旧水泥混凝土路面加铺改造方案比较及实用效果评价

2013-03-19朱万红

城市道桥与防洪 2013年5期

朱万红

（厦门百城建设投资有限公司，福建厦门361009）

0 前言

目前，我国现有的水泥混凝土路面，有相当一部分已接近或超过设计年限，有的虽未达到设计年限，但由于交通量剧增，汽车轴载日益重型化及设计、施工等方面的原因，导致路面损坏、使用品质下降等情况，影响了道路的使用功能，急需改造、修复路况。与沥青路面相比，水泥混凝土路面的修复比较困难，可采用的大修措施有三种：加铺沥青混凝土面层、加铺新水泥混凝土面层和翻修。由于沥青加铺层能有效地改善旧水泥路面的使用性能，同时充分利用旧水泥路面，造价低，施工方便，且对交通、环境影响小，因此在国内外旧水泥路面改造工程中应用最多。然而沥青加铺层中迅速发展的反射裂缝将影响加铺层的使用寿命，如何控制反射裂缝产生的时间和扩展的速度至今仍是一道难题。

1 改造原理

采用沥青混凝土面层作为旧路面的加铺层是一种典型的补强方法，这种形式的路面结构能吸收两种材料的优点：即旧水泥混凝土提供了稳定、坚实的基层，沥青混凝土路面提供了一个摩阻系数较高、平整度好的面层，大大改善了路面的使用性能。然而普遍存在这样一个问题：沥青加铺层中出现反射裂缝，反射裂缝本身对罩面层的使用性能影响不大，但环境因素的负效应常常使裂缝迅速扩散，从而缩短罩面层的寿命。关于反射裂缝防治，国内外研究者已进行了大量的试验工程及理论分析研究。美国联邦公路局（FHWA）1970年提出了减少沥青加铺层反射裂缝的研究计划NEEP-10。该计划包括几个方面的研究内容：加铺层厚度、沥青的稠度、沥青混合料中的外掺剂、加铺前对旧混凝土路面的处理及应力缓解层等。1988年美国沥青协会（AI）对减少反射裂缝的几种措施总结结果为：在加铺前对水泥混凝土路面板断裂及稳固、对沥青混凝上加铺层锯缝和填缝，以及沥青混合料外掺橡胶粉均有很好的效果。

2 加铺层方案

沥青混凝土加铺层设计是设计沥青加铺层厚度，而该厚度由行车荷载和防反射裂缝两个因素控制。由于水泥混凝土面板本身强度较高，仅做为路面基层，其上再加铺沥青混凝土路面结构，因此，行车荷载控制不是加铺层设计的重要因素，而防止反射裂缝的产生是加铺层设计的关键。试验段所用的防止反射裂缝的方案主要有以下几种：

（1）为防止反射裂缝的产生，在沥青面层与水泥混凝土路面之间加铺8～10 cm（平均9 cm）ATB-25沥青碎石。加铺层的多空隙结构可有效地阻断裂缝尖端的扩展路径，消散及吸收由交通荷载及环境温度变化所产生的应力及应变，减小接缝处产生的应力集中现象，延缓接缝处反射裂缝向上扩展的速度。沥青大碎石混合料对应力集中有很好的缓解作用。同时，沥青稳定碎石模量较小，能缓解加铺层底面的应力，对加铺层的抗裂性能有很积极的意义。

（2）国内外道路工程界专家进行了大量的研究，研究结果表明在旧水泥混凝土路面与沥青加铺层之间加铺一层弹性模量较高的应力加筋夹层，以吸收或缓冲裂缝尖端的应力集中，对于抑制反射裂缝的产生和扩散具有一定的效果。比如说采用玻纤格栅、玻纤布等，这种类型的材料通常模量比较高，抗拉强度高，加铺在罩面上，来提高面层的抗拉强度，可以起到一定延缓反射裂缝的作用。《公路水泥混凝土路面养护规范》提到防治反射裂缝的措施有铺设土工格栅，铺贴土工布和粘贴改性沥青油毛毡，故在该方案中铺设了玻璃纤维土工格栅。

（3）采用低模量的夹层，这种材料的特点是比较柔软，变性能力很强，即使在较大的变性下仍然不会开裂，可以将水泥板产生的位移，在这一层消散掉，裂缝就不会向加铺层上反射。这种方法在国外应用也比较多，通常称为应力吸收薄膜夹层（SAMI）。

厦门市某国道水泥路面始建于上世纪90年代初，结构承载力不足、交通量剧增、汽车超载严重，旧水泥混凝土板普遍存在脱空、断板、错台等现象。

采用了下面几种结构组合方案：

方案A1：4 cmSMA-13改性沥青+6 cm AC-20沥青混凝土（5%SBS改性沥青）+8～10 cm（平均9 cm）ATB-25沥青碎石，原有旧路面进行病害处理、铣刨拉毛；

方案A2：4 cm橡胶沥青混凝土ARAC-13+6 cm AC-20沥青混凝土（5%SBS改性沥青）+8～10 cm（平均9 cm）ATB-25沥青碎石，原有旧路面进行病害处理、铣刨拉毛；

方案B1：4 cmSMA-13改性沥青+6～8 cm（平均7 cm）AC-20沥青混凝土（5%SBS改性沥青）+玻璃纤维格栅（铺中间4个车道），原有旧路面进行病害处理、铣刨拉毛；

方案B2：4 cm橡胶沥青混凝土ARAC-13+6～8 cm（平均7 cm）AC-20沥青混凝土（5%SBS改性沥青）+玻璃纤维格栅（铺中间4个车道），原有旧路面进行病害处理、铣刨拉毛；

方案C1：4 cm橡胶沥青混凝土ARAC-13+6～8 cm（平均7 cm）AC-20沥青混凝土（5%SBS改性沥青）+1 cm橡胶沥青应力吸收层，对原有旧路面打裂压稳；

方案C2：4cmSMA-13改性沥青+6～8 cm（平均7 cm）AC-20沥青混凝土（5%SBS改性沥青）+1 cm橡胶沥青应力吸收层，对原有旧路面打裂压稳。

3 施工控制要点

玻璃纤维土工格栅高温性能好，摊铺热沥青混凝土不会产生变形，但其对施工要求比较严格。铺设玻璃纤维土工格栅前，首先要对旧水泥混凝土路面进行整平处理，以避免格栅下方出现脱空，造成沥青路面损坏。在摊铺沥青层时，严禁汽车在土工格栅上掉头，以防碾坏土工格栅。

橡胶沥青应力吸收层的施工方法首先喷洒一次橡胶沥青，或者是改性沥青，然后撒布单一粒径的集料，然后用胶轮压路机碾压，将集料压入到沥青中，沥青膜的厚度会增长到5 mm左右，在上一层热拌混合料施工的时候，集料又会嵌挤到其中，最后会形成接近1 cm左右的应力吸收薄膜夹层。施工也很简单，主要是对施工喷洒设备的要求比较高，要能够在高温下喷洒出高黏度的改性沥青或橡胶沥青。采用此种方案，需结合对旧混凝土板块的常规的结构性病害进行处理。