水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土裂縫緩解方案

周　濤（貴州省六盤水市城市建設投資有限責任公司，貴州六盤水553000）

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水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土裂縫緩解方案

周濤（貴州省六盤水市城市建設投資有限責任公司，貴州六盤水553000）

為了提高舊水泥混凝土路面的舒適性，在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土的方案已在高速公路、國省道及各級道路上廣泛應用。在舊水泥混凝土路面上加鋪的瀝青混凝土面層容易開裂，目前尚未有成熟的解決方案，基于多年的實踐經驗與探索，本文對面層裂縫產生的原因進行了分析與總結，并提出了緩解裂縫的產生的方法。研究表明，本文提出的方法對緩解白加黑路面開裂，提高其形成舒適性具有較好的指導作用。

水泥混凝土路面；瀝青混凝土加鋪；應力吸收層；開裂；解決方案

緒論

水泥路面因其抗彎強度高等優點在道理建設中得到一定的應用，但隨著交通量的增加及路面使用年限的臨近，水泥混凝土路面破損日益嚴重，行車舒適性降低，因此，針對舊水泥混凝土路面改造的項目越來越多。瀝青混凝土路面同水泥混凝土路面相比具有行車車舒適、噪聲小、灰塵少等優點，同時在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土的方案可以最大化利用舊有道路資源，具有生態環保、道路標高提高幅度小、工期短，便于路面養護與維修等優點，能較好的改善舊有水泥混凝土路面的使用性能，提高了行車品質，因此，白加黑路面技術廣泛的應用于混凝土路面改造。但在應用中發現，由于舊混凝土路面裂縫及外界環境的影響往往導致上面瀝青混泥土罩面較快的出現反射裂縫及溫度裂縫，嚴重降低了道路的使用壽命。本文針對該現象，結合多年的經驗積累，對裂縫產生的原因及預防措施進行分析，以期提高白加黑道路的使用壽命。

1　裂縫產生的原因分析

舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土裂縫主要的表現形式為反射裂縫，舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青層后，下板的接、裂縫會在加鋪層表面反映出來，是種與下板接裂縫相對應的裂縫。通常分為兩種：荷載型反射裂縫和溫度型反射裂縫。當車輛行過不連續的板體時，瀝青混凝土加鋪層中由于接裂縫兩側相鄰板塊產生豎向位移差，而出現較大的剪應力，這種剪切應力是瀝青混凝土加鋪層產生荷載型反射裂縫最主要的原因，這種裂縫稱為荷載型反射裂縫。當車輪位于裂縫正上方時，以張開模式引起反射裂縫，一般產生于罩面層底部，向上擴展，如圖1所示；當車輪位于接縫的一側時，主要以剪切模式影響反射裂縫，裂縫在罩面中沿一定角度向上發展，如圖2所示。在重載交通影響下，荷載型反射裂縫會加速發展。此種裂縫是由于下層混凝土板體的豎向運到造成的。

圖1　車輪作用在接縫處裂縫成因示意圖

圖2　車輪作用在非接縫處裂縫成因示意圖

路面受氣溫周期性變化的影響而縮脹，產生溫度應力，由于舊水泥混凝土路面的應力在接裂縫處不連續，因此瀝青加鋪層同時承受它本身以及舊路面所產生的溫度應力；瀝青混凝土加鋪層會因為與接裂縫對應處的拉應力過大而產生開裂，這種裂縫稱為溫度型反射裂縫，是由于下層混凝土板體的水平運到造成的，如圖3～4所示。

圖3　溫度型反射裂縫成因示意圖

圖4　反射裂縫擴展模型

2　裂縫產生后對路面的影響

瀝青路面出現反射性裂縫后，水從裂縫進入，滲入粘層與水泥混凝土板的界面上，由于荷載的作用下產生的動水壓力作用，以及滲水在高溫時化成水汽，使瀝青面層與水泥混凝土板的粘結力降低，瀝青混合料逐漸從水泥混凝土路面剝離，甚至成為滑動的界面狀態，瀝青面層成為一個單獨受力的層次，就會出現很大的水平剪應力和底部的彎拉應力，必將導致瀝青面層的迅速破壞。同時水逐漸積聚在剛性路面基層與水泥混凝土板的界面上，不能排走，在荷載作用下形成灰漿，從路面薄弱的地方首先開始產生唧漿，隨著滲水量的增加，積聚面積擴大，伴隨水損壞與疲勞的共同作用，有的成為坑槽，有的擴展為網裂，如果不及時修補，發展將十分迅速。

3　國內外主要的解決方案

舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層主要有如下四種做法：①增加瀝青加鋪層厚度，此方案造價增加較多，并且路面標高抬高較多，并且對反射裂縫的延緩效果不明顯。②設置土工織物夾層，在舊水泥混凝土路面與新鋪瀝青混凝土面層之間設置一層土工布或土工格柵，此方案分散了舊水泥混凝土路面接縫（裂縫）處的應力集中，在一定程度上能緩解裂縫的出現。③破碎舊水泥混凝土板。舊水泥混凝土板破碎后或運走或加入固化劑作為新鋪瀝青混凝土路面的底基層或基層。運走舊水泥混凝土板的方案對環境影響較大，同時破碎及運輸成本較大；加入固化劑作為新鋪瀝青混凝土路面底基層或基層的方案對路面標高增加較大，對有標高控制要求的道路特別是城市道路影響較大，同時破碎及固化成本較高。④鋪設應力吸收層。目前常采用的應力吸收層有橡膠瀝青應力吸收層、Strata及Saf應力吸收層等，通常這些應力吸收層價格昂貴，工程投資增加較多。

緩解舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土裂縫的方案應根據舊水泥混凝土路面的實際情況、交通荷載及溫度變化等確定。本文認為應該從限制溫度型反射裂縫、限制荷載型反射裂縫及裂縫產生后限制裂縫擴散三方面入手。

限制溫度型反射裂縫可采用鋪設土工布、玻纖格柵或細鋼筋網等彈性模量較大的材料，依靠材料的彈性模量及粘結力限制舊水泥混凝土板之間的水平位移。筆者認為對于溫差變化大的城市或路段，應加強該層的設計與施工。

限制荷載型反射裂縫主要應從控制舊水泥混凝土路面的彎沉特別是接縫及裂縫處的彎沉差入手，防止接縫或裂縫兩側板塊的傳荷能力不足，造成不均勻荷載作用下豎向位移差較大，從而引起瀝青混凝土加鋪層的開裂。根據筆者經驗，對于整體灣沉大于45的路段，應采取打裂或各種碎石化技術將混凝土板打碎，并做相應處理。對于接縫及裂縫兩側板體彎沉差大于6的板塊應加以處理，使兩側板體的彎沉差小于6。對于交通量及交通荷載較大的路段，應嚴格控制彎沉差。對于兩側板體的彎沉差大于6的兩側板體應采用壓漿封填或增設拉桿等措施，嚴格控制接縫（裂縫）兩側板體的豎向位移差。

限制裂縫擴散應設置應力吸收層與加強后期養護兩者結合的方案效果較為明顯。應力吸收層的作用：①防止接縫（裂縫）處應力集中；②使瀝青混凝土加鋪層裂縫與舊水泥混凝土路面裂縫（接縫）錯位，如圖5～6所示；③應力吸收層具有防水性能，防止水下滲。

圖5　加鋪應力吸收層后裂縫位置及應力擴散示意圖

圖6　未加鋪應力吸收層后裂縫位置及應力擴散示意圖

對比圖5～6可看出，加鋪應力吸收層后，加鋪層裂縫與舊水泥混凝土路面接縫（裂縫）發生錯位，使得路面滲水不會直接從舊水泥混凝土路面接縫（裂縫）處滲入路基。根據長期工程實踐，富油的瀝青砂作為應力吸收層效果較好，且價格相對便宜，施工方便，同時隨著溫度的升高，富油瀝青砂通過塑性變形對舊水泥混凝土接縫（裂縫）及加鋪層裂縫有填充的作用。

4　實際工程案例

本文就貴州省某縣城舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層為例，進一步論述舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層的工藝流程及注意事項。該項目至今已有3年，路面裂縫較少。設計主要工藝流程為：①對舊水泥混凝土路面逐塊進行彎沉測量，對彎沉不合格及彎沉差不合格的板塊進行處理，同時對錯臺、斷板等常見病害進行修復。②清縫及灌縫。施工前應逐個檢查混凝土面板的接縫，對已經損壞的接縫應進行修復。先清除接縫內雜物，接縫干燥后應用灌縫機灌縫。③舊水泥混凝土路面整體拉毛2cm，此措施增加了舊水泥混凝土路面的粗糙度。④灑布粘層瀝青。在灑布瀝青前應將混凝土碎塊、灰塵等雜物清掃干凈，并用高壓水沖洗潔凈，確保路面無污染，在路面干燥后方可灑瀝青。⑤鋪設玻纖格柵。鋪設前應在水泥混凝土面層上涂刷熱瀝青（每平方米不小于0.7L），確保玻纖格柵平順，并與混凝土路面緊密結合。⑥鋪筑應力吸收層，應力吸收層采用2cmSBS改性瀝青砂，其油石比提高10%。⑦加鋪8cm瀝青面層，瀝青混凝土上面層采用3cm厚SBS改性瀝青AC-10（摻3%聚炳烯腈纖維），瀝青混凝土下面層采用5cm厚普通道路石油瀝青AC-16。

圖7　加鋪層結構設計圖

5　結語

經過理論及實踐檢驗，本文認為防止舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層的反射裂縫最重要的是如下三點：

（1）舊水泥混凝土路面特別是接縫（裂縫）兩側混凝土板塊彎沉差，對控制由于荷載引起的反射裂縫有很重要的作用。

（2）是設置應力吸收層。應力吸收層不僅能緩解接縫（裂縫）處的峰值應力，而且能防止路面水滲入舊水泥混凝土路面，對加鋪層裂縫的產生及擴散均有限制作用。

（3）控制舊水泥混凝土板塊之間相對水平位移，通過與瀝青粘結較好、彈性模量較高的土工布、玻纖格柵等措施能有效地控制水泥混凝土板塊之間的相對位移，減輕溫度型反射裂縫的產生。

［1］趙安華.水泥混凝土路面改造分析［J］.交通建設，2007，22（6）：44～45.

［2］周尚東.土工格柵在城市水泥混凝土路面改造中的應用［J］.山西建筑，2009，35（14）：272～273.

［3］《城鎮道路路面設計規范》（CJJ169-2012）［S］.

周 濤（1985-），男，貴州六枝人，工程師，本科，主要從事市政工程項目建設管理工作。

U416.217

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2095-2066（2016）10-0166-02

2016-3-8