shí)，應(yīng)使用風(fēng)鎬和切縫機(jī)在接縫處按混凝土面板厚度的1/2放樣切槽，槽寬8～10 cm，槽長70 cm，且每個(gè)輪跡布置3～5個(gè)切槽。切槽結(jié)束后將槽內(nèi)及槽底雜物徹底清除，并均勻涂刷黏結(jié)劑，將固定架置入后調(diào)平，再安裝傳力桿。固定架安裝高度應(yīng)比槽底高2～3 cm。完成傳荷裝置設(shè)置后，向切槽中澆筑細(xì)粒式混凝土，通過平板振搗器振搗密實(shí)，整平后收光，待切槽中混凝土實(shí)際強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)值的80%后開放交通。

4.4 壓漿工藝

4.4.1 板底脫空檢測

該工程采用FWD（Falling Weight Deflectometer，落錘式彎沉儀）定性判定試驗(yàn)段水泥混凝土面板是否存在脫空，同時(shí)通過雷達(dá)檢測波譜圖定量判定脫空。根據(jù)檢測結(jié)果，F(xiàn)WD和雷達(dá)檢測波譜圖對混凝土面板板底脫空的判定結(jié)果大部分情況下一致，僅個(gè)別部位不一致，具體見表6。

表6 FWD和雷達(dá)檢測波譜圖判定不一致的情形

基于此，又通過傳統(tǒng)的鉆芯取樣法對表中4個(gè)測點(diǎn)面板展開取芯測試。根據(jù)測試結(jié)果，1-27和1-28測點(diǎn)處面層和基層較好黏結(jié)，無脫空；而2-20和2-41測點(diǎn)處面層和基層嚴(yán)重脫離。

4.4.2 灌漿材料配合比

該公路錯(cuò)臺(tái)養(yǎng)護(hù)處治試驗(yàn)段采用項(xiàng)目所在地產(chǎn)P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，按照《公路工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（DG/TJ08—119—2018）的規(guī)定展開抽樣檢驗(yàn)，比表面積399 m2/kg，密度3.1 g/cm2，標(biāo)準(zhǔn)粘稠度用水量為129 mL，初凝及終凝時(shí)間分別為139 min和198 min，28 d抗壓強(qiáng)度為50.5 MPa。全部指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

選用工程所在地某電廠生產(chǎn)的密度2.76 g/cm2，比表面積289 m2/kg，活性指數(shù)80%的Ⅱ級(jí)粉煤灰，水泥和粉煤灰材料的化學(xué)組成情況見表7。

表7 水泥和粉煤灰材料的化學(xué)組成/%

為減小水泥用量，提升漿液強(qiáng)度和粘稠度，控制漿液固化后收縮程度，應(yīng)按比例摻入砂。但大粒徑砂會(huì)造成不均勻沉降。該公路按照《水泥強(qiáng)度試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)砂》（GB178—2010）要求選用試驗(yàn)用砂，并在拌制前過0.5 mm方孔篩。

選用膨脹率在0.03%～0.05%范圍內(nèi)的BD—UEA高效膨脹劑；同時(shí)，使用同一建材公司生產(chǎn)的減水率≥8%、泌水率≤95%，1 d、3 d、7 d、28 d抗壓強(qiáng)度分別在150%、140%、120%、100%以上的BDN—Ⅱ型高效早強(qiáng)減水劑。

結(jié)合相關(guān)規(guī)范及類似工程經(jīng)驗(yàn)，按照兩種配合比（配合比1質(zhì)量比為水泥∶粉煤灰∶膨脹劑∶早強(qiáng)劑∶水=1.0∶2.0∶0.08∶0.06∶1.2；配合比2質(zhì)量比為水泥∶粉煤灰∶膨脹劑∶早強(qiáng)劑∶水=1.0∶3.0∶0.08∶0.12∶1.65）分別成型膨脹系數(shù)試件和抗壓強(qiáng)度試件。按照要求養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及線膨脹系數(shù)測試，結(jié)果見表8。根據(jù)表中結(jié)果，粉煤灰摻量越大，漿液線膨脹系數(shù)越小，強(qiáng)度也越低，故該公路試驗(yàn)段按照配合比1制備漿液。

表8 漿液7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及線膨脹系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

4.4.3 現(xiàn)場灌漿

結(jié)合板底脫空檢測結(jié)果標(biāo)定脫空板位置，并通過鉆孔取芯機(jī)按標(biāo)定位置鉆孔，深度達(dá)到基層底面。使用灰漿泵將拌制好的灰漿壓入脫空板底，注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa范圍內(nèi)；持續(xù)注漿至接縫或鄰孔出現(xiàn)溢漿且脫空板略微升高為止。灌漿期間必須實(shí)施壓力和時(shí)間雙控，避免土路肩出現(xiàn)開裂破壞。對于溢漿孔應(yīng)及時(shí)使用木塞封堵，避免壓力散失；拔出灌漿頭后應(yīng)及時(shí)在注漿孔內(nèi)塞入木塞封堵8～10 min，避免灰漿返流。注漿結(jié)束后，必須待灰漿強(qiáng)度達(dá)到3.0 MPa以上，方可開放交通。

5 結(jié)論

綜上所述，應(yīng)用該文所提出的方案對該病害公路試驗(yàn)段錯(cuò)臺(tái)展開養(yǎng)護(hù)處治，開放交通1個(gè)月后，再次使用FWD和探底雷達(dá)檢測處治區(qū)域，結(jié)果表明，除1-38和2-10兩塊面板板角處仍存在脫空外，其余病害區(qū)處治效果良好；且板角仍存在脫空的兩個(gè)部位面積比脫空前明顯減小。通過比較灌漿前后面板中部彎沉及接縫傳荷能力發(fā)現(xiàn)，灌漿處治后面板間傳荷能力顯著提升；應(yīng)用數(shù)顯胎紋儀對灌漿后接縫錯(cuò)臺(tái)量進(jìn)行檢測，錯(cuò)臺(tái)量最大降幅達(dá)0.6 mm?？梢姡M(jìn)行水泥混凝土面板灌漿處治既能有效解決板底脫空病害，又能修復(fù)錯(cuò)臺(tái)，提升混凝土路面使用性能。