城市道路舊水泥砼路面白加黑反射裂縫防治措施的探討

周旭

（安徽建工集團(tuán)股份有限公司建筑設(shè)計(jì)研究院， 安徽 合肥 230031）

水泥砼路面的使用性能會(huì)隨著環(huán)境因素及車(chē)輛荷載的不斷作用而逐漸衰變， 當(dāng)其的表面功能或結(jié)構(gòu)狀況不能滿(mǎn)足道路的使用要求時(shí)， 就需要對(duì)舊水泥砼路面進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)或鋪設(shè)加鋪層以恢復(fù)或提高其使用性能， 并進(jìn)行黑色化改造。 以達(dá)到環(huán)保、 防塵、 降噪和增添行車(chē)舒適性的效果。

舊水泥砼路面黑色化改造通常分為兩種類(lèi)型：“白加黑” 及“白改黑”。 白加黑， 就是水泥砼路面經(jīng)過(guò)補(bǔ)強(qiáng)等措施處理， 不改變水泥砼路面的結(jié)構(gòu)， 直接加罩瀝青砼面層； 白改黑， 指水泥砼路面經(jīng)過(guò)翻挖換填等措施處理， 將水泥路面改為柔性或半剛性基層， 再加鋪瀝青混凝土面層。

1 反射裂縫成因分析

白加黑路面在舊水泥砼板塊縱橫向接縫或裂縫病害處附近產(chǎn)生較大的位移， 當(dāng)舊水泥砼板塊接縫位移產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于瀝青砼加鋪層的抗拉強(qiáng)度時(shí)， 就會(huì)導(dǎo)致瀝青砼加鋪層出現(xiàn)裂縫， 從而產(chǎn)生反射裂縫。

通常來(lái)說(shuō)， 白加黑路面產(chǎn)生反射裂縫的原因主要分為以下兩類(lèi)： 一是受溫度因素影響產(chǎn)生水平位移而導(dǎo)致的裂縫； 當(dāng)外界環(huán)境溫度過(guò)低， 路面基層板會(huì)發(fā)生收縮變形的問(wèn)題， 導(dǎo)致瀝青層內(nèi)部產(chǎn)生了較大的拉應(yīng)力； 當(dāng)外界環(huán)境溫度過(guò)高， 基層板受熱膨脹形變，導(dǎo)致瀝青層內(nèi)部產(chǎn)生了較大的壓應(yīng)力。 長(zhǎng)久受兩種應(yīng)力的影響， 就會(huì)導(dǎo)致瀝青層在水泥砼板塊接縫位置產(chǎn)生裂縫問(wèn)題。 二是受荷載因素影響而發(fā)生豎向位移導(dǎo)致的裂縫。 荷載的影響可分為以下三類(lèi)： 第一類(lèi)只存在于裂縫某側(cè)的荷載， 會(huì)導(dǎo)致瀝青面層出現(xiàn)較大的剪切應(yīng)力， 加速裂縫兩側(cè)的位移。 第二類(lèi)均勻存在于裂縫兩側(cè)的荷載， 對(duì)裂縫的影響較小， 但會(huì)使瀝青面層內(nèi)部產(chǎn)生彎拉應(yīng)力。 第三類(lèi)當(dāng)荷載慢慢離開(kāi)后， 由于消除荷載， 路面會(huì)產(chǎn)生與承受荷載時(shí)相反的剪應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫問(wèn)題加劇。 在分析裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展時(shí)，需要考慮溫度因素以及荷載因素的共同作用， 一般來(lái)說(shuō)溫度作用引起了反射裂縫， 并參與了裂縫的初期擴(kuò)展， 而荷載作用則引起了反射裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。

2 防治措施

2.1 舊置與補(bǔ)強(qiáng)

為了減少反射裂縫的產(chǎn)生， 加鋪瀝青面層前， 為了降低舊水泥砼路面在車(chē)輛荷載的作用下產(chǎn)生的豎向變形和不均勻沉降的出現(xiàn)， 延緩反射裂縫的發(fā)生， 必須對(duì)舊水泥砼路面進(jìn)行處理。

結(jié)合舊水泥路面的現(xiàn)狀調(diào)查資料， 對(duì)面層斷裂類(lèi)（包括縱橫向及斜向裂縫， 角隅、 交叉裂縫或斷板）、面層豎向位移類(lèi)（包括沉陷、 脹起）、 面層接縫類(lèi)（包括填料破壞、 縱縫張開(kāi)、 唧泥脫空、 錯(cuò)臺(tái)、 接縫破碎及拱起） 及面層表面類(lèi)（包括磨損和露骨、 紋網(wǎng)裂和起皮、 坑洞等） 病害進(jìn)行處理。 處理后板塊應(yīng)復(fù)測(cè)彎沉值， 保證接縫主輔點(diǎn)彎沉差不大于0.06mm以及平均彎沉值不大于0.2mm。

2.2 防治反射裂縫措施

在對(duì)舊水泥砼路面處置及補(bǔ)強(qiáng)后， 為減緩后續(xù)加鋪層出現(xiàn)反射裂縫， 目前通常有以下幾種措施。

2.2.1 增加瀝青砼加鋪層厚度

對(duì)于白加黑路面， 作為功能層， 瀝青砼加鋪層厚度的選擇主要是為了減緩反射裂縫的產(chǎn)生， 一般僅起到功能層作用。 增加瀝青砼加鋪層厚度， 一方面可減少舊水泥砼路面的溫度變化， 從而降低加鋪層的拉應(yīng)力； 另一方面可以增加路面結(jié)構(gòu)層的彎曲剛度， 減小接縫的彎沉差， 增強(qiáng)路面整體結(jié)構(gòu)的分散荷載能力，改善面層受力。 同時(shí)由于厚度的增加， 可延長(zhǎng)裂縫在面層內(nèi)的擴(kuò)散路徑， 延緩反射裂縫貫穿面層的時(shí)間。

由于舊水泥砼路面與瀝青砼加鋪層的彈性模量相差較大， 在車(chē)輛荷載的反復(fù)作用下， 過(guò)厚的瀝青砼加鋪層底部往往產(chǎn)生的較多的壓應(yīng)力而不是拉應(yīng)力， 這會(huì)使加鋪層易產(chǎn)生車(chē)轍， 同時(shí)考慮工程經(jīng)濟(jì)型較差。

2.2.2 設(shè)置夾層

通過(guò)在舊水泥砼路面層與瀝青砼加鋪層間設(shè)置夾層， 可減少裂縫尖端的拉應(yīng)力， 起到應(yīng)力緩解和加筋的作用。 一般包含應(yīng)力吸收層和土工合成材料夾層等。

1） 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層： 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層是采用碎石封層形式， 將單一粒徑的石料均勻的滿(mǎn)鋪在橡膠瀝青層上用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行嵌擠碾壓， 橡膠瀝青被擠壓到石料高度的3/4 至4/5 處， 石料嵌鎖形成后將構(gòu)成結(jié)構(gòu)性支撐， 所形成的碎石封層即為橡膠瀝青應(yīng)力吸收層。

橡膠瀝青應(yīng)力吸收層用橡膠瀝青做膠結(jié)料， 表面撒布單級(jí)配的碎石， 整個(gè)結(jié)構(gòu)是一種柔性體系， 能有效封閉原路面表面的微裂縫和空隙， 對(duì)水泥混凝土路面的集中應(yīng)力有顯著的緩沖和吸收作用， 能有效緩解應(yīng)力向鋪裝層的反射， 減少和緩沖鋪裝層底拉應(yīng)力。

2） 高彈改性瀝青應(yīng)力吸收層： 高彈高粘瀝青是指粘度（60℃） ＞20 000Pa·s， 彈性恢復(fù) （25℃）＞85%的瀝青， 不同于橡膠瀝青應(yīng)力吸收層采用同步碎石封層的方式進(jìn)行施工， 高彈改性瀝青應(yīng)力吸收層拌合及施工工藝與常規(guī)瀝青砼基本一致， 施工質(zhì)量易于控制。 該結(jié)構(gòu)層由高彈高粘、 密集配熱拌瀝青混合料組成， 一般厚度在2 ～3cm， 為較高瀝青用量（油石比通常在9%左右） 的密實(shí)級(jí)配， 具有優(yōu)異的抗變形、 防水能力及較強(qiáng)的抗剝離性。 通過(guò)增強(qiáng)了瀝青混合料的彈性性能， 能夠較好吸收基層中產(chǎn)生的拉應(yīng)力， 減緩反射裂縫的產(chǎn)生。

3） 土工合成材料： 作為夾層使用的土工合成材料主要有土工布或土工格柵， 這類(lèi)土工合成材料自身具有較高的抗拉模量， 一方面提高瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度與抗變形能力， 起到少量加筋作用； 另一方面大大增強(qiáng)了瀝青面層的抗裂強(qiáng)度， 對(duì)瀝青面層底起到一定的箍固作用。 但由于土工格柵或土工布在一定程度上破壞了層間的連續(xù)狀態(tài)， 降低了結(jié)構(gòu)的整體性， 影響土工織物和格柵防裂作用的發(fā)揮。 因此， 采用土工織物是， 一定要做到鋪設(shè)平整， 粘層油撒布均勻。

2.2.3 設(shè)置裂縫松弛層

在舊水泥砼路面和瀝青砼加鋪層間設(shè)置一層由瀝青碎石混合料、 級(jí)配碎石或水泥穩(wěn)定碎石組成的裂縫松弛層。 通過(guò)設(shè)置裂縫松弛層， 可以阻止裂縫的擴(kuò)展， 并且降低溫度對(duì)舊水泥砼路面的影響， 減少接縫的張開(kāi)和翹曲量， 從而降低瀝青面層反射裂縫產(chǎn)生的可能性。 但通常受路面標(biāo)高的制約， 在城市道路白加黑中較少設(shè)置裂縫松弛層。

2.2.4 舊水泥砼路面破碎及固定技術(shù)

在舊水泥砼路面結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重， 斷板率較高時(shí)，對(duì)破損板塊補(bǔ)強(qiáng)及修復(fù)后再進(jìn)行加鋪已不經(jīng)濟(jì)的情況下， 可采用碎石化及打裂壓穩(wěn)定等方式， 對(duì)舊水泥砼路面進(jìn)行破壞和固定。 通過(guò)破碎機(jī)械， 將面板進(jìn)行破碎， 隨后進(jìn)行碾壓， 使碎塊牢固的坐落在基層上， 與基層頂面之間無(wú)脫空。

3 工程案例

3.1 項(xiàng)目概況

黃山大道位于歙縣深渡鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)， 是鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)重要的交通干道。 作為深渡鎮(zhèn)北大門(mén)， 黃山大道是連接歙縣和深渡鎮(zhèn)以及深渡碼頭的重要通道。

本次改造范圍為黃山大道（轉(zhuǎn)盤(pán)至碼頭） 機(jī)動(dòng)車(chē)道， 同時(shí)包括轉(zhuǎn)盤(pán)東北側(cè)接線(xiàn)及碼頭西側(cè)接線(xiàn)， 全長(zhǎng)約0.73km， 為城市主干道， 交通等級(jí)為輕交通， 結(jié)合“生態(tài)小鎮(zhèn)” 的建設(shè)， 對(duì)道路路面進(jìn)行白加黑提升改造提升。

3.2 原路面狀況及檢測(cè)結(jié)論

1） 依據(jù)勘探取芯結(jié)果， 自上而下可分為： ①面層、 ②水穩(wěn)層、 ③路基填土層、 ④粉質(zhì)粘土、 ⑤強(qiáng)風(fēng)化千枚巖及⑥中風(fēng)化千枚巖。 其中混凝土面層平均厚度為0.19m； 水穩(wěn)層級(jí)配較差， 不密實(shí)， 平均厚度為0.6m； 路基填土松散， 主要由強(qiáng)、 中風(fēng)化千枚巖碎屑～碎石塊任意回填而成， 平均層厚9.5m， 該土層回填時(shí)未經(jīng)專(zhuān)門(mén)壓實(shí)， 具有高等壓縮性， 孔隙率約20%。

2） 依據(jù)《黃山大道（深渡轉(zhuǎn)盤(pán)至碼頭段） 水泥混凝土路面彎沉路面檢測(cè)報(bào)告》， 該段黃山大道檢測(cè)彎沉的總板塊超過(guò)0.2mm的板塊有120 塊， 占總彎沉測(cè)試板塊100%； 彎沉差超過(guò)0.06mm的總板塊有86塊， 占總彎沉測(cè)試板塊的71.8%； 單點(diǎn)彎沉值＞0.2mm為板塊脫空； 主副點(diǎn)彎沉差值≥0.06mm為接縫傳荷能力不足。 其中主點(diǎn)彎沉值最小為0.294mm，最大為2.822mm， 平均為0.875mm， 對(duì)于平均彎沉大于0.45mm的板塊判定為承載力不足， 不能直接加鋪瀝青面層。

3.3 改造方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查反映， 原水泥砼路面平均彎沉0.875mm， 加之路床為約9.5m厚欠壓實(shí)填土， 一般應(yīng)予以翻挖重建。 但鑒于兩側(cè)房屋均在后期填土上建設(shè)， 緊貼道路紅線(xiàn)， 且部分房屋現(xiàn)狀已存在裂縫， 本項(xiàng)目施工應(yīng)避免產(chǎn)生大的震動(dòng)， 以免加劇兩側(cè)房屋病害， 帶來(lái)安全事故， 故本次提出以下兩個(gè)方案。

3.3.1 方案一： （改建方案， 白改黑）

對(duì)黃山大道老路進(jìn)行挖除， 挖除后按新建路面結(jié)構(gòu)恢復(fù)。 具體方案如下。

1） 老板塊挖除： ①應(yīng)嚴(yán)禁采用挖掘鉆機(jī)等震動(dòng)破碎機(jī)械； ②現(xiàn)狀板塊規(guī)格為4m*4.5m。 施工單位進(jìn)場(chǎng)后， 應(yīng)首先采用切割機(jī)縱橫向全深度切割板塊，切割后板塊規(guī)格應(yīng)以不大于1m*1m為宜， 具體可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段確定， 以便于挖除和清運(yùn)； ③板塊切割后， 從兩側(cè)到中央， 采用挖機(jī)或叉車(chē)等對(duì)小板塊及時(shí)清運(yùn)； ④路床開(kāi)挖時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)狀污水管的保護(hù)。

2） 新建路基路面： ①道路壓實(shí)嚴(yán)禁采用采用震動(dòng)壓路機(jī)， 應(yīng)采用重型壓路機(jī)靜壓， 同時(shí)采用適當(dāng)增大填料含水率和增加碾壓次數(shù)來(lái)保障壓實(shí)度要求； ②本次道路持力層無(wú)法達(dá)到原狀土。 因此對(duì)路面結(jié)構(gòu)以下80cm厚采用碎石土進(jìn)行換填， 并分層壓實(shí)， 單層壓實(shí)厚度應(yīng)不大于15cm； ③路面結(jié)構(gòu)具體如下。

4cm厚改性瀝青砼AC-13 （C） 粘層

7cm厚瀝青砼AC-25 （C）

下封層厚0.8cm聚酯玻纖布（滿(mǎn)鋪） 透層

32cm厚4.5%水泥穩(wěn)定碎石基層

20cm厚低劑量水穩(wěn)底基層

3.3.2 方案二： （壓漿罩面， 白加黑）

該方案首先對(duì)老水泥砼水泥砼面層進(jìn)行精銑刨4cm， 之后對(duì)基層及路床進(jìn)行壓漿補(bǔ)強(qiáng)， 復(fù)測(cè)彎沉達(dá)標(biāo)后， 采用瀝青砼加鋪罩面。

1） 老水泥砼水泥砼面層精銑刨： 為避免加鋪后路面高于兩側(cè)房屋， 采用精銑刨工藝對(duì)老路面層銑刨3 ～5cm。 精銑刨是在標(biāo)準(zhǔn)銑刨工藝的基礎(chǔ)上更換密集刀頭的精銑刨鼓， 對(duì)路面實(shí)施更為細(xì)密的銑刨處理，同時(shí)通過(guò)銑刨， 可實(shí)現(xiàn)對(duì)老水泥砼的找平， 增加路面的摩擦力。 銑刨深度一般在10cm以?xún)?nèi)， 一般不影響原有路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度， 因此精銑刨后的路面可以在銑刨后直接加鋪高平整度的罩面磨耗層。

2） 老水泥砼深層壓漿補(bǔ)強(qiáng)： 本次設(shè)計(jì)壓漿深度按每塊板5 孔， 壓漿深度2m來(lái)暫定。 壓漿完成后7d，對(duì)板塊逐一進(jìn)行彎沉檢測(cè)， 如不滿(mǎn)足應(yīng)二次注漿。 修補(bǔ)處理后的水泥砼板塊彎沉應(yīng)小于0.2mm。 主副點(diǎn)彎沉差值應(yīng)小于0.06mm。 ①孔位布設(shè)及鉆孔。 應(yīng)根據(jù)砼面板尺寸、 裂縫狀況以及灌漿機(jī)械等確定， 一般為5 孔， 灌漿孔大小應(yīng)和灌注嘴大小一致， 按標(biāo)定的位置鉆孔， 鉆孔深度需根據(jù)地勘判定。 大面積注漿前應(yīng)進(jìn)行小片區(qū)注漿試驗(yàn)， 確定注漿壓力以及注入量， 以確保注漿效果， 并對(duì)注漿后的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)， 待檢測(cè)合格后才能進(jìn)行大面積注漿； ②壓漿。 灌漿壓力的控制應(yīng)視砼板的損壞及脫空情況具體確定。 用漿泵將拌和好的漿液由漿孔壓人， 壓力控制在0.5MPa～1.0MPa， 待漿體由其他孔中或板邊擠出時(shí)， 表明板下空隙已被灌滿(mǎn)， 應(yīng)減小壓力， 并將噴嘴提起， 立即用木塞塞孔， 防止?jié){體溢出， 至漿體初凝， 撥出木塞，用高標(biāo)號(hào)砂漿封孔、 抹平； 關(guān)閉壓力泵， 將灌漿機(jī)移到下一個(gè)孔繼續(xù)灌漿， 待一塊板灌漿完畢后， 再移至其他板塊灌漿； 在路面外邊緣壓漿時(shí)， 控制時(shí)間和壓力， 防止人行道開(kāi)裂破壞； ③漿液在壓漿過(guò)程中要不斷攪拌， 防止水泥漿沉淀與泌水。 同時(shí)每次投料量應(yīng)與壓漿量大致相當(dāng)， 防止灰漿存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)； ④交通控制。 壓漿完成后的板塊， 禁止車(chē)輛通行， 板下漿體經(jīng)2d ～3d 的硬化， 達(dá)到通車(chē)強(qiáng)度達(dá)5MPa以上后， 即可開(kāi)放交通； ⑤灌漿效果檢測(cè)： 現(xiàn)場(chǎng)外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)：包括現(xiàn)場(chǎng)漿體流淌狀況、 施壓過(guò)程和灌注過(guò)程的連續(xù)性、 注漿量以及工后養(yǎng)生保護(hù)是否符合設(shè)計(jì)和質(zhì)量要求。 彎沉測(cè)量評(píng)價(jià)： 壓漿完成后7d， 用同樣的儀器在原測(cè)設(shè)點(diǎn)逐一進(jìn)行彎沉檢測(cè)， 如不滿(mǎn)足應(yīng)二次注漿。

3） 瀝青路面罩面： 由于人行道側(cè)石外露高度為10cm， 且受兩側(cè)店鋪標(biāo)高制約且人行道為新近鋪成，人行道側(cè)石高度無(wú)抬升條件， 故加鋪厚度應(yīng)小于10cm。 具體路面結(jié)構(gòu)如下。

5cm厚改性瀝青砼AC-13 （C） 粘層

2.5cm厚高彈性改性應(yīng)力吸收層 粘層

補(bǔ)強(qiáng)后老水泥砼面層

3.3.3 方案比選

兩方案優(yōu)缺點(diǎn)如表1

表1 兩方案優(yōu)缺

經(jīng)綜合比選本次采用方案二， 即確定對(duì)老水泥砼面層進(jìn)行精銑刨4cm， 之后對(duì)基層及路床進(jìn)行壓漿補(bǔ)強(qiáng)， 復(fù)測(cè)彎沉達(dá)＝達(dá)標(biāo)后， 加鋪2.5cm厚高彈性改性SAMI應(yīng)力吸收層+5cm厚改性瀝青砼AC-13 （C）。

4 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目于2019 年5 月竣工， 結(jié)合施工期間現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果， 舊基層及路床進(jìn)行壓漿補(bǔ)強(qiáng)后彎沉滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 而黃山西路竣工通車(chē)三年多以來(lái)， 使用狀況良好， 路面未發(fā)現(xiàn)明顯反射裂縫， 說(shuō)明通過(guò)老路補(bǔ)強(qiáng)后鋪設(shè)高彈瀝青應(yīng)力吸收層在緩解反射裂縫上具有可實(shí)施性， 同時(shí)采用該方案在保證工程質(zhì)量的同時(shí)大幅度縮短了施工工期， 節(jié)約了工程造價(jià)， 對(duì)于城市道路白加黑防治反射裂縫具有一定借鑒意義。