舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層技術研究

陳巧利

（張家口路橋建設集團有限公司，河北 張家口075000）

1 引言

我國水泥路面數量巨大，其中不少路面出現不同程度破損，嚴重影響行車安全與舒適，而水泥混凝土路面瀝青加鋪層能夠保留原路面，降低施工成本[1]。在舊水泥路面攤鋪一層瀝青混合料并進行壓實可以解決水泥路面的破損問題，但瀝青加鋪層與水泥路面模量不同，路面易出現反射裂縫，因此，為解決路面反射裂縫問題，本文依托實際工程對瀝青加鋪層技術進行研究。

2 工程概況

某道路為水泥混凝土路面，設計車道為雙向4 車道，全長86 km，起點樁號為K00+000，終點樁號為K86+000。由于車流量逐年遞增，原水泥路面已經出現嚴重破損現象。為了保證道路行車舒適性和駕駛安全性，決定對舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層。

3 原路面質量評定

3.1 水泥板斷裂率

對城市道路水泥混凝土路面質量進行評定，對原路段K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范圍內水泥板斷裂率進行調查，調查統計結果見表1。

表1 城市道路水泥板斷裂率統計表

由表1 可知，根據GBJ 97—1987《水泥混凝土路面施工及驗收規范》對原路面進行水泥板斷裂率進行評價，路段K55+000～K56+000 和路段K81+000～K82+000 評價等級為次等，路段K62+000～K63+000 評價等級為差，原路面已經出現嚴重的交通安全隱患，急需對舊水泥混凝土路面進行改造。

3.2 路面狀態指數（PCL）

對 原 水 泥 混 凝 土 路 段 K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范圍內路面狀態指數（PCL）進行調查檢測，PCL 采用網絡自動化檢測車對原路面狀況進行檢測，檢測結果如表2 所示。

表2 城市道路路面狀態指數統計表

由表2 可知路段K55+000～K56+000 的PCL 為75.1，評定等級為中；路段K62+000～K63+000 的PCL 為62.1，評定等級為差；路段K81+000～K82+000 的PCL 為71.2，評定等級為中；原路面質量狀況較差，暴露出很多問題，主要是結構性的路面損壞。

3.3 彎沉值

對原水泥混凝土路段K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范圍內舊水泥路面承載力進行檢測，彎沉值可以判斷水泥板脫空情況。彎沉值不滿足規范要求，導致板底脫空會引起兩塊水泥板之間加鋪瀝青混合料，兩塊接縫處會豎向位移導致瀝青加鋪層開裂，因此，需要對原水泥路面彎沉值進行檢測，水泥板板底脫空主要檢測方法如表3所 示。 對 原 水 泥 混 凝 土 路 段 K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范圍內路面彎沉值進行調查檢測，檢測結果如表4 所示。

表3 板底脫空檢測方法

由表4 可知，路段K55+000～K56+000 脫空度為4 500 cm3，彎沉值為19.5（0.01 mm），評定等級為輕；路段K62+000～K63+000 脫空度為5 600 cm3，彎沉值為24.5（0.01 mm），評定等級為差；路段K81+000～K82+000 脫空度為5 100 cm3，彎沉值為21.4（0.01 mm），評定等級為中；舊水泥路面基層及以下部分病害較輕，修復完善后即可瀝青面層加鋪。

表4 城市道路彎沉值統計表

4 瀝青加鋪層技術

4.1 加鋪層結構設計

對舊水泥混凝土路面破損進行修繕工作后便進行瀝青加鋪層施工，加鋪層結構設計需要考慮荷載疲勞應力和溫度應力確定瀝青加鋪層厚度，最佳加鋪層厚度設計如下。

4.1.1 荷載疲勞應力

根據GBJ 97—1987《水泥混凝土路面施工及驗收規范》水泥混凝土路面與地基、水泥混凝土路面與瀝青加鋪層完全連續接觸，受力方向不發生改變。荷載應力的計算公式如式（1）：

式中，σp為荷載疲勞應力，MPa；kr、kf、kc分別為應力折減系數、疲勞應力系數、疲勞損壞系數；σps為標準軸載作用下水泥板接縫處產生的荷載應力，MPa。

4.1.2 溫度疲勞應力

溫度對瀝青加鋪層影響很對，故加鋪層施工時要考慮溫度應力對舊水泥混凝土路面與瀝青加鋪層之間的影響。溫度疲勞應力的計算公式如式（2）：

式中，σt為溫度疲勞應力，MPa；kt為累計溫度應力作用的疲勞應力系數；σtm為最大溫度作用下水泥板產生的溫度應力，MPa。

4.1.3 加鋪層厚度的確定

根據上式對瀝青加鋪層荷載疲勞應力和溫度疲勞應力的計算，結合JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》要求，本文采用的鋪層厚度為10 cm，滿足施工規范要求。

4.2 加鋪層材料設計

1）基質瀝青。本文試驗用瀝青選擇東海牌橡膠瀝青，其技術指標測試結果見表5。

表5 橡膠瀝青技術指標檢測結果

2）粗集料。為瀝青加鋪層路用性能，對粗集料的壓碎值和洛杉磯磨耗損失等指標有著更高的要求，同時還需要棱角分明。本試驗選用了玄武巖碎石進行檢測，檢測結果如表6 所示。

表6 粗集料檢測結果

由表5 可知，粗集料壓碎值為19.3%，小于26%，洛杉磯磨耗損失為25.1%，小于26%，堅固性為9.1%，小于15%，均滿足規范要求，可作為瀝青加鋪層的原材料。

3）細集料。瀝青加鋪層細集料需要保持干燥，使用前需要在恒溫恒壓箱內干燥2 h，細集料要求顆粒均勻且與瀝青具有良好的黏附能力。為了減小細集料級配對試驗帶來的誤差，細集料需要通過機器初篩和人工手篩。試驗選用的細集料為玄武巖機制砂，并對其進行檢測，檢測結果均滿足施工要求[2]。

4）級配設計。瀝青加鋪層合理的級配設計既可以有效改善水泥路面的溫度變化，減少水泥混凝土路面板底開裂，又可以大大緩解加鋪層的溫度應力。因此，本文瀝青加鋪層上面層為4 cm 的SMA-13，下面層為6 cm 的A-20[3]。

上面層設計：SMA-13 選擇粒徑為4.75～9.5 mm 和9.5～16 mm 不同粒徑的玄武巖，再根據JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》瀝青采用改性瀝青，最佳油石比為6.2%、瀝青飽和度為79.6%。確定最佳級配設計為粗集料∶細集料∶石屑∶礦粉=48∶26∶15∶9，此時級配曲線出現S 形，非常貼近規范設計中值曲線。

下面層設計：AC-20 擇粒徑為4.75～9.5 mm、9.5～16 mm和9.5～19 mm 不同粒徑的玄武巖，再根據JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》瀝青采用橡膠瀝青，最佳油石比為5.8%、瀝青飽和度為76.9%。確定最佳級配設計為粗集料：細集料∶石屑∶礦粉=29∶15∶21∶5，此時級配曲線出現S 形，非常貼近規范設計中值曲線[4]。

4.3 加鋪層抗裂設計

反射裂縫是瀝青加鋪路面最主要的問題，為了抑制反射裂縫的產生，本文在試驗路段A 直接鋪筑瀝青加鋪層，試驗路段B 在舊水泥路面和瀝青加鋪層之間鋪設土工布，試驗路段C 在舊水泥路面和瀝青加鋪層之間鋪設玻纖格柵。

5 質量驗收

為研究舊水泥路面與瀝青加鋪層之間鋪設不同材料對路用性能的影響，本文在試驗路段采用3 種瀝青加鋪層進行施工，竣工后對試驗路段A、B、C 彎沉值進行檢測。

試驗路段A 直接鋪筑瀝青加鋪層彎沉值為11.6（0.01 mm），試驗路段B 在舊水泥路面和瀝青加鋪層之間鋪設土工布彎沉值為8.5（0.01 mm），試驗路段C 在舊水泥路面和瀝青加鋪層之間鋪設玻纖格柵彎沉值為7.4（0.01 mm），據JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》要求瀝青加鋪層彎沉值應小于14（0.01 mm），試驗路段A、B、C 均滿足要求，但加鋪玻纖格柵能夠有效減少彎沉，提高加鋪層抗反射裂縫能力。

6 結語

舊水泥混凝土路面瀝青加鋪技術是一種易于施工的路面養護技術，本文依托實際工程從原路面檢測、瀝青加鋪層結構設計、材料設計以及抗反射裂縫設計對瀝青加鋪層技術進行研究，以期對后續研究者提供有利的理論知識。