舊水泥混凝土路面加鋪改造方案比較及實(shí)用效果評(píng)價(jià)

朱萬紅

（廈門百城建設(shè)投資有限公司，福建廈門361009）

0 前言

目前，我國(guó)現(xiàn)有的水泥混凝土路面，有相當(dāng)一部分已接近或超過設(shè)計(jì)年限，有的雖未達(dá)到設(shè)計(jì)年限，但由于交通量劇增，汽車軸載日益重型化及設(shè)計(jì)、施工等方面的原因，導(dǎo)致路面損壞、使用品質(zhì)下降等情況，影響了道路的使用功能，急需改造、修復(fù)路況。與瀝青路面相比，水泥混凝土路面的修復(fù)比較困難，可采用的大修措施有三種：加鋪瀝青混凝土面層、加鋪新水泥混凝土面層和翻修。由于瀝青加鋪層能有效地改善舊水泥路面的使用性能，同時(shí)充分利用舊水泥路面，造價(jià)低，施工方便，且對(duì)交通、環(huán)境影響小，因此在國(guó)內(nèi)外舊水泥路面改造工程中應(yīng)用最多。然而瀝青加鋪層中迅速發(fā)展的反射裂縫將影響加鋪層的使用壽命，如何控制反射裂縫產(chǎn)生的時(shí)間和擴(kuò)展的速度至今仍是一道難題。

1 改造原理

采用瀝青混凝土面層作為舊路面的加鋪層是一種典型的補(bǔ)強(qiáng)方法，這種形式的路面結(jié)構(gòu)能吸收兩種材料的優(yōu)點(diǎn)：即舊水泥混凝土提供了穩(wěn)定、堅(jiān)實(shí)的基層，瀝青混凝土路面提供了一個(gè)摩阻系數(shù)較高、平整度好的面層，大大改善了路面的使用性能。然而普遍存在這樣一個(gè)問題：瀝青加鋪層中出現(xiàn)反射裂縫，反射裂縫本身對(duì)罩面層的使用性能影響不大，但環(huán)境因素的負(fù)效應(yīng)常常使裂縫迅速擴(kuò)散，從而縮短罩面層的壽命。關(guān)于反射裂縫防治，國(guó)內(nèi)外研究者已進(jìn)行了大量的試驗(yàn)工程及理論分析研究。美國(guó)聯(lián)邦公路局（FHWA）1970年提出了減少瀝青加鋪層反射裂縫的研究計(jì)劃NEEP-10。該計(jì)劃包括幾個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容：加鋪層厚度、瀝青的稠度、瀝青混合料中的外摻劑、加鋪前對(duì)舊混凝土路面的處理及應(yīng)力緩解層等。1988年美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)（AI）對(duì)減少反射裂縫的幾種措施總結(jié)結(jié)果為：在加鋪前對(duì)水泥混凝土路面板斷裂及穩(wěn)固、對(duì)瀝青混凝上加鋪層鋸縫和填縫，以及瀝青混合料外摻橡膠粉均有很好的效果。

2 加鋪層方案

瀝青混凝土加鋪層設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)瀝青加鋪層厚度，而該厚度由行車荷載和防反射裂縫兩個(gè)因素控制。由于水泥混凝土面板本身強(qiáng)度較高，僅做為路面基層，其上再加鋪瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，因此，行車荷載控制不是加鋪層設(shè)計(jì)的重要因素，而防止反射裂縫的產(chǎn)生是加鋪層設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。試驗(yàn)段所用的防止反射裂縫的方案主要有以下幾種：

（1）為防止反射裂縫的產(chǎn)生，在瀝青面層與水泥混凝土路面之間加鋪8～10 cm（平均9 cm）ATB-25瀝青碎石。加鋪層的多空隙結(jié)構(gòu)可有效地阻斷裂縫尖端的擴(kuò)展路徑，消散及吸收由交通荷載及環(huán)境溫度變化所產(chǎn)生的應(yīng)力及應(yīng)變，減小接縫處產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象，延緩接縫處反射裂縫向上擴(kuò)展的速度。瀝青大碎石混合料對(duì)應(yīng)力集中有很好的緩解作用。同時(shí)，瀝青穩(wěn)定碎石模量較小，能緩解加鋪層底面的應(yīng)力，對(duì)加鋪層的抗裂性能有很積極的意義。

（2）國(guó)內(nèi)外道路工程界專家進(jìn)行了大量的研究，研究結(jié)果表明在舊水泥混凝土路面與瀝青加鋪層之間加鋪一層彈性模量較高的應(yīng)力加筋?yuàn)A層，以吸收或緩沖裂縫尖端的應(yīng)力集中，對(duì)于抑制反射裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)散具有一定的效果。比如說采用玻纖格柵、玻纖布等，這種類型的材料通常模量比較高，抗拉強(qiáng)度高，加鋪在罩面上，來提高面層的抗拉強(qiáng)度，可以起到一定延緩反射裂縫的作用。《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)規(guī)范》提到防治反射裂縫的措施有鋪設(shè)土工格柵，鋪貼土工布和粘貼改性瀝青油毛氈，故在該方案中鋪設(shè)了玻璃纖維土工格柵。

（3）采用低模量的夾層，這種材料的特點(diǎn)是比較柔軟，變性能力很強(qiáng)，即使在較大的變性下仍然不會(huì)開裂，可以將水泥板產(chǎn)生的位移，在這一層消散掉，裂縫就不會(huì)向加鋪層上反射。這種方法在國(guó)外應(yīng)用也比較多，通常稱為應(yīng)力吸收薄膜夾層（SAMI）。

廈門市某國(guó)道水泥路面始建于上世紀(jì)90年代初，結(jié)構(gòu)承載力不足、交通量劇增、汽車超載嚴(yán)重，舊水泥混凝土板普遍存在脫空、斷板、錯(cuò)臺(tái)等現(xiàn)象。

采用了下面幾種結(jié)構(gòu)組合方案：

方案A1：4 cmSMA-13改性瀝青+6 cm AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+8～10 cm（平均9 cm）ATB-25瀝青碎石，原有舊路面進(jìn)行病害處理、銑刨拉毛；

方案A2：4 cm橡膠瀝青混凝土ARAC-13+6 cm AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+8～10 cm（平均9 cm）ATB-25瀝青碎石，原有舊路面進(jìn)行病害處理、銑刨拉毛；

方案B1：4 cmSMA-13改性瀝青+6～8 cm（平均7 cm）AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+玻璃纖維格柵（鋪中間4個(gè)車道），原有舊路面進(jìn)行病害處理、銑刨拉毛；

方案B2：4 cm橡膠瀝青混凝土ARAC-13+6～8 cm（平均7 cm）AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+玻璃纖維格柵（鋪中間4個(gè)車道），原有舊路面進(jìn)行病害處理、銑刨拉毛；

方案C1：4 cm橡膠瀝青混凝土ARAC-13+6～8 cm（平均7 cm）AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+1 cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層，對(duì)原有舊路面打裂壓穩(wěn)；

方案C2：4cmSMA-13改性瀝青+6～8 cm（平均7 cm）AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+1 cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層，對(duì)原有舊路面打裂壓穩(wěn)。

3 施工控制要點(diǎn)

玻璃纖維土工格柵高溫性能好，攤鋪熱瀝青混凝土不會(huì)產(chǎn)生變形，但其對(duì)施工要求比較嚴(yán)格。鋪設(shè)玻璃纖維土工格柵前，首先要對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行整平處理，以避免格柵下方出現(xiàn)脫空，造成瀝青路面損壞。在攤鋪瀝青層時(shí)，嚴(yán)禁汽車在土工格柵上掉頭，以防碾壞土工格柵。

橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的施工方法首先噴灑一次橡膠瀝青，或者是改性瀝青，然后撒布單一粒徑的集料，然后用膠輪壓路機(jī)碾壓，將集料壓入到瀝青中，瀝青膜的厚度會(huì)增長(zhǎng)到5 mm左右，在上一層熱拌混合料施工的時(shí)候，集料又會(huì)嵌擠到其中，最后會(huì)形成接近1 cm左右的應(yīng)力吸收薄膜夾層。施工也很簡(jiǎn)單，主要是對(duì)施工噴灑設(shè)備的要求比較高，要能夠在高溫下噴灑出高黏度的改性瀝青或橡膠瀝青。采用此種方案，需結(jié)合對(duì)舊混凝土板塊的常規(guī)的結(jié)構(gòu)性病害進(jìn)行處理。

4 路面性能監(jiān)測(cè)

為了了解三種方案下路面性能的發(fā)展情況，對(duì)路面平整度、車轍深度及裂縫發(fā)展情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。

4.1 路面平整度

路面平整度是評(píng)價(jià)路面舒適性能的主要指標(biāo)。采用ARRB道路綜合檢測(cè)車，檢測(cè)其交工驗(yàn)收時(shí)及現(xiàn)狀的國(guó)際平整度指數(shù)。由于該段國(guó)道等級(jí)為二級(jí)，RQI的換算指標(biāo)參照二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其多方案對(duì)比情況見表1所列及圖1所示。

表1 多方案路面平整度對(duì)比一覽表

總體來說路面舒適度好，方案C1路面平整度狀況最好。

4.2 車轍深度

車轍是瀝青混凝土路面的常見病害。路面車轍深度是瀝青路面性能評(píng)價(jià)的重要技術(shù)指標(biāo)，在公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中，路面車轍用路面車轍深度指數(shù)（RDI）評(píng)價(jià)。其多方案對(duì)比情況見表2所列及圖2所示。

初始路面車轍深度基本持平，A2、C2方案路面車轍深度發(fā)展較快，B1方案路面車轍深度發(fā)展最慢。

4.3 反射裂縫發(fā)展情況

試驗(yàn)段從開放運(yùn)營(yíng)至今已逾3 a，經(jīng)歷了雨季和連續(xù)高溫季節(jié)，試驗(yàn)段未見明顯裂縫發(fā)展。三種方案對(duì)反射裂縫的防治都有較好的效果。

5 結(jié)論

（1）加鋪瀝青碎石層、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層、玻纖格柵三種方案初期對(duì)反射裂縫的發(fā)生和發(fā)展都有比較好的抑制作用。使用橡膠瀝青應(yīng)力吸收層方案相對(duì)綜合效果佳。

表2 路面車轍深度對(duì)比一覽表

（2）使用瀝青碎石加鋪層抑制反射裂縫的方法有其弊端，一方面增加厚度必將增加路面造價(jià)；而且在夏季高溫情況下，瀝青混合料高溫蠕變易產(chǎn)生車轍，也沒有了由于舊水泥混凝土板做基層所產(chǎn)生強(qiáng)基薄面的優(yōu)勢(shì)。

（3）橡膠瀝青應(yīng)力吸收層施工時(shí)應(yīng)注意集料顆粒均勻，橡膠瀝青噴砂時(shí)保證瀝青膜的厚度。玻纖格柵應(yīng)保證原路面整平，保證格柵層效果。