舊水泥路面加鋪瀝青面層的應用研究

趙雙祥，武和平，沈 旭

(1.湖南省公路設計公司，湖南長沙 410000;2.長沙理工大學，湖南長沙 410015)

0 前言

水泥混凝土路面由于具有高強度、高剛度、維護保養費用低、抗磨耗能力強及使用壽命長等優良性能，在我國的使用非常廣泛。但是近年來，交通量的迅猛增長和汽車載重量日益重型化，不僅使得早期建設的一些水泥混凝土路面出現了嚴重的破壞，而且許多新建的路面也出現不同程度的破壞。這些損壞對道路行車的安全性和舒適性都有嚴重影響。因此，為改善路面的使用性能，必須對出現病害的水泥混凝土路面進行修復。目前，國內外常用的水泥路面維修和改建的方法主要有:一是在舊水泥混凝土面板上加鋪瀝青混凝土面層;二是在舊水泥混凝土面板上加鋪新水泥混凝土面層;三是對舊水泥混凝土面板進行破碎。在這三種方法中，由于加鋪后的瀝青混凝土路面具有路面堅實平整、行車舒適、耐磨性好、振動和噪聲較小、施工期短、養護簡便快捷和交通開放快等優點。而且與瀝青路面的養護維修相比，水泥混凝土路面雖然養護維修的頻率低，但是，其養護維修相對而言則更加困難。所以綜合各方面的因素，國內外常對在舊水泥混凝土面板上加鋪瀝青混凝土面層的方法更為親睞。本文結合廣西柳州市潭中西路大修罩面工程，對舊水泥混凝土面層上加鋪瀝青混凝土面層的方法進行了研究分析，以此希望對以后類似的工程能夠提供幫助。

1 工程概況

該項目為柳州市潭中西路大修罩面工程，項目位于柳州市柳南區，起點為柳州市柳南區潭中西路金都匯，終點為柳州市柳南區潭中西路柳南區政府，項目路段全長400 m。大修路段為雙向4車道，其中機動車道寬度為15 m。經過調查可知，該段路面具有的路面病害為:嚴重開裂，局部網裂且有沉陷變形，斷板等現象，這些對路面的行車具有嚴重影響。

1.1 路面使用狀況調查

由于瀝青面層攤鋪在舊水泥面板上，所以對舊水泥混凝土面板的結構性能作出正確評價是加鋪設計的關鍵。為對舊水泥混凝土面板作出正確分析，必須對原有水泥混凝土路面的損壞原因以及結構狀況和承載能力進行準確估計。現行對舊水泥混凝土路面評定的方法主要為:采用目測法確定病害類型和輕重程度等級，然后應用FWD測定剛性路面板的動態彎沉，反算路面結構層的模量及板底脫空，以此評價路面結構整體強度和缺陷程度。

根據現場的檢測結果可知，本路段的路面病害情況如表1。

根據現場實測結果，所得路面的彎沉計算結果如表2(部分)。

表1 路面病害狀況

表2 彎沉計算結果表(部分)

1.2 路面使用狀況評定

1.2.1 PCI和 DBL 評定

采用路面狀況指數(PCI)和斷板率(DBL)兩項指標評定路面破損狀況。依據路段破損狀況調查得到的病害類型、輕重程度和密度數據，按下列公式確定該路段的路面狀況指數(PCI)，以100分制表示:

式中:i和j分別為病害的種類和輕重程度;n為病害類型總數;mi為i種病害的輕重程度等級數;Aij和Bij為系數，由表3確定;DPij為i種病害和j種輕重程度的單項扣分值，它是破損密度Dij的函數;Dij為i種病害和j種輕重程度的板塊數占調查路段板塊總數的比例;Wij為同時出現多種破損時，i種病害和j種輕重程度扣分值的修正系數;Rij為各單項扣分值占總扣分值的比值。

表3 計算單項扣分值的系數Aij和Bij

該路段的斷板率(DBL)由下式確定，以百分數表示:

式中:DBij為i種類裂縫病害j種輕重程度的板塊數;W'

ij為i種類裂縫病害j種輕重程度的修正權系數，按表4確定;BS為評定路段內的板塊總數。

路面破損狀況分為5個等級，各個等級的路面狀況指數和斷板率的評定標準見表5。

表4 斷板率的權系數

表4 斷板率的權系數

裂縫類型 輕重程度 權系數W'ij輕 0.6 輕 0.2 ij 裂縫類型 輕重程度 權系數W'交叉類型 中 1.0 縱、橫、斜向裂縫 中 0.6重 1.5 重 1.0輕 0.2角隅斷裂 中 0.7重 1.0

表5 路面破損狀況等級評定標準

1.2.2 基層頂面的當量回彈模量評定

舊水泥混凝土路面基層頂面的當量回彈模量標準值，宜采用落錘式彎沉儀量測板中荷載作用下的彎沉曲線，按式(6)確定:

式中:Et為基層頂面的當量回彈模量標準值，MPa;SI為路面結構的荷載擴散系數;W0為荷載中心處彎沉值，μm;W300、W600、W900分別為距離荷載中心300 mm、600 mm和900 mm處的彎沉值。

2 路面結構設計

2.1 預防反射裂縫

瀝青混凝土路面在加鋪到舊水泥混凝土面板后，在汽車荷載和溫度的作用下，如果對舊水泥混凝土面板的接縫和因損壞而形成的裂縫處理不好，極易形成反射裂縫。反射裂縫如不被及時灌縫處理，雨水會沿裂縫下滲，在車輛荷載作用下會導致層間粘結失效、瀝青脫落、裂縫擴展，并最終導致路面喪失使用性能。因此，防止反射裂縫的產生是成功修復舊水泥混凝土路面的關鍵。

目前，國內外常見的防止反射裂縫的產生的措施主要有以下幾種:一是在瀝青加鋪層上鋸切橫縫;二是采用厚加鋪層;三是在舊水泥路面和瀝青路面之間設置裂縫緩解層;四是破碎和固定舊混凝土面層;五是設置各種中間層。本項目結合國內外的經驗，根據實際情況，采用設置裂縫緩解層的方法來預防反射裂縫的產生，即在攤鋪前，在舊水泥混凝土面板上灑布0.4 L/m2快裂型乳化瀝青，并在橫、縱縫處粘貼寬1 m的玻纖格柵，檢測結果為表6所示。

表6 玻璃格柵物理力學性能指標和檢測結果

2.2 厚度設計

舊水泥混凝土路面加鋪瀝青罩面層的設計方法完全基于理論計算的幾乎沒有，大部分是經驗法。因此，在根據計算結果分析和參考現有其他設計方法的基礎上，提出基于有效厚度的設計方法。這一方法的基本概念是加鋪層所需的厚度是新路面所需厚度與舊路面有效厚度之差:

式中:hol為瀝青混凝土路面加鋪的厚度;hn為新路面的總厚度;he為舊路面有效厚度，計算公式見式(9);L為應力吸收層系數;hi和Ci分別為為第i層的厚度和換算系數，Ci可按表7選取。

表7 換算系數選取表

因此，綜合以上檢測情況，通過計算和評判可以將本項目的結構設為:2 cm SBS改性瀝青AC—10 C型上面層+6 cm外摻改性AC—20C型中面層 +3 cm AC—13 C型下面層，具體結構示意圖如圖1所示。

3 施工

3.1 施工前的準備

在施工開始前，需要對舊水泥路面進行處理，使之達到技術規范的要求，具體的方法如下:

圖1 罩面結構示意圖

1)對于水泥路面損壞較嚴重的板塊(如板塊出現斷板、坑洞和翻漿等病害)，需要對板塊挖除，然后用C20混凝土回填。

2)板塊中出現小于1 cm寬度的裂縫，需要先進行拓寬清理，然后再采用道路膠灌縫;對于大于1 cm寬度的裂縫，需要對裂縫進行鑿槽清縫，然后再采用道路膠加軟木條對裂縫進行回填。

3)對于脫空板塊，需要采用壓漿處治，并用FWD對壓漿處治的板塊進行驗收檢測，檢測合格后才能進行下一步的工程。

4)在貼玻纖格柵前，對已檢測合格的水泥路面進行清洗，并在沿道路橫縫、縱縫處，粘貼并固定寬度為1.0 m的玻纖格柵。然后按0.4 L/m2的量灑布快裂型乳化瀝青。同時注意的是，嚴禁車輛在粘貼好的玻纖格柵路面上調頭，以免造成玻纖格柵起皺。

3.2 正式施工

在對舊水泥混凝土面板的病害處理好之后，接下來將進行的工作將為瀝青混合料的分層攤鋪工作，具體的施工順序如圖2。

圖2 總體施工順序框圖

3.3 表面層試驗檢測結果

施工結束后，分別選取了表面層的平整度、壓實度、瀝青混合料馬歇爾試驗和車轍試驗等進行了檢測，具體檢測結果如表8～表11。

表8 表面層壓實度檢測結果

表9 表面層AC—13C瀝青混合料馬歇爾試驗結果

表10 平整度檢測(部分)

從上面的結果可以看出，本項目表面層的各項指標基本符合要求，性能使用良好。

表11 表面層AC—13C瀝青混合料車轍試驗結果

4 總結

1)在舊水泥路面上加鋪瀝青層能夠有效改善路面的平整度，提高路面行車的舒適性和安全性，又由于下層是高強度的水泥混凝土板，提高了瀝青路面結構的剛度，可以承受重交通的作用而減少車轍。

2)在設計中，設計人員應從PCI、DBL和彎沉值這三個方面客觀地、深入細致地對舊水泥路面的進行評價，然后再依據所得數據對路面進行設計。

3)在施工前，必須對舊水泥路面進行規范的修復處理，對舊路面的成功修復是路面成功的關鍵。

4)在施工結束后，從各項檢測結果看，瀝青面層的罩面比較成功，值得進一步的研究和推廣。

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