水泥路面养护维修关键技术（舒翔）__欢迎光临广东省交通科技网 课件

水泥路面养护、维修关键技术 舒 翔 教授级高工 广东交通科技成果推广系列讲座 水泥路面养护、维修关键技术研究课题组 二00九年八月 主要内容 u一、研究的背景和目的 u二、广东省水泥路面的发展概况 u三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 u四、水泥路面破损调查检测和分析技术 u五、水泥路面养护、维修关键技术 u六、水泥路面加铺、大修及改建关键技 术 一、课题研究的背景和目的 随着道路交通量和汽车载重量的急剧增加，我省部分水泥 路面己接近或超过其设计累计交通量，有的虽远未达到使用年 限，但也出现了不同程度的病害，路面结构破坏日渐严重，使 用品质下降。根据华路公司历年调查结果，我省水泥路面病害 主要表现为纵横向断板、交叉破碎、角隅断裂、板底唧泥和脱 空，以及错台和接缝张开等，其中开裂断板类病害约占80% 以上。破损原因很多。 超载交通是主要原因，但是一些养护工作者对水泥路面破 坏的机理和原因认识不清，对路面性能状况的检测、评估不到 位，加上预防性养护不及时或者养护方法和工艺落后，使得多 数水泥路面 “坏了就补、补了又坏”的现象时有发生。 一、课题研究的背景和目的 因此，为了防止和减少水泥路面早期破坏，提 高我省水泥路面行驶质量，保障行车的安全和舒适 性，交通厅组织立项对“水泥路面养护、维修关键 技术”进行研究，目的在于总结已有成果，形成相 应养护技术指南，这对我省水泥混凝土道路的维修 及养护工作都具有重要的指导意义和实用价值。 二、广东省水泥路面的发展概况 l 80年代以前，我省水泥路面不足3千公里，且主要 分布在一些经济较发达地区的地方公路上，国省 道主要以沥青路面为主。 l 广东大面积修筑水泥路面是1991年广汕公路改造 （全长465km）开始，几乎将原沥青路面全部改造 为水泥砼路面。从此全省国省道几乎无一例外的 选择了水泥路面，其原因是交通量与日剧增，重 车日益增多，原有的沥青路已明显适应不了当时 的交通需求，而每年的水毁和养护费用明显不足 。且当时广东是全国的水泥生产大省，水泥产量 占全国的十分之一。 二、广东省水泥路面的发展概况 l因水泥路面噪音大、行车舒适性差。 90年代后期，广东大 多数高速公路几乎全面修筑沥青砼，但国、省道仍坚持以水 泥砼为主。广东修筑高速公路水泥砼路面是从花清高速公路 开始，之后北环高速，深汕高速公路二、三标和佛开高速公 路陈山以南，以及深汕东、电湛高速全路段。当时修筑水泥 路主要还是从造价方面考虑。佛开、深汕主要以路基较好的 路段来选择的。 l 新世纪以来，大量的超重交通对许多高速公路产生了较 为严重的影响，许多沥青砼路面已不同程度的损坏，水泥砼 路面又提到了高速公路的议事日程。除了水泥路面造价低外 ，良好的抗车撤性能和使用寿命长，养护简单，在许多地方 高速公路得到应用。 二、广东省水泥路面的发展概况 l 从施工方面： l 人工、小型机具施工 l 三辊轴施工 l 轨道式摊铺施工 l 滑模摊铺施工 l 自动打入DBI滑模摊铺施工 l 以及加强 原材料控制、养生、接缝材料等 方面的技术处理提高施工艺水平 二、广东省水泥路面的发展概况 l 面对当前恶劣的交通轴载环境，以及水泥路面 大面积损坏的现状，我国公路工作者也逐渐意识 到了水泥路面原有设计的不足，并积极进行改进 ，集中体现在新设计规范修订时增加了路面结构 可靠度的设计，提高了路面结构设计厚度和强度 的标准，细化了路面结构组合和材料组成及性质 参数要求，完善了路面结构排水系统设计等。 2003年开始修筑的梅河、粤赣高速公路。 l 水泥路面破坏后的修复是十分困难的。也难怪我 们总是在修沥青路和水泥路之间徘徊。 二、广东省水泥路面的发展概况 l根据统计，截至1993年底全国水泥路面 为28048公里，1995年底广东省水泥路 面总里程为16057km，而截至2006年 底水泥路面已达59111km。可见，未来 水泥路面的养护任务十分繁重。 l目前看来高速公路和国省道相对重视管养 。 二、广东省水泥路面的发展概况 n交通荷载调查方法 1.国内目前累计当量标准轴次（ESALs） 2.国外车辆轴载谱和车辆组成 n当量标准轴载存在问题： 1. 交通量与荷载对应关系差 2.交通量数据和代表车型额定轴载推算 3.安装动态称重设备weight-in-motion WIM 4.静态实测调查 根据2007年8月华路公司对我省五条典型高速公路交通量和 轴载的调查，可得货车总重和轴重的超载情况如表2-1、表2- 2所示。 路段 所测货车测货车 数量(辆辆) 超载货车载货车 数量(辆辆) 超载车载车 所占比例(%) 最大测测定 值值(吨 ) 最大 超载载率 (%) 超载车载车 比例 最大的车车型 广 清101784783.3153.03377.5136型 佛 开126154867.0110.05100.113型 京珠北101468367.4181.25280.9136型 粤 赣赣122257947.4210.01414.3136型 深汕西122228023.0107.64106.7136型 表2-1 五条高速货车超载情况 二、广东省水泥路面的发展概况 表2-2 五条高速轴重超载情况 路段 所测测 轴轴数( 个) 超载载 轴轴数(个 ) 超载轴载轴 所占比例(%) 最大测测 定值值 (吨) 最大超 载载率(%) 超载载比例最大轴轴型 广 清101777476.1108.48420.1三联轴联轴 每侧侧双轮轮胎 佛 开1526119378.252.55202.3双联轴联轴 每侧侧双轮轮胎 京珠北2558168665.9130.06680.3单轴单轴 每侧侧双轮轮胎 粤 赣赣3218169252.6143.9899.5三联轴联轴 每侧侧双轮轮胎 深汕西259972828.069.16279.0三联轴联轴 每侧侧双轮轮胎 二、广东省水泥路面的发展概况 轴载谱是公路上实际出现轴载的反映，是计算轴载换算系数的 基本数据。根据华路公司的调查结果，可得到广东省典型高速 公路上不同轴载的轴载谱，如图2-1图2-4所示 。 图2-1 单轴单轮轴载谱图2-2 单轴双轮轴载谱 二、广东省水泥路面的发展概况 图2-3 双联轴双轮轴载谱图2-4 三联轴双轮轴载谱 二、广东省水泥路面的发展概况 根据轴载调查的情况，按照公路水泥混凝土路面设计规范 （JTG D40-2002）中要求，进行现有交通量下现有路面结 构的荷载应力及温度应力计算，同时按照靠可度系数的理论， 与混凝土弯拉强度标准值进行比较。得到四条高速公路水泥路 面结果如表2-3所示。 二、广东省水泥路面的发展概况 表2-3 疲劳应力与混凝土强度比较 二、广东省水泥路面的发展概况 由表2-3可以发现，在超载作用下，四条高速公路 水泥混凝土路面板在荷载疲劳应力与温度应力作用之 下，并在一定保证率和可靠度的情况下，其中，广清 、佛开、深汕西三条高速公路会产生疲劳断裂，而粤 赣高速的路面结构也将近处于临界状况。 因此，超载作用下，水泥混凝土路面板很容易产生 断板的现象。 其他高速公路和国省道也存在超载情况，其路面 状况同样令人堪忧。 二、广东省水泥路面的发展概况 n加大力度治理超载 n调整交通荷载调查方法 n加快研究广东水泥路面设计参数 n提高养护水平和质量 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 n我省水泥路面典型病害主要有纵横向断裂、交叉破 碎、角隅断裂、错台以及填缝料损坏等。 主车道横向断板主车道连续纵裂 水泥路面典型破坏形式 水泥板交叉破碎 水泥板角隅断裂 水泥路面典型破坏形式 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 水泥路面严重错台 水泥路面接缝料缺失 水泥路面典型破坏形式 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 水泥路面唧泥、脱空水泥路面唧泥、脱空 水泥路面典型破坏形式 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 我省水泥路面破坏的主要原因 1.重载和超载车的作用 路面设计的一个重要依据是标 准轴载的疲劳作用次数，但我国 目前公路车辆中很大一部分的实 际荷载都超出了公路设计标准， 而且这些车辆严重超载。从力学 角度分析，轴载对路面的损坏影 响随轴载级别的提高呈指数速率 递增，因此超载必将造成路面断 裂破坏，尤其是对存在脱空的水 泥混凝土板，超载后直接导致唧 泥、角隅断裂以及严重的断板。 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 我省水泥路面破坏的主要原因 2.早期的水泥路面设计标准偏低，主要表现在结构层 厚度与强度不足，部分道路横向接缝没有设置传力杆 ；横向未设拉杆或不足；排水系统设置极不完善，基 层强度低，基层顶面几乎没有任何防、排水措施，路 表水渗入后对基层和路基的冲刷严重。 3.施工质量差，主要表现在路基施工质量不佳，通 车后路基出现不均匀沉降；基层强度过低，出现松散 ，或者基层强度过高，收缩性过大，导致基层出现开 裂；水泥砼面板原材料质量控制不严、养生不当、据 缝不及时等，造成面板先天缺陷。 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 4. 养护技术人员对水泥路面病害产生的 机理认识不清晰，路面检测不到位，导 致养护对策针对性不强，养护措施不当 。脱空、接缝填缝料损失或路面出现裂 缝后养护不及时，水泥路面预防性养护 的理念更是未得到较大范围的接受。 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 我省水泥路面破坏的主要原因 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 损坏类型与原因 损坏类型结构性功能性与支承条件有关 纵向裂缝 横、斜向裂缝 角隅断裂 交叉裂缝 唧泥，冒水 错台 沉陷 拱起、胀起 超载对水泥路面结构的力学响应 为探讨超载对路面的影响，以广花高速公路为例，结合大型 通用有限元分析软件，对其水泥路面结构进行了不同轴载下的 力学分析，结果如表3-1、图3-1图3-3所示。 表3-1 不同轴载水平下应力应变计算结果 荷载项载项 目 轴载轴载水平 BZZ-100超载载30%超载载60%超载载100%超载载150%超载载200% 表面弯沉（ 0.01mm） 11.314.6918.0822.628.2533.9 面层层（MPa ） 0.610.790.971.221.521.83 18.223.729.136.445.554.6 基层层（MPa ） 0.030.040.050.060.080.09 20.626.833.041.251.561.8 底基层层（MPa ） 0.040.050.060.080.100.12 30.339.448.560.675.890.9 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 超载对水泥路面结构的力学响应 图3-1 轴载表面弯沉曲线 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 超载对水泥路面结构的力学响应 图3-2 轴载面层层底最大弯拉应力曲线 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 超载对水泥路面结构的力学响应 图3-3 轴载面层层底最大弯拉应变曲线 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 超载对水泥路面结构的力学响应 由表3-3计算结果和图3-1图3-3可知： 1、不同轴载水平作用下，水泥路面的表面弯沉以及 各结构层应力应变基本与轴载呈线性关系，这一规律 较好地符合于弹性地基板理论。 2、各结构层层底最大弯拉应力基本随轴载的增大呈 线性增大的趋势，面层水泥砼板底最大弯拉应力增加 趋势要明显大于基层和面层。 3、同一轴载下，底基层层底最大弯拉应力大于基层 层底最大弯拉应力，而底基层与基层所用材料属性基 本相当，因此，随着轴载的增加，底基层要先于基层 出现弯拉破坏。 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 u水泥路面脱空形成机理 水泥路面板下存在局部不均匀支撑。一般来讲，不均匀支撑 主要与重载和超载车辆作用、混凝土板受温度和湿度影响后的 翘曲、旧水泥路面加宽、基础和路堤不均匀沉降，以及近桥涵 段填土压实不足等有关。 水泥路面板下局部弱支撑的产生又可划分为三种，一是基层物 质成分的流失，主要是车辆荷载与空气介质和水介质的相互作用 所致：由于水泥路面存在接缝 (有时还有裂缝 )和自由边缘，路基 和基层因降雨等原因，有时处于浸润状态。此时，在车轮荷载作 用下，路面板与基层之间会产生高压水流，从而侵蚀基层表面， 使得含有基层材料颗粒成分的压力水从路面板的接缝或裂缝处喷 出（唧泥）。这种现象一旦发生，路面板就会局部失去基层的支 承作用而产生断裂及错台。 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 第二是基层下部失去或弱化支撑，这是由于垫层或路基的不均 匀沉陷、纵向、横向的裂隙或路堤的侧向位移所致。 第三是水泥面板受温度的影响会产生反复的翘曲变形，且当 车轮荷载作用于路面上时，面层板也会产生弯沉变形，这些变形 的累积也同样会导致板底的支撑弱化或脱空 。 水泥路面板下脱空的产生过程总体上是由基层均匀支撑的 水泥路面板过渡到非均匀支撑(局部弱支撑) ，进而到局部失 去支撑(脱空) 的水泥路面板。基层非均匀支撑和脱空的水泥 路面板都可以导致水泥路面板的早期断裂；断裂后的路面板， 在地表水和车辆荷载的共同作用下又重新加速了新的脱空和新 的断裂产生。 u水泥路面脱空形成机理 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 我省部分高速公路水泥路面主车道脱空比例 项项目名称通车时间车时间交通轴载轴载 状况检测时检测时 间间 脱空比例检测检测 方法 粤赣赣 高速 江西方向 2005.12 标标准车车型断面交通量8762 辆辆/日，货车货车 超载载比例 47.4%，最重车车210.01吨。 2007.10 21.21% 路面雷达 广东东方向23.82% 汕汾 高速 汾水方向 2001.11 标标准车车型断面交通量5915 辆辆/日，重车车所占比例汕头头 方向23%，汾水方向68%。 2008.9 17.4% 路面雷达 结结合FWD 汕头头方向27.3% 茂湛 高速 茂名方向 2000.122005.8 33.4%FWD多级级 加载载 湛江方向31.5% 佛开 高速 大修1标标 1996.12 标标准车车型断面交通量39058 辆辆/日，货车货车 超载载比例 67.0%，最重车车110.01吨。 2008.9 32.7% 贝贝壳曼梁 弯沉 大修2标标21.2% 广韶 高速 湖南方向 2001.1 货车货车 超载载比例68.1%；单单 轴轴 双轮轮最大超载轴载轴 重为为16.6 吨。 2005.3 52.0% 路面雷达 结结合FWD 广东东方向 43.0% 水泥混凝土路面受温度变化的影响，将产生变形。温度变化 所引起的变形如果受到约束，将会产生温度应力，有时温度应 力甚至会大到超过载荷引起的应力，使路面遭到破坏。例如， 由于混凝土路面板顶部和底部的温差，使面板白天隆起夜晚下 凹，称为温度翘曲应力。水泥混凝土路面板温度翘曲应力，是 指路面板在温度梯度（沿板厚方向温度线性分布）作用下的翘 曲变形受到地基和自重约束而导致的板结构应力。 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 温度变化对水泥路面翘曲度的影响 假设水泥板厚度为28cm，表面温度为50 ，板底温度分别 取为45 、40 、35和30 。通过有限元计算结果表明， 在路表温度一定的情况下，路面板内温度降低越多，翘曲应力 越大。此外，沿路面厚度往下，翘曲应力逐渐减小（如下图所 示）。 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 温度变化对水泥路面翘曲度的影响 翘曲应力计算点位示意图 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 温度变化对水泥路面翘曲度的影响 水泥路面不同温度差下的翘曲应力 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 脱空状态下的水泥路面力学响应 以佛开高速公路为例，应用三维有限元方法对车辆 载荷作用下其基层脱空时水泥路面的极限承载能力进 行分析，以从理论上探讨脱空状态下的水泥路面力学 响应特征和规律，结果如图3-4、图3-5所示。 路面板脱空是水泥混凝土路面最主要的破坏形式之 一，荷载作用和温度变化引起的板内应力则是混凝土 路面板破坏的原因。因此，可根据混凝土路面板最不 利荷位处荷载应力和温度应力之和是否超过混凝土设 计弯拉强度，确定混凝土路面的极限承载力。为了突 出脱空对极限承载力的影响，先不考虑温度。 图3-4 不同轴载和脱空尺寸下的极限承载力 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 脱空状态下的水泥路面力学响应 图3-5 不同轴载和路面板厚度下的极限承载力 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 脱空状态下的水泥路面力学响应 从图3-4、图3-5可以看出，当路面板厚h=0.28时 ，随着脱空尺寸d的增加，路面板所能承受的极限载 荷不断减小，即脱空严重影响路面板的强度。当脱 空d不变,h不变时，不同轴型对应的极限承载力由大 到小排序：三联轴双联轴单联轴。而当基层脱空 尺寸d1时，随着路面板厚度h的增加，路面板所 能承受的极限载荷不断增强，即板的厚度能够提高 路面板的承载强度。 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 脱空状态下的水泥路面力学响应 u水泥混凝土路面的开裂机理 1、水泥混凝土路面开裂的初期阶段 （1）薄弱层的形成及破坏机理 水泥路面是将水泥混凝土直接 浇注在凸凹不平的基层上。界面 部分的弹模、泊松比和强度既不 同于面层的弹模、泊松比和强度 ，又不同于基层的相应指标，实 质上是一过渡层，并且相对面层 而言，该层即为强度薄弱层(图3- 6)。 图3-6薄弱层的形成 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 （2）混凝土路面板底微裂纹 的生成 过渡层破坏，面板与基层分离 ，混凝土路面继续胀缩和产生温 度变形，使板产生巨大的剪应力 。然而，板的自重以及面板与凸 凹不平的基层之间的咬合作用， 对路面板收缩起到阻碍作用，导 致剪应力对板直接施加撕裂破坏 ，从而使板底不同部位微裂纹的 产生成为必然(图3-7)。 图3-7 板底微裂缝的生成 1、水泥混凝土路面开裂的初期阶段 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 2、水泥路面开裂的中期阶段 （1）板中微裂缝的生成及发展 根据损伤力学观点 ，水泥混凝土面板本身就是一种损伤构 件。在行车荷载和温度应力作用下，损伤度会逐渐增大，路面 板板中裂纹尖端附近的混凝土逐渐损伤，裂纹会逐渐发展和加 剧 (图3-8)。 图3-8 板中裂纹的形成 （2）振动荷载作用下板底裂纹的扩展 路面板在运动荷载作用下会发生振动 ，板的振动反过来又作用于行驶其上的 车辆。这种车与板之间的耦合作用随荷 载和车速的大小、路面平整状况以及基 层材料性能的不同而变化，并且会对板 的开裂产生较大的影响。 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 （3）板中裂纹与板底裂纹的贯通 在车辆荷载作用下，混凝土路面板将出现2种情况 ： 1： 板底及板中出现裂纹后，荷载作用下受拉区 会出现损伤 ，受拉区应力增大，裂纹有向板顶扩展 的趋势。 2：受拉区受损，承载能力下降，中和轴向板顶 移动，导致受压区增大，该区受压损伤进一步加剧， 板中裂纹延长。 2、水泥路面开裂的中期阶段 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 3、水泥路面开裂的后期阶段 按断裂力学观点，水泥路面的疲劳破坏过程 应分为两个阶段：即路面完好无损至板底表面 形成明显的裂纹阶段和裂纹扩展至路面板完全 断裂阶段，并且第一阶段通常占材料总寿命的 80%左右。在板底裂纹已经产生的情况下，板 的疲劳寿命实际上仅相当于第二阶段的疲劳作 用次数，这正是水泥路面往往未到设计年限而 发生断裂破坏的原因。 典型破损下水泥路面极限承载能力分析 水泥路面板的破损往往是多种破损形式在载荷反复作用下的结果。课题组 运用ANSYS有限元分析软件对水泥路面在裂缝和脱空这两种破损形式下，路面 板的极限承载能力进行了计算。计算模型为路面板中央存在裂缝，裂缝正下方 基层脱空。脱空形状为边长为1m的正方形脱空层，轴载形式为单轴双轮。 1.裂缝深度对路面板极限承载能力的影响 裂缝缝深度 （m） 0.060.120.180.24 最大轴轴重 （吨） 43282318 最大拉应应 力（MPa ） 5.14.95.05.1 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 2.裂缝长度对路面板极限承载能力的影响 计算模型为路面板中央有裂缝，裂缝下基层脱空，裂缝深度0.12m，轴载 形式为单轴双轮。结果显示裂缝长度的增加，路面板极限承载力减小。 裂缝长缝长 度（m）0.511.523 最大轴轴重（吨）201918.51817 最大拉应应力（MPa ） 4.894.95.175.064.84 典型破损下水泥路面极限承载能力分析 裂缝 长 0.5m 时的 最大 拉应 力图 裂缝 长 2m 时的 最大 拉应 力图 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 3.载荷形式对路面板极限承载力的影响 计算模型为路面板破损情况为在路中央有一长1m ，宽0.2m,深0.12m的裂缝，裂缝正下方基层有一 边长为1m正方形脱空层。 载载荷形式单轴单单轴单 轮轮 单轴单轴 双 轮轮 双轴轴双轮轮 三轴轴双 轮轮 最大轴轴重(吨)23286580 最大拉应应力 (MPa) 4.894.95.275.29 单轴单轮的最大拉应力图 单轴双轮的最大拉应力图 双轴双轮的最大拉应力图 三轴双轮的最大拉应力图 典型破损下水泥路面极限承载能力分析 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 4.四角脱空时路面板的极限承载能力分析 简化脱空层形状为边长为a的正方形脱空，脱空位置在路面板的四个角 上，载荷位置位于脱空层上方,载荷形式为单轴双轮。计算结果显示，当 脱空区域较小时，路面板的极限承载能力较大，随着脱空区域的增大，极 限承载能力下降。 脱空大小(m)a=0.5a=0.8a=1.2a=1.6a=1.8 最大轴轴重(吨最大拉应应力（MPa ） 5.075.025.045.015.03 从以上典型破损下水泥路面的极限承载能力分析可以看出，水泥路面 板的破损对其极限承载力影响明显：其极限承载能力随着裂缝深度、长度 ，以及脱空区域的增大而减小。在不同的轴载形式下，路面板的极限承载 能力不同，在同样的破损情况下，三轴双轮作用下路面板的极限承载力最 大，而单轴单轮作用下的极限承载力最小。 典型破损下水泥路面极限承载能力分析 三、水泥路面典型破坏形式和机理分析 四、水泥砼路面状况调查检测和分析 为了解水泥路面现状，选择针对性的养护措施，制定 科学的养护政策，编制合理的养护计划，以及进行路面 大修、改建设计等都必须进行路面状况的调查检测和评 定。路面状况调查和评定一般包含以下几个方面的内容 ： 1. 路面破损状况调查； 2. 路面结构承载能力测试； 3. 路面行驶质量检测； 4. 路面抗滑能力测试； 5. 交通量和轴载情况调查； 6. 路基和路面排水状况； 7. 路面修建和养护历史。 水泥路面接缝传荷能力检测 接缝传荷能力检测示意图 四、水泥砼路面状况调查检测和分析 可采用FWD进行测试，其试验荷载应接近于50KN，并根据9个弯 沉传感器中的第3个（未受荷板）和第1个（受荷板）弯沉值按下 式计算接缝的传荷能力。 水泥路面脱空检测 目前国内有多种脱空检测方法，主要有人工目测 法、贝克曼量弯沉测定法、FWD多级加载法、雷达 检测法、钻芯法、声振检测法等。 u人工目测法 人工目测法是通过肉眼观察接缝、裂缝、唧泥等情 况初步判定脱空。 这种方法的缺点是主观性强，即便是有经验的工程 师也不能避免错判、漏判，故该方法在高等级公路的 脱空检测中很少应用，即使采用，也只能作为参考。 四、水泥砼路面状况调查检测和分析 水泥路面脱空检测 u贝克曼梁弯沉测定法 采用贝克曼梁对板角或接缝位置按规范要求进行弯沉检测，然 后根据公路水泥混凝土路面养护技术规范（JTJ 073.1- 2001）中规定，弯沉值大于0.20mm应判定为脱空。该方法虽 然简单，但其判断的准确性仍值得商榷。 四、水泥砼路面状况调查检测和分析 水泥路面脱空检测 uFWD多级加载法 利用FWD对水泥路面板角或板边施加分级荷载测试弯沉，然 后利用荷载板中心的弯沉与相应的分级荷载做出弯沉与荷载的关 系曲线，通过回归直线的截距或斜率来判断脱空情况，若截距或 曲线斜率大于某一数值时，即认为板底存在脱空。 (示意 ) 四、水泥砼路面状况调查检测和分析 水泥路面脱空检测 u路面雷达脱空检测法 路用探地雷达（GPR）通过天线向地下发射高频脉冲电磁波， 波在地下传播过程中遇到不同电性介质界面时发生反射，由接收机 接收被反射的回波，并由计算机进行数据分析和成像处理。 四、水泥砼路面状况调查检测和分析 水泥路面脱空检测 u声震脱空检测法 声振检测是激励被测试件产生机械振动（声波），测量其振 动的声学特征来判定质量的技术。该方法科技含量较高，仪器轻 便易携带，但是还未大范围推广使用。 刚性路面 麦克 风 PC机 特征处理 和提取 模式 识别 落锤 四、水泥砼路面状况调查检测和分析 水泥路面脱空检测评价方法 目前与水泥路面有关的接缝检测、表面功能检测等都有一套 相对较为完善的评定方法，但对于水泥路面的脱空评定则仍然是 “仁者见仁、智者见智”。因此，课题组重点对水泥路面脱空的评 定方法进行了系统研究。 课题组通过采用贝克曼梁法、FWD多级加载法、路面雷达 扫描，以及钻芯等多种检测方法对广东省的佛开、汕汾、粤赣 、广州市北环等多条高速公路水泥路面的脱空情况进行了综合 判断，结果表明：先采用路面雷达进行初步扫描，再对有脱空 嫌疑的路段重点进行FWD多级加载检测，能够较为准确地判断 水泥路面的脱空情况。 但是，在评定水泥混凝土板块脱空时，如果单独采用FWD 截距、FWD斜率、最大弯沉，板块传荷系数等某项指标来进行 脱空判定时，通常会带来误判的后果。 四、水泥砼路面状况调查检测和分析 物元分析方法是蔡文1983年提出来的，它以促进事物转化， 解决不相容问题为核心，研究解决矛盾问题。它通过建立多指 标参数的质量评定模型，并能以定量的数据来表示评定结果， 从而进行较合理、完整、综合地反映水泥混凝土路面板的脱空 状况，一定程度上解决了以往在水泥混凝土路面板脱空评价中 所存在的问题。故本课题提出了“水泥混凝土板脱空物元评定” 方法，该方法考虑了水泥混凝土板的FWD截距、FWD斜率、最 大弯沉，板块传荷系数等多项检测结果，应用物元原理，综合 评定水泥混凝土板底脱空情况，通过工程实例检验，该方法具 有较高的科学性和准确性。 为此，课题组比较了“物元分析法”、“层次分析法”、“模糊评 判”、“灰色理论”、“神经网络”等多因素综合评价方法的优缺点 和适用性，最后选定了“物元分析法”来进行脱空的综合评定。 水泥路面脱空检测评价方法 四、水泥砼路面状况调查检测和分析 路面平整度检测 目前较普遍采用的是车载 式激光平整度仪进行连续检 测，这种车能以20- 80km/h进行连续检测，节 省了人力物力，提高了平整 度测量的准确性和效率。以 华路公司购买的美国威林克 公司生产的多功能车为例， 该车配备了DYNATEST 5051 RSP激光平整度仪， 如右图所示。 多 功 能 道 路 检 测 车 平 整 度 检 测 系 统 四、水泥砼路面状况调查检测和分析 抗滑性能检测 目前较普遍采用的是摩擦系数 车检测，该车也是将繁重的人工 检测机械化，提高了测量精度和 检测速度。以华路公司购买的英 国WDM公司生产的横向力系数测 试车（SCRIM）为例，通过行驶 时路面对该测试轮产生横向摩阻 力，该值与测试轮和路面的摩擦 系数成正比，侧向力与作用在 SCRIM测试轮上的垂直荷载之间 的比值就是侧向摩阻力系数。测 试仪器如右图所示。 横 向 力 系 数 检 测 车 横 向 力 测 试 系 统 四、水泥砼路面状况调查检测和分析 五、水泥路面养护、维修关键技术 AASHTO 2002 设计指南中的水泥路面养护措施 路面养护设计通常包括了修补现有退化并把未来的路面退 化减小到最低程度所需要的各个单独的修复措施。根据定义 ，一个修复设计应该是很具体明确的说明要用到的路面 修补类型和数量以及何时进行修补。修复设计方法要很详尽 ，使设计人员能够详细地评估修复工程的预期性能和成本， 并与其他方法进行比较。 n结构状况 n功能状况，包括路基变化 n层间排水状况 n材料耐久性状况 n路肩状况 五、水泥路面养护、维修关键技术 AASHTO 2002 设计指南中的水泥路面养护措施 n不加宽车道重建 n加宽车道重建 n结构加铺（可能包括移除和替换所选的路层 ） n非结构加铺 n不用加铺层的修复 五、水泥路面养护、维修关键技术 AASHTO 2002 设计指南中的水泥路面养护措施 美国水泥路面最常见的修补措施：板块碎化，全深度修补，部分 深度修补，补强销钉（retrofitting dowels），十字缝合（cross- stitching）纵向裂纹或纵向接缝处理，钻石磨削（diamond grinding），以及接缝和裂纹再填封（resealing）。 一般情况下，轻微退化的路面只需要用一种修补措施。但是，如 果路面退化的面积和程度比较大的话，就需要用一种或多种措施。 要使用哪种措施，取决于路面有哪种损坏。要使不加铺修复达到最 好的效果，适当的工程技术、建设和时间安排是很重要的。 如果这 些把握不当，会使不加铺修复的效果很差。表5.1总结了一些属于不 加铺修复的修补措施，包括预防性养护措施。 五、水泥路面养护、维修关键技术 表5.1 水泥路面修补和预防性措施（AASHTO 2002） 路面类型 损坏 修补措施 预防性措施 水泥路面 接缝式混凝土路面唧浆（以及低 接缝荷载转移效率） 封底Subseal（有效性取决 于作用材料和操作程序） 再填封接缝（reseal joints） 恢复接缝荷载转移 地下排水 边缘支承（系接PCC路肩边梁） 接缝式混凝土路面接缝断层 磨削 结构加铺 封底 再填封接缝 恢复荷载转移 地下排水 边缘支承（系接PCC路肩边梁） 接缝式混凝土路面板块开裂 全深度修补 替换/再生车道 封底（支承缺失） 恢复荷载转移 结构加铺 接缝式混凝土路面接缝或裂缝碎 裂（spalling） 全深度修补 部分深度修补 再填封接缝 穿裂（CRCP） 全深度修补 高分子聚合物/环氧灌浆 封底（支承缺失） PCC崩解（disintegration） 全深度修补 无，铺设厚加铺层 五、水泥路面养护、维修关键技术 u改善刚性路面的地下排水系统的措施包括：沿着现 有的路面结构安装纵向地下排水道和出水口，或用更 好的排水材料代替路肩下原来的基层材料，在基层里 安装明管。 u改造地下排水系统是否对现有路面的性能有利，取 决于是否能有效地排出路面结构里的水分，以及地下 排水系统的设计、建设和维护的效果怎样。在某些特 殊的情况下，可以用透水基层/边缘排水地下排水系统 来重建整个路面。 地下排水系统的养护维修（AASHTO 2002） 五、水泥路面养护、维修关键技术 修复工程中可用的路面排水系统选择方案 五、水泥路面养护、维修关键技术 矫正性养护就是修补路面的局部损害或对某些特定病害进行的 养护作业，适用于路面已经发生局部的结构性破损，但还没有波 及全局的情况。 预防性养护是对根据水泥路面的特性，而是通过采用先进的检 测技术以及对水泥路面早期病害的认识，提前发现道路潜在的病 害，并施以正确的预防性养护措施，防患于未然。 关键养护技术是对典型破坏形式、破坏原因清晰而提出有目的 性、和针对性的养护技术和措施 目前国内公路养护工程按其工程复杂程度、规模大小划分为日 常保养、小修保养、中修工程、大修工程、改建工程和专项养护 工程。 按养护性质分类，可以分为预防性养护和矫正性养护。 我国水泥路面养护工程种类的划分 n水泥路面病害分类 1、断裂类 2、位移类 3、接缝类 4、表面功能类 根据水泥砼路面状况的检测调查结果，根据病害 的大 、小程度，我们就可以对路面的整体状况进行 一个评定，进而编制针对性的养护计划，规范养护 工程项目，最终确定路面是该采取预防性养护还是 矫正性养护，或者是进行大、中修。 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面养护计划制定的依据 五、水泥路面养护、维修关键技术 预防性措施: 预防性措施用于现有路面系统及其附属物 上，以保护路面系统，防止路面退化，并维 持或改善路面的功能状况，而不对结构能力 做很大的提高。 预防性养护的主要工作是什么？ 五、水泥路面养护、维修关键技术 预防性养护时机的选择 如下表所示：当断板率（DBL）、裂缝率、脱空率、接缝损坏率、IRI和 SFC其中一项指标不符合宏观路况标准时，应及时进行预防性养护 l 脱空的处理 l 下沉的处理 l 表面功能恢复 l 接缝类的处理 l 微裂缝的处理 l 其他的小修保养工程 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面预防性养护的重点 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面脱空处治技术 脱空处治材料要求 板下脱空灌浆材料，应选择流动性高，具有一定 微膨胀能力的水泥砂浆、水泥浆。其主要技术性能 应满足表5.2 外，尚应满足： 1、具有自流淌密实性和早期膨胀性。 2 、凝结时间适中，初凝时间不早于2h，终凝时间 不超过3.5h。 3、早期强度高，12h抗压强度应达到3.5MPa。 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面脱空处治技术 脱空处治材料要求 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面板与基层间由于空隙而导致路面沉陷的， 可采用乳化沥青砂和沥青灌注、水泥砂浆和水泥浆灌 浆等方法进行板下封堵。水泥砂浆和水泥浆灌浆一般 适用于脱空严重或基层、底基层脱空的板块，乳化沥 青砂和沥青灌注一般适用于脱空轻微或板下脱空的板 块。 脱空处治材料选择 水泥路面脱空处治技术 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面脱空处治技术 灌浆孔布设基本要求 五、水泥路面养护、维修关键技术 为确保灌浆工程质量，结合广东灌浆实践，提出灌浆质量 检查验收评价指标如表5.3。 施工质量检测与评价 水泥路面脱空处治技术 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面下沉处置技术 （无破损、跳车、基层下沉） n 以有效加固台背软弱土体，提高其承载力 ，抬升凹陷部位路面，调平路面，并充填板 底脱空，粘补破碎基层，恢复路面平顺稳定 ，保证路面行车的舒适性和安全性，处理路 面裂缝，防止渗水、翻浆，有效延长路面使 用寿命。 五、水泥路面养护、维修关键技术 n水泥浆压浆法 纯水泥浆，浆液结石率低，消耗浆液量很 大，而且浆液凝固过程中析水，软化原来不 密实的土体，而加剧搭板下沉。纯水泥浆无 速凝性，灌浆半径难以控制，常出现跑浆造 成浪费的现象，甚至影响最终的加固效果 五、水泥路面养护、维修关键技术 n复合灌浆法： 水泥DCG-979”浆液 1、可通过控制浆液凝固时间来调整单孔灌浆半径。该浆材 凝固时间的可控性有两大优点：a、可最大限度减少浆液跑 失，避免浪费，既能有效地保证工程质量又能降低工程费用 ；b、可准确地进行定量、定位抬升，确保路面平顺。 2、浆液的固结体本身强度高，终凝抗压强度20MPa； 3、浆液在干燥土层或水中照样迅速固结； 4、浆液固结率为100%，固结过程中不析水，从而避免了 一般浆液结石率低、析水软化路基的不良后果； 5、浆液在土层中同时发生“劈裂”和“压密”两种形式的作用 ，加固效果比普通水泥灌浆更加显著。 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面表面功能恢复技术 水泥混凝土路面通车3年5年，路表面会出现磨 光和露骨现象，尤其是耐磨性较差的粗集料、强度 不高的水泥和混凝土情况下，路面表面磨损较为突 出，而且路面的行驶质量和抗滑能力也会随着路龄 的增长而逐渐下降。 表面功能的评价 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面表面功能评价应采用国际平整度指数IRI、横向力 系数SFC两项指标来评定，评价等级如下表所示。当水泥路面 IRI或SFC评定为“良”等级时应及时采用预防性养护措施，而 评定为“中及中以下”时须采取其它矫正性养护措施进行养护。 预防性养护表面功能评价标准 评评定等级级优优良中及中以下 IRI2.33.5，2.33.5 SFC4440，4440 水泥路面表面功能恢复技术 表面功能的评价 水泥路面表面功能恢复一般可采用水泥砂浆薄层罩面、沥 青磨耗层和刻槽等方法来改善和恢复。 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面表面功能恢复技术 （1）薄层水泥砂浆罩面 对局部板块出现的露骨，可采用薄层罩面方式恢复。 （2）刻槽 对于弯道、陡坡等磨光的路段，可采用刻槽的方法进行处治， 以恢复水泥混凝土路面表面功能。 （3）沥青磨耗层 （4）乳化沥青稀浆封层 （5）改性乳化沥青稀浆封层（微表处） 表面功能的恢复 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面接缝修补技术 接缝病害的分类 1.接缝填缝料损坏 2.纵向接缝张开 3.唧泥和板底脱空 4.错台 5.接缝碎裂 6.拱起 水泥路面接缝修补技术 接缝病害产生的原因 一般来讲，接缝产生病害的原因主要有以下几个： （1）灌缝材料的老化、脱落、软化和溢出； （2）填料的老化、变形、脱落； （3）接缝结构、机能不完善； （4）接缝内嵌入硬物会造成接缝处剥落或胀裂； （5）填缝材料和接缝板质量欠佳。 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面接缝修补技术 接缝修补材料 水泥混凝土路面的接缝修补材料分为接缝板和填缝料两大类 。 接缝板材料技术要求 用于水泥混凝土路面接缝修补的接缝板应具有如下的技 术性能： （1）具有一定的压缩性及弹性，当混凝土板高温膨胀时不 被挤出；当混凝土板低温收缩时，能与混凝土板缝壁联接，不 被拉断，不产生缝隙； （2）接缝板应耐久性好，复原率高，在混凝土路面施工时 不变形，且具有较高的耐腐蚀性。 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面接缝修补技术 填缝材料技术要求 （1）与水泥板缝壁具有较好的粘结力。 （2）具有较高的拉伸率，填缝料必须能随混凝土板伸缩，而 不致被拉断。 （3）耐热及耐嵌入性好，在夏季高温时，填缝料不发生流淌 。 （4）具有较好的低温塑性。 （5）耐久性好。填缝料应能在较长的时间保持良好的使用性 能，即耐磨、耐水等，不过早老化。填缝料的寿命不低于3年。 接缝修补材料 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面接缝修补技术 接缝修补方法 接缝壁要很完好，有很少或基本没有剥落。当路面 比较新的时候，采用氯丁橡胶进行填封，当路面使用年 限较长时（超过10年）经常采用硅树脂来填封。当剥 落深度不超过2.54cm、宽度小于3.81cm（1.5英寸） 时，可以采用自流平硅树脂进行填封（从接缝壁测量） 。如果剥落超过了这个限制，为了使用硅树脂，应首先 进行接缝剥落维修。当接缝板边出现碎裂时，应按板边 、角修补材料及方法。 接缝养护修补适用条件 五、水泥路面养护、维修关键技术 接缝养护修补时注意事项： 1、应对接缝进行适时的保养，保持接缝 完好，表面平顺。 2、应对填缝料进行周期性或日常性更换 。 3、填缝料的更换应做到饱满、密实、粘 结牢固。清缝、灌缝宜使用专用工具。 水泥路面接缝修补技术 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面裂缝修补技术 裂缝修补材料选择原则 理想的路面早期裂缝修补材料，应具备以下性能： （1）与旧混凝土有良好的相容性； （2）工作性(工艺性质)； （3）凝结时间； （4）弯拉强度； （5）界面粘结性能； （6）收缩性能； （7）耐久性； （8）变形能力； （9）环保性； （10）经济性。 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面裂缝修补技术 裂缝修补材料选择 五、水泥路面养护、维修关键技术 1、通过对国内外裂缝修补材料的技术性能及经济 性进行对比分析，综合使用寿命与修补价格，针对 水泥路面轻微横向裂缝，考虑可行性，推荐改性或 乳化环氧树脂类修补材料或多组分类PCR材料为水 泥路面轻微裂缝的灌浆修补材料。 2、针对水泥路面轻微纵向裂缝，推荐采用裂缝植 筋补强后灌缝的方法进行，植筋采用的粘结剂为改 性环氧树脂，裂缝灌缝推荐采用聚氨酯类封水材料 。 水泥路面裂缝修补技术 裂缝修补施工工艺 五、水泥路面养护、维修关键技术 基于病害特征的本课题制定了裂缝养护措施，与养 护规范相比增加了裂缝病害修补的形式，体现在如下 几个方面： （1）对于缝宽0.5mm的非扩展性表面裂缝采用 压注灌浆法； （2）对于0.53mm的非扩展性表面裂缝，采用 直接灌浆法； （3）设置传力杆法中增加了按斜设拉杆方式的布置形，图 4.2.6-2 （4）对于面板仅有一条且裂缝部位无明显沉降的裂缝采用植筋 补强灌封水法修补，图4.2.7。 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面裂缝修补技术 裂缝修补施工工艺 水泥路面板块快速修补技术 板块快速修补材料选择原则 水泥路面快速修补技术的核心为快速修补材料， 目前快速修补材料研究成果较多，但实际应用较少。 五、水泥路面养护、维修关键技术 一般来讲，水泥路面板块快速修补材料应具备以下性能 ： （1）快硬高早强； （2）收缩小； （3）具有一定的粘性； （4）后期性能稳定，强度发展与老混凝土基本同步； （5）施工和易性好； （6）修补材料的颜色与老混凝土基本一致，无明显差 异。 水泥路面板块快速修补技术 板块快速修补材料选择 从现有技术资料分析，水泥混凝土路面板块快速修 补时，从技术性能上课题组建议采用HW系列和LG23 快速修补剂，但当其他修补剂经室内配比试验满足上 述强度、脆性、收缩率以及耐久性等指标时也可采用 。 不论采用何种快速修补剂，在实际应用前必须进行 技术性能室内试验分析，根据技术性能指标确定合理 最佳掺量。 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面板块快速修补技术 水泥路面板边角及裂缝条带罩面修补工艺 采用早强快硬水泥进行水泥混凝土破坏路面 的快速修补时，在施工过程中应加强施工过程管 理，应针对不同病害采用相应的修补技术 拌和的混凝土的坍落度应严格控制在3-5cm 以内。 混合料拌和好后，应立即使用，不得延误， 且不得再加水或加入其他水泥、外加剂等。 混凝土在浇注完毕后必须尽快清洗设备。 五、水泥路面养护、维修关键技术 n应加强前场施工观测，及时调整水灰比和坍 落度，保证前场有足够的操作时间，宜控制在1 小时左右。 n加强早期养护。水泥混凝土道面快速修补剂 水化热较集中，需要及时养护。 n严格控制锯缝时间，防止早期收缩引起的不 规则裂纹。 五、水泥路面养护、维修关键技术 水泥路面板块快速修补技术 水泥路面板边角及裂缝条带罩面修补工艺 水泥路面板块快速修补技术 水泥路面面板更换快速修补工艺 （1）旧路面板处理 首先用风镐或液压镐凿除需更换的旧水泥混凝土面板，尽可能保留 原有拉杆，若有损坏应予恢复，并将破碎的混凝土块清运至合适地方。 处治基层，视基层损坏状况采取不同处治方法： 基层损坏首都小于8cm，整平基层压实后，可直接浇筑面板更换用快 速修补水泥混凝土。 基层损坏厚度大于8cm，且坑洼不平，应首先整平、压实基层后，采用 C15号贫混凝土进行补强。贫混凝土集料工程最大粒径不大于31.5mm，水 泥用量不少于170Kg/m3并适当添加快速修补剂（掺量应根据原材料与开 放交通要求试配设计）。其补强层顶面标高应与旧路面基层顶面标高相同。 在混凝土面板接缝处的基层