淺談在水泥路面上加罩瀝青混凝土防治反射裂縫的處理技術

【摘 要】瀝青混凝土加罩是舊水泥混凝土路面改建工程中的常用方法，但是，瀝青罩面層會產生反射裂縫，可以采取各種技術措施延緩或減少反射裂縫。該文分析了反射裂縫的產生機理，提出防治反射裂縫的技術措施及其施工工藝要點，并初步評價實施效果。

【關鍵詞】水泥混凝土路面；瀝青混凝土加罩；反射裂縫；機理；技術關鍵

1 加罩瀝青混凝土面層的技術關鍵

在舊水泥路面各種改建方案中，加罩瀝青混凝土是實際工程中最常用的措施之一，尤其是原水泥路面修建不久，隨即又面臨拓寬改建這種情況，如上海市\"三縱三橫\"城市主干路的組成部分，陸家浜路和華山路等道路拓寬工程，路面結構設計方案為利用原路面，按規劃進行拓寬，最后統一加罩瀝青混凝土。

水泥混凝土路面上加罩瀝青混凝土是一項牽涉面廣、影響因素多的課題，主要涉及原路面的評估和處理、加罩層層次和厚度的確定、反射裂縫防治技術的選擇和施工工藝等方面，尚需進行不斷的探索和研究：

1.1 原路面的評估和處理

加罩前對原水泥路面進行必要的狀況評定和處理是影響加罩效果的先決條件。一般可按《公路水泥混凝土路面設計規范》\"附件G

舊混凝土路面狀況評定\"中的有關細則進行綜合調研和評價，主要包括各種損壞的歸類統計和成因分析，最終對原路面做出分級評定，這里不一一熬述。考慮到水泥路面上加罩瀝青混凝土相關的技術問題（主要是反射裂縫問題），本研究著重對原水泥路面接縫的彎沉差（或者說傳荷能力）進行了測試。測試對象包括縮縫、脹縫和溝槽開挖處等各種類型的接縫，并為日后觀測和研究做好準備。

原路面接縫彎沉差測試注意要點以及加罩前原損壞路面的處理詳見\"四。工程實例\"。

1.2 加罩層層次和厚度的確定

加罩層設計厚度的確定主要考慮結構強度因素和非結構強度因素，與結構強度因素有關的設計層厚度問題，目前國內部分高校和科研單位進行了大量理論分析，并建立了三維有限元應力計算模型，研究加罩層厚度與板底彎拉應力和接縫剪切應力及罩面層綜合應力之間的相互關系，由于對加罩后的反射裂縫尚無法控制和缺乏相應的標準，故基本以經驗確定。美國AASHTO計算方法如下：

加罩層厚度H=A（D1-D2） 式中：H：瀝青混凝土加罩層厚度。

A：舊板厚度與瀝青罩面層之間的等效系數。A=2.2233+0.0099(D1-D2)-0.1534(D1 - D2)2

D1：承受設計交通荷載所需的板厚。D2：舊板的有效厚度。

該公式考慮了舊路的剩余壽命、影響路面使用質量的因素、可靠度，但未考慮反射裂縫的影響因素。

與非結構強度因素有關的加罩厚度確定，主要考慮考慮道路沿線標高的控制、瀝青混凝土最小攤鋪厚度要求和加罩層與與板的結合問題以及工程費用控制等，據國外報道，有效的加罩總厚度以10～15cm為宜，一般采用二層式加罩。

1.3 反射裂縫的防治

對道路工程師來說，反射裂縫并不是一個新問題，最初，反射裂縫就是由舊水泥混凝土路面上加罩瀝青面層而提出來的。早在五十年代初期，工程技術人員就開始用各種不同的材料、方法和技術來延緩或防止反射裂縫的產生，隨著土工材料和施工機械技術的發展，反射裂縫防止技術取得了新的進步。

目前，國內外對反射裂縫的產生機理已經有了一個基本統一的認識，各種反射裂縫防止技術的實施效果尚在探索之中。

1.4 施工工藝

瀝青加罩層施工工藝的好壞將直接影響到日后路面的使用效果和壽命，它除了常規的瀝青混凝土攤鋪工藝外，還包括施工前設計要求的準備工作和各種防止反射裂縫技術措施的工藝要求。

2 反射裂縫產生機理及防治技術

2.1 反射裂縫產生機理

根據國內外研究結果，水泥混凝土路面瀝青加罩層的反射裂縫主要來源于兩部分，即水泥路面接縫處的應力集中和瀝青加罩層底部的彎拉應力，簡述如下：

2.1.1 應力集中

在瀝青罩面層與水泥砼路面結合良好的前提下，水泥路面接縫處應力集中使得裂縫直接擴展進入罩面層，而應力集中來源于溫度變化、行駛車輛及兩者的綜合作用，主要分溫度型反射裂縫和荷載型反射裂縫兩種：

溫度型反射裂縫：水泥砼路面的溫度影響一般按日變化溫度和年變化溫度來考慮。在年變化溫度影響下，由于作用時間長，瀝青罩面層頂面和底面的溫度基本接近，在冬季，由于水泥板的收縮在瀝青罩面層內產生拉應力，在夏季，由于水泥板的膨脹在瀝青罩面層內產生壓應力，而應力均集中在水泥板的接（裂）縫處；在日變化溫度影響下，瀝青罩面層頂面的溫度變化比地面大，使瀝青罩面層出現翹曲變形，溫度下降，頂面出現拉應力，底面出現壓應力，導致開裂。

荷載型反射裂縫：汽車經過接縫時，瀝青罩面層受力分3個過程：

1）荷載位于接縫一側時，由相鄰板塊彎沉差引起的剪切應力。2）荷載位于接縫時，罩面層主要承受彎拉應力的作用，由于水泥板在接縫處不能承受彎拉應力，因此，瀝青罩面層所受的彎拉應力最大。3）荷載位于接縫另一側時，由相鄰板塊彎沉差引起的與第1次方向相反的剪切應力。車輪經過接縫時，接縫兩側砼板將出現相對位移（即彎沉差），該差值是剪切應力的根源，資料表明，相對位移大于0.06～0.10mm時，反射裂縫的出現頻率較快，路面使用壽命縮短。

2.1.2 瀝青罩面層底部的最大彎拉應力

當通過一定的技術措施消除了水泥板接縫處應力集中的影響，反射裂縫出現的另一個原因就是在車輛荷載的作用下使罩面層在接縫處產生最大的彎沉，相應產生最大的應力，從而使接縫頂部的瀝青罩面層成為反射裂縫產生的最可能部位。

2.2 反射裂縫的影響因素

影響因素主要包括外界因素和內在因素。外界因素包括溫度和行車荷載；內在因素指路面結構本身的特征，主要包括罩面層與水泥路面之間的結合能力、瀝青混凝土的抗彎拉強度、罩面層厚度和水泥路面的傳荷能力等等，國內外學者運用靜力學平衡方法和三維有限元分析研究后表明，層間界面剪切模量的提高，溫度型反射裂縫出現的可能性將增大，而荷載型反射裂縫出現的可能性將減小，因此，加罩前確定何種反射裂縫為主顯得特別重要；水泥路面的傳荷能力與荷載型反射裂縫密切相關。

2.3 反射裂縫的防治技術

通過上述反射裂縫產生機理的分析，結合國內外的實踐經驗和最新發展動態，為防治反射裂縫，可針對工程具體情況采取如下各種技術措施：

2.3.1 應力吸收

在罩面層和原路面之間設置隔離層，主要采用彈性模量較小的材料，如土工布、砂、石屑等，根本就是消除應力集中，目前使用較多的是土工布，其主要功能為：

1）計算表明，設置土工布后，使界面結合力減少，相應減小罩面層的拉應力。2）由于土工布的延伸性，使舊板的位移通過土工布使應力擴展，從而緩解應力集中。3）防止表面水和地下水的滲入，減緩罩面層的剝落破壞。4）延緩舊板溫度變化速度，減小位移量。

2.3.2 加筋

采用強度和彈性模量較大的材料，以提高加罩層的抗拉強度，如鋼筋網、玻璃纖維格柵、纖維瀝青混凝土等。玻纖格柵的主要特性以及在瀝青路面中的主要功能：

特性：高抗拉強度、低延伸率、熱穩定性。功能：防止或減少瀝青路面各種裂縫的產生，如疲勞開裂、低溫收縮開裂、由下臥層裂縫引發的反射裂縫。

纖維瀝青砼的功能：纖維主要是聚脂或聚丙烯等化工產品，以0.3%左右的摻量（每立方米瀝青砼中含18億根纖維），產生巨大的內聚力，使瀝青砼具有很好的強度和耐久性，防疲勞開裂和收縮或裂縫反射。

從試驗過程和數據可以初步得出以下結論：

1）在普通瀝青混凝土中摻入0.3%得纖維后，劈裂強度可提高20%左右，兩種纖維之間區別不大。2）兩種纖維在拌和過程中（200℃）均無變質發脆現象。

2.3.3 破碎原水泥路面

這種方法在國外使用較廣，防裂效果最好，但需專用的破碎設備，理論上不允許破碎后的路面有任何松動，否則將加大罩面層厚度，不一定經濟。

2.3.4 鋸縫

即在加罩后的瀝青面層上鋸縫，并與原水泥路面的接縫對齊，一般采用鋸橫縫，這種方法難度在于施工，且拓寬工程如設計中心線與原路面中心線不一直時就不太好處理。

2.4 防治技術的效果

從以往的工程實踐來看，除破碎原水泥路面外，反射裂縫防治技術只能延緩或減少反射裂縫，但不能消除，一般能延緩3至5年，相應減少養護工作量。至于何種措施的效果好，目前說法不一，本研究專門選取了不同的技術措施和多種組合進行試驗路研究，以期取得初步結論。

3 結語

3.1 根據初步研究和觀測，文中所采取的各種防治反射裂縫的措施只能延緩或減少反射裂縫，不能消除。

3.2 加罩層厚度目前尚無標準和規范，可參照國內外的一些計算方法，主要由經驗確定，在非結構因素的前提下，適宜的厚度為10cm左右，但要考慮構造和經濟上的限制和要求。

3.3 水泥混凝土路面的瀝青砼罩面牽涉到多方面的技術因素，尚有待進一步的理論和試驗研究，對反射裂縫必須要有充分的認識，在現有技術的基礎上，應綜合技術經濟加以分析，選擇適宜的技術措施。

參考文獻：

[1]中華人民共和國行標準.公路養護技術規范（JTG H10－2009）.北京：人民交通出版社，2009

[2]中華人民共和國行標準.公路水泥混凝土路面施工技術規范（JTG F30－2003）.北京：人民交通出版社，2003

[3]李華、金志強：水泥混凝土路面修補技術.北京：人民交通出版社，1997

[4]傅智、金志強：水泥混凝土路面施工與養護技術.北京：人民交通出版社，2003

[5]翟站立：路基路面施工及養護技術.北京：人民交通出版社，2001