一、概述
鉴于目前旧水泥路面改建工程工后存在的一系列问题，为了有效解决水泥路面改建后加铺层反射裂缝、加铺层推移等病害和充分利用旧路面及其残余强度进一步减薄加铺层厚度等，西安长大公路养护技术有限公司依托科研课题，改进完善已有的旧水泥路面改建处治技术，最后提出“水泥路面微裂均质化处治再生技术”。目前已经在河南、安徽、湖北、福建、广东等多个省市推广应用，取得良好效果。
本文就微裂均质化处治再生技术在旧水泥路面改建中的应用作一探讨，简要介绍该项新技术并以实体工程项目为依托分析其应用效果。
二、微裂均质化处治再生技术
水泥路面微裂均质化处治再生技术是国内最先进的水泥路面改建技术，即采用专门的机械设备，对水泥路面进行微裂再生，减小水泥路面再生块体尺寸，使水泥路面内部形成各方向均匀分布的微细裂纹，且处于完全契合的嵌锁状态，减少接缝或裂缝温度胀缩和翘曲变形；消除水泥路面强度不均匀引起的接缝或裂缝间弯沉差，增加缺陷位置四周荷载传荷能力，有效防止反射裂缝；充分利用旧水泥路面承载能力，减少改建工程沥青加铺层厚度或路面结构厚度，提高道路使用寿命。
（一）微裂再生处治
结合道路病害现场调查结果，按照《旧水泥混凝土路面微裂式破碎再生技术规程》（DB41/T963－2014）规定，评定出路况等级，并进行路段划分。在微裂再生施工正式开始前，选择有代表性的路段作为试验段，路况优、良、中路段作为一种典型路段，路况次、差路段作为一种典型路段，每种典型路段的试验段长度不少于200m。
采用“路博士”系列微裂式碎石化机进行旧水泥路面微裂再生，拟达到的标准是：“板块稳且粗糙”、“表面裂而不碎”。 根据开裂块度、凹槽深度、裂缝宽度确定最佳破碎设备、破碎能量、破碎遍数、破碎工艺、碾压设备和碾压遍数等施工参数。
（二）均质化处治
根据试验段微裂再生后路表弯沉值，确定项目可接受的最大弯沉值，大于该弯沉值时，可结合雷达检测，确定路面承载能力不足的具体位置，同时可与探坑等有损检测结合，分析造成路面承载能力不足的原因。
水泥路面微裂再生后，在弯沉差较大、承载能力不足的位置，原则上采用非开挖式地聚合物注浆加固方式进行均质化处治。主要加固路基与基层的承载能力，旨在能够充分支撑已经微裂的水泥板块，使其强度均质化。
地聚合物结石体通常为颜色较深墨绿色硬化体，是与陶瓷性能相似的新型高性能胶凝材料，且地聚合物注浆料结石体的层间粘结力强。非开挖式地聚合物注浆加固主要施工工艺流程有：封闭交通→布孔→钻孔→埋注浆头→制浆→注浆→封孔→清理→养生→开放交通。
（三）路表缺陷修复
微裂再生施工后，针对旧水泥路面裂缝较宽、崩边较宽（宽度大于3cm、深度大于3cm）或坑槽较大（直径大于20cm、深度大于5cm）的路表缺陷进行修复。路表缺陷修复，主要是提高破碎板的厚度均质化与传荷均匀性，达到承载均匀的目的。
主要采用快凝混凝土进行修补，增加缺陷位置四周荷载传荷能力，防止加铺后形成反射裂缝，具体修复施工工艺流程有：施工准备→清理→浇筑→抹平→养生→开放交通。
三、工程应用
为了验证微裂均质化处治再生技术的应用效果，本文以国内河南省一国道改建工程为依托，采用工程各项检测指标对应用效果进行了分析评价。
（一）工程概况
该国道原设计为二级公路，改建路段全长12.779km。原水泥路面宽度为12m，路基宽度15m。该区段为双向四车道，重载交通路段。道路两侧有大量的砂场，是淮河砂北运的重要通道。由于重载车辆多，使得道路存在大量的破碎板、横向裂缝、纵向裂缝、宽缝、错台、沉陷及崩边等病害形式，破坏情况较为严重。
（二）施工方案
通过对老路结构层的调查及病害原因分析，选定最合适的道路施工方案。即对老路每一块板进行系统性评价，依据评价结果，评定出路况等级，并进行路段划分。针对不同路段，采取相适应的微裂再生、均质化、换板等综合处治措施，在保证满足承载能力要求的前提下，消除裂缝反射条件，为沥青加铺层提供一个合格的支撑面。
具体处治工艺：①依据现场路况调查结果，评定出路况等级，并进行路段划分,对全幅水泥路面进行微裂再生。②旧水泥路面微裂再生处治完成后，对板底脱空及弯沉值异常部位进行非开挖式地聚合物注浆加固处治。③针对微裂再生后旧水泥路面，将其裂缝较宽、崩边较宽（宽度大于3cm、深度大于3cm）或坑槽较大（直径大于20cm、深度大于5cm）的部位，进行路表缺陷修复。④对于微裂均质化处治再生后的水泥面板，将路面承载能力仍不能满足设计要求及小板块活动、翻浆的板块，进行换板处治。⑤旧路微裂均质化处治再生合格后，加铺4cm厚AC-16中粒式沥青混凝土下面层+4cm厚AC-13细粒式沥青混凝土上面层。
（三）实施过程
1、旧路状况评定
对全线10376块水泥板承载力进行拉网式调查、评估，路面病害统计见下图。该路段最主要病害为破碎板、裂缝及板角破碎，局部水泥破碎板病害相当严重，特别是水泥破碎板连续出现，长度＞280米，且局部板块沉陷达15cm，错台达20cm。调查过程中依据路况等级，将路段划分为“优、良、中”路段、 “次、差”路段及施工受限路段。
图1 双向路面病害所占比例
图2 破碎板
2、路面微裂再生处治
微裂再生施工机械采用水泥路面微裂式碎石化机，最大冲击能量为66KJ，可显著减少沿线居民生产生活的影响。以试验段确定的最佳破碎设备、破碎能量、破碎遍数、破碎工艺、碾压设备和碾压遍数等施工参数进行微裂再生施工。
（1）路况“优、良、中”路段
①微裂式夯击顺序。水泥板块强度较高（≥C40）路段，先沿板的两边开始夯击，再沿板中进行夯击。水泥板块强度较低（＜C40）路段，先沿板中进行夯击，再沿板的两边开始夯击。
②每块面板四个板角（距离接缝10～20cm）和横、纵向施工缝均需夯实。
③行车道外侧水泥面板，若硬路肩未挖除可直接采用满夯方式对整块外侧水泥面板进行微裂式夯击；若硬路肩已挖除，外侧水泥面板横向距挖除的硬路肩0.5m范围内不得击打；内侧水泥面板直接采用满夯方式击打。
图3 微裂再生施工
（2）路况“次、差”路段
路况“次、差”路段（板块破碎、宽缝、沉陷及错台较大），对于该路段采用表面破碎处理，路况越差的部位，微裂再生的块度越小，以保证夯击后板块能够处于稳定状态。
图4 路况较差路段表面碎石化处治
（3）受限路段
在集镇、道路两侧距离建筑物较近（＜6米）路段，提锤高度拟十到二十厘米，连续击打多次，直至达到微裂效果。桥涵两侧5米范围内严禁夯击施工。
（4）通车碾压
微裂再生施工结束后，将表面碎屑清扫干净，开放交通，通车碾压至板块稳定。
图5 通车碾压稳定
3、路面均质化处治
对全线微裂再生处治后水泥面板进行弯沉值检测，每块板检测5个点，共检测51880个点。结合探地雷达检测与试验段确定的评价指标，从中筛选出9463个弯沉大于30（0.01mm）的承载力不合格点。
在需要加固处治的位置，采用高渗透性、高韧性地聚合物注浆材料，配套使用专门智能注浆车进行填充加固、补强结构层。注浆可支撑微裂再生板块，消除板间的弯沉差，提高板块整体均匀性，使处治后的路面承载能力满足设计要求。
（1）按照病害检测结果及设计文件划分施工区域，在施工区域按照梅花桩形式，在四个板角处距相邻接缝50cm位置布设注浆孔，板块中央布设排气孔，注浆孔布孔形式见图6。
图6 注浆孔布孔形式及钻孔施工
（2）地聚合物注浆材料为双液注浆材料，由A和B两种组分组成，其体积比：A 组分：B 组分=3:1；其中A组分由钢渣、矿粉、粉煤灰、偏高岭土及高聚物等拌和的粉料与水搅拌均匀的浆液，质量比：粉料：水= 1:0.28～1:0.34，B组分主要为碱激发剂。
（3）注浆压力控制人员开启注浆泵，开始注浆，注浆压力不超过1.5Mpa。注浆时，若有相邻的孔冒浆或路面有抬升，则停止注浆。地聚合物注浆结束后需养生2～4h可开放交通。
图7 地聚合物注浆施工
（四）效果评价
1、微裂再生后效果
本次微裂式破碎采用全方位，无死角破碎，视不同路况采用不同破碎工艺参数。路况较好路段水泥板块表面形成微裂纹，互相嵌锁，表面没有形成二次缺陷病害。
路况较差路段，特别是错台严重部位，已将错台部位进行多次破碎，现已看不到错台。破碎板位置，经过表面碎石化处治，已看不见宽缝及局部沉陷，板块裂而不碎，互相嵌锁，整体达到“板块稳且粗糙”、“表面裂而不碎”，效果较好。
（1）板块稳且粗糙
微裂再生后板块会下沉10～20mm，面板上有大量的小凹槽，该凹槽可将加铺层与旧水泥路面很好的隼接在一起。
图8 板块稳且粗糙
（2）表面裂而不碎
清扫表面的碎屑后，表面裂缝宽度在0.1～0.3mm，微裂缝围成的块体大约5～20cm之间，开裂的块体相互嵌锁，形成一个整体。
图9 表面裂而不碎
（3）微裂缝斜向分布在结构层内部
微裂再生后取出的芯样，可观察到微裂缝随机斜向分布在结构层内部，嵌锁面完全契合，处于刚柔并济的状态，能够有效克服反射裂缝。
图10 微裂缝斜向分布在结构层内部
2、均质化处治后效果
综合处治工程项目施工完毕，采用动态弯沉检测车进行逐板块自检，弯沉值统计分析见下表，弯沉值总体满足设计要求，其承载能力满足加铺条件。
表1 动态弯沉检测值统计表
为更为直观的观察注浆后的效果，本次在检测弯沉值的基础上，辅助探地雷达和探坑检测。通过探坑开挖可观察到，水泥板底及水泥稳定基层底部都有分布一厚层浆液固结体，层间粘结牢固。注浆前后雷达分析图像对比，可清楚地分辨出，注浆后在结构层有层状浆液固结体分布，对水泥板底及结构层有较好的填充作用，处治板底脱空、结构层加密效果显著。
图11 水泥板底有浆液分布
图12 水稳基层底部有浆液分布
图13 超车道中线注浆前、后雷达图像对比图
图14 行车道内侧注浆前、后雷达图像对比图
3、加铺面层后效果
通过清理缝间的泥砂，采用快凝混凝土进行修复，从而避免泥砂形成的层间薄弱环节，弥补后续沥青面层在该处碾压不实，且提高破碎板的厚度均质化与传荷均匀性。
图15 路表缺陷修复示意图
图16 路表缺陷修复施工效果图
四、结语
（1）微裂再生后的旧水泥路面具有“斜向裂缝、裂而不碎、完全契合”嵌锁力强的结构特点，既有效地克服了反射裂缝，又最大限度地保留了刚性路面的承载能力，处于“刚柔相济”的状态，可大大减少加铺层厚度。
（2）通过检测评定，采用非开挖式地聚合物注浆加固方式进行均质化处治，可大大提高道路承载能力，工后道路整体弯沉值满足设计要求，对水泥面板底部、水稳基层填充加固效果显著，且弯沉变异系数较小，其强度更均匀。
（3）因旧水泥路面使用多年，多种病害引起的局部板块脱空或承载力不足必然存在，老路病害处理必须彻底；针对非排水不畅位置，原则上采用非开挖式地聚合物注浆加固方式加固；针对排水不畅或有承压水补给水等，则可结合排水与注浆、或开挖换填等方法。
（4）水泥路面微裂均质化处治再生技术是一项创新国内外先进的“白加黑”改建技术，但不合格的施工和技术控制要点将导致改建路面出现各种质量上的问题和安全上的隐患。每一道路都具有独自的特点，一定要因地制宜做好前期试验段的数据分析，在施工过程中对施工的关键技术要点做到精细化管理与严格控制。