舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土淺析

黃占鋒

1 舊水泥路面使用現狀及改善行車條件的必要性

水泥混凝土路面是高等級道路所采用的主要路面結構形式之一,我國自20世紀 80年代以來發展迅猛,到2010年底,公路與城市道路水泥混凝土路面總里程將達44多萬千米。目前仍以每年約2萬km的速度增長,我國已成為世界上水泥混凝土路面擁有里程最多的國家。

水泥混凝土路面因具有強度高,使用壽命長,維護保養費用低,抗摩耗能力強等優點而被廣泛應用,但是其材料自身特性也使其存在缺陷。

就目前國內外水泥混凝土路面使用狀況而言,存在著不少問題,尤其是一些早期修建的水泥混凝土路面不同程度地出現了結構性破壞和功能性缺陷,嚴重影響了道路的服務水平及車輛的行駛安全,存在的主要問題如下:1)一些早期修建的水泥混凝土路面,往往由于結構設計缺陷和施工質量等方面原因,加之目前道路運營中重車、超重車輛較多,常導致水泥混凝土路面過早損壞;2)在水及行車荷載的影響作用下,造成水泥混凝土路面板出現唧泥、錯臺、脫空、斷板等病害;3)水泥混凝土路面修補困難、維修費用高,并且修復效果并不十分理想,對水泥混凝土路面如何維修、改造,一直是困擾道路交通的技術難題。鑒于此,尋找適當的水泥混凝土路面修補方法具有很重要的應用價值。

2 舊混凝土路面加鋪瀝青的可行性

采用在舊路面上加鋪瀝青混凝土面層是經濟有效的補強方法。加鋪瀝青混凝土后,路面結構改變成瀝青混凝土與水泥混凝土聯合結構路面。這種結構形式的路面較好地結合了兩種材料的優點:利用舊水泥混凝土的剛度提供了穩定、堅實的基層,瀝青混凝土提供一個摩阻系數較高,平整度及防水性能好的面層,形成有機的整體,大大改善了路面的使用性能。在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層是一種常用的、行之有效的路面修復技術,與水泥混凝土修復相比較,它具有工期短、對交通影響小、修復后路面服務性好等優點。目前,國內有相當多的公路采用此類改造方案。

3 加鋪瀝青前的技術準備

在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層是一種特殊的路面結構,其應力、應變特性與一般的彈性層狀體系有很大的差別。鋪筑施工前須進行必要的處理,處理不當往往會產生反射裂縫、溫度裂縫及瀝青層脫落等,嚴重影響修復效果。路面在使用中除承受豎向荷載外,還直接承受來自剎車產生的水平荷載,如果瀝青厚度不足,會因剪力過大使瀝青破壞,形成局部剝落,進而發展成大面積剝落。當厚度能滿足抗剪要求,瀝青與舊混凝土結合面不能有效傳遞水平荷載,也會造成瀝青面層剝落。在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層要解決反射裂縫并防止瀝青剝落等問題,是瀝青罩面成敗的關鍵。

4 加鋪瀝青前對舊路面的技術處理

加鋪瀝青改造水泥混凝土路面基本程序一般是:舊路面現狀調查,路面性能檢測,修補破損板塊,路面鑿毛、粘結層施工、瀝青混凝土施工。改造前應對舊路面進行調查檢測。舊路狀況、承載能力較好時,可直接加鋪瀝青混凝土面層;舊路狀況差、承載能力不夠時,須進行修補,也可加鋪補強層,再加鋪瀝青面層。

4.1 對舊水泥混凝土板塊的修補

1)對舊水泥混凝土路面進行調查,分塊逐一編號,繪制病害平面圖。2)板塊破碎、角隅斷裂、沉降、掉邊、缺角等病害板,必須用破碎機(液壓鎬)鑿除。清除混凝土碎屑后,整平基層,并夯實,然后用同等強度的水泥混凝土修補。3)板塊脫空可采取鑿除或板下封堵壓漿處理的方法進行處理。

實踐證明,對于壓漿處理的板塊,除進行常規病害處理外,采用單點彎沉、接縫兩側的彎沉差作為舊水泥混凝土路面修補的控制面是解決舊水泥混凝土板下脫空和提高接縫間傳荷能力的有效途徑之一。

4.2 路面鑿毛及粘結層

舊路面經過對破損板塊修復后,瀝青混凝土施工前,應將水泥路面進行鑿毛處理。目前鑿毛處理主要有人工鑿毛和機械鑿毛兩種施工方式。機械鑿毛應用較廣泛且具有均勻的優點。人工鑿毛僅在不具備條件的地方應用,人工鑿毛須注意鑿毛深度及均勻性。經鑿毛后的舊水泥混凝土必須進行清洗,充分晾干后澆灑粘結層。粘結層應采用熱瀝青,施工中應控制澆灑溫度及均勻性,不得漏澆,不得堆積。鑿毛及粘結層施工質量是保證瀝青混凝土與水泥混凝土結合能力的關鍵,施工中必須予以高度重視。

4.3 合理運用土工格柵

土工格柵作為加筋層的作用,主要利用了土工格柵的高抗拉強度和彈性模量高的特點。土工格柵的主要作用為均勻傳遞軸荷載,并將反射裂縫應力由垂直方向轉為水平方向。土工格柵在瀝青混凝土路面中的功能就是增加瀝青混凝土混合料的整體抗拉強度,減少永久變形,防止和減少路面反射裂縫,延遲疲勞破壞,延長路面使用壽命。當加鋪瀝青層較薄或舊路面可能產生不均勻沉降時,加設土工格柵可較好地改善路面使用性能。

4.4 確定合適的瀝青混凝土面層厚度

適當加厚瀝青混凝土面層,一方面可以增加路面結構的彎曲剛度,減少層內的彎曲應力和剪切應力;另一方面,裂縫從底面反射到頂面需經過的距離變長,這樣可延長路面使用壽命。國內外的一些代表性工程實踐表明:采用較厚的瀝青混凝土面層對延緩裂縫的反射有較好的作用。比如:京塘高速公路采用厚度為15 cm～20 cm,日本東名高速公路采用厚度為 25 cm～30 cm;然而,采用這種方案的經濟造價高。在路面使用性能和經濟中尋找適合的平衡點至關重要,目前常用辦法是采用改性瀝青混凝土,且厚度一般不少于7 cm。加鋪一層大都選用一層7 cm的中粒式,或一層6 cm的中粒式,4 cm的細粒式。

5 加鋪瀝青可能出現的病害預防措施

1)確定合理的瀝青混凝土罩面加鋪厚度,使用改性瀝青(SMA),預防因厚度不足及因溫度高瀝青軟化而導致出現剝落,過早損毀等病害,必要時可增設土工格柵。2)當檢測確定舊水泥混凝土路面整體強度低,無法滿足基層要求。不宜直接加鋪瀝青路面,較適宜的處理是對舊水泥路面整體進行補強處理,如在混凝土路面上增設基層等。3)當局部水泥路面破損、脫空。應篩查后鑿除破損路面,注漿填充后,將水泥混凝土修補至符合設計要求方可施工瀝青罩面。4)為防止瀝青罩面剝落,應對路面鑿毛,粘結層施工予以重視,同時要嚴格禁止在路面未干燥時或帶水施工瀝青混凝土罩面。

6 加鋪瀝青后技術與經濟實效

在舊路面上加鋪瀝青面層是一種常用的、行之有效的路面修復技術。它具有工期短、對交通影響小、修復后路面服務性好等優點,國內有相當多的公路采用此類改造方案。

在舊水泥混凝土路面上進行瀝青罩面,不僅技術上可行,而且大幅度提高了路面的行車質量及服務水平。同時延長了道路路面的使用壽命,改善了交通條件,節約了資金,縮短了舊路改建的工期,具有較好的經濟效益和社會效益。該項技術的推廣,對舊路改建具有廣闊的應用前景。

7 結語

舊路面瀝青罩面技術是目前國際上道路工程科學技術領域十分重要的研究方向。國內水泥混凝土路面總里程已達到幾十萬千米,并陸續進入中、大修養護期,水泥混凝土路面維修養護技術已成為擺在道路工作者面前十分緊迫而重要的研究課題,很多方面還有待進一步研究。

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