淺談舊水泥砼路面加鋪瀝青罩面設計

【摘 要】舊水泥混凝土路面加鋪瀝青罩面是舊水泥混凝土路面改造常用的方法，本文通過工程實例，介紹了舊水泥路面病害處理的方法和防治反射裂縫產(chǎn)生的措施，強調(diào)了舊路改造應重視關(guān)鍵性技術(shù)問題的設計和施工。

【關(guān)鍵詞】舊水泥混凝土路面；瀝青罩面；反射裂縫；病害處理

0.引言

水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)以強度高、穩(wěn)定性好、使用壽命較長和前期養(yǎng)護費用較低等優(yōu)點，在我國公路、城市交通路網(wǎng)路面結(jié)構(gòu)中具有不可缺少的地位。然而由于水泥混凝土路面行車舒適性差，噪音大、維護困難等缺點，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們對行車舒適度追求的提高，逐漸不能滿足我國大、中城市發(fā)展的需求。

如今，現(xiàn)有道路水泥混凝土路面隨著交通量和汽車載重量的劇增，出現(xiàn)露骨、開裂、斷板、沉陷、錯臺、破碎、板底脫空等路面損壞，嚴重影響車輛的行駛、道路的形象美和城市的整體美，急需大規(guī)模路面修復。因此，舊水泥混凝土路面改造的方案—加鋪瀝青罩面，成為城市道路路面改造的熱門技術(shù)。

這種方法不僅施工簡單方便，還能充分利用舊水泥混凝土路面的殘余承載能力，有效地改善舊水泥混凝土路面的使用性能，而且工期短，對交通干擾和環(huán)境的影響較小。但由于瀝青罩面層與水泥混凝土基層的材料性能差異較大，在溫度應力和荷載應力的共同作用下，瀝青罩面層在對應于舊路面板接縫、裂縫的位置上極易出現(xiàn)裂縫，這種裂縫稱之為反射裂縫。假如加鋪瀝青罩面改造施工，未能處理好水泥混凝土路面板的接縫，在車輛荷載和溫度的作用下，瀝青罩面層將出現(xiàn)無數(shù)的裂縫，路面改造將以失敗告終。因此，水泥混凝土路面加鋪瀝青罩面的關(guān)鍵技術(shù)是如何防止、減緩反射裂縫的產(chǎn)生，是水泥混凝土路面改造成敗的關(guān)鍵。

1.工程實例

1.1工程概況

東莞市石大公路路面大修工程（以下簡稱“本項目”）。石大公路是東莞市一級干線公路，主要服務過境交通兼顧城市道路功能，直接服務區(qū)域有茶山鎮(zhèn)、寮步鎮(zhèn)和大嶺山鎮(zhèn)。輻射區(qū)域有北部的石龍鎮(zhèn)、石碣鎮(zhèn)，西部的東城區(qū)，東北的石排鎮(zhèn)、橫瀝鎮(zhèn)、東坑鎮(zhèn)，東南的大朗鎮(zhèn)和松山湖高科技產(chǎn)業(yè)園。

石大公路通車已經(jīng)十多年，交通量急劇增長，且現(xiàn)有道路標準低，部分路段僅有四車道；部分路面已受到不同程度的損壞，橋梁原設計荷載較低且已出現(xiàn)不同程度的病害；隨著東莞市城市化進程的發(fā)展，過境交通與城市交通相互干擾，長途交通與短途交通相互交織，致使道路服務水平下降，石大公路現(xiàn)狀服務水平已不能適應東莞市經(jīng)濟增長和社會發(fā)展的需求。

1.2現(xiàn)狀路概況及水泥路面使用性能評價

1.2.1現(xiàn)狀路概況

通過現(xiàn)場走訪調(diào)查得知，該路段通車已有十余年，2005年前交通量較大，后東莞市修建了東部快速干線，分流了一部分車輛，緩解了石大公路的交通壓力，但轉(zhuǎn)移的車輛大多為過路貨車及長途汽車，沿線村鎮(zhèn)車輛仍以石大公路為主要進出通道。現(xiàn)鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)路段已拓寬至六車道。路面基本為水泥混凝土面層，通車十多年后，水泥路面破損較嚴重，路況較差。

石大公路線結(jié)構(gòu)層主要分三種類型，原路面結(jié)構(gòu)層如下所示：

K0+000～K4+000段路面結(jié)構(gòu) K7+700～K27+200段路面結(jié)構(gòu)

1.2.2水泥路面破損狀況評定

路面破損狀況評定按照《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（JTJ073.1-2001）中規(guī)定，舊水泥混凝土路面破損狀況采用路面狀況指數(shù)（PCI）和斷板率（DBL）兩個指標進行評定。

本項目調(diào)查采用斷板率（DBL）和路面狀況指數(shù)（PCI）兩個指標分別評價各路段路面損壞狀況，以最不利評價結(jié)果作為該路段的路面破損狀況評價等級。

路面破損狀況分為五個等級，各個等級的路面狀況指數(shù)和斷板率的評價標準按表1進行。

表1 路面破損狀況等級評定標準

１．２．３舊水泥砼面板彎沉檢測與評價

按照《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTG D40-2002）要求，本次對舊水泥混凝土路面板的傳荷能力和承載能力調(diào)查采用DYnatest8000型落錘式彎沉儀（FWD，F(xiàn)alling Weight Deflectometer）。

１．２．４舊水泥砼面板雷達脫空檢測與評價

采用美國生產(chǎn)PenetradarIRIS-L路面雷達系統(tǒng)（圖1）對石大公路水泥路面主車道進行脫空檢測。雷達測試車測試的過程中，測試車前左、右輪跡各安裝一個頻率為750MHz雷達天線。測試車后右輪跡安裝500MHz雷達天線，副駕駛側(cè)為1號天線，司機側(cè)為2號天線。

圖1 路面雷達系統(tǒng)

1.3舊水泥路面病害處理方案

水泥混凝土路面病害類型主要有四類15種，分別是水泥混凝土面層斷裂類(包括縱向裂縫、橫斜向裂縫、角隅，交叉裂縫或斷裂板)；水泥混凝土面層豎向位移類(沉陷、脹起)；水泥混凝土面層接縫類(包括填料破壞、縱縫張開、唧泥脫空、錯臺、接縫碎裂、拱起)；水泥混凝土面層表面類(包括磨損和露骨、紋網(wǎng)裂和起皮、活性集料引起得網(wǎng)裂、坑洞)，每種類型又按破壞程度分為輕微、中等、嚴重三個等級。結(jié)合該段水泥混凝土路面現(xiàn)狀調(diào)查，提出對主要的八種病害類型要進行處理，各種類型病害具體處理方法如下：

1.3.1面層斷裂類

（1）裂縫處理方案。

當混凝土面板上僅出現(xiàn)一至二條縱向、橫向或斜向裂縫，路基與基層情況良好的路段，可采用灌漿技術(shù)處理。

水泥混凝土路面裂縫形式多樣，處治時應根據(jù)裂縫的具體情況采用相應的技術(shù)措施。

A.寬度在3mm以下的非擴展性裂縫，用低粘性瀝青材料灌注，如為擴展性裂縫，則沿裂縫鑿槽，注入灌縫材料。

B.對于局部性裂縫，且裂縫寬度大于3mm時，可用低粘性瀝青與細砂攪拌均勻后直接灌注。

C.對于貫穿全厚的裂縫，則應采用條帶罩面法進行處治，具體做法如下：

①順裂縫兩側(cè)各15cm，鋸兩條深7cm的橫縫。

②兩鋸縫內(nèi)側(cè)鑿除7cm。

③沿裂縫兩側(cè)20cm，每隔50cm鉆直徑為1cm，深為7cm的鈀釘孔。

④吹刷干凈后，均勻涂刷水泥漿。

⑤將鈀釘孔填滿沙漿后，把去污銹后的鈀釘插入孔內(nèi)安裝。

⑥澆筑快硬混凝土，及時振搗密實，并抹平。

（2）換板方案。

當路面板被裂縫分割成四塊以上，或水泥板的彎沉值大于60（0.01mm）的板應當將該破損板整塊挖除，處治好基層后澆筑新的混凝土板塊。重新澆筑的混凝土強度不小于舊混凝土的強度。板厚與原面板厚度一致。當原路面基層穩(wěn)定性差、強度不夠時，應將基層徹底挖除，符合最小機械施工長度時，回填水泥穩(wěn)定級配碎石；否則采用C20貧混凝土回填。板角斷裂等破損采用局部修補方式，即對板角斷裂的部分鑿除成正方形或矩形，在原板壁上加裝傳力桿后，在鑿除位置澆筑混凝土，其具體施工要點如下：

A.板塊破碎、鑿除。先用鑿子在破碎板塊的邊角位置破出臨空面（缺口），用風鉆或鉆子成孔，再打入鋼楔子，將板塊破開，需利用的板塊應基本破為方形，尺寸不大于40×40cm。

B.基底清理。破碎板塊清運后，原路面基層松散、濕軟時，應將其徹底挖除，小范圍的用C20貧混凝土回填，大范圍的用5％的水泥穩(wěn)定級配碎石材料修補。修補后的基層頂面標高按保證澆筑的面板厚度控制，表面應平整并滿足路拱要求，其相鄰的完好板塊的基層存在問題時，應將路槽掏挖5～10cm 寬，并用混凝土進行修補。

C.混凝土拌和與運輸。建議采用早強混凝土修補破碎塊板，其材料配合比應通過試驗確定。投料拌和順序為：石子—水泥—外摻劑—砂—干拌30s—加水—濕拌60s至90s。拌和后混凝土坍落度應不大于1cm，其它指標滿足普通混凝土要求，拌合后的混合料應在30min內(nèi)運輸至工地使用。

D.混凝土澆筑。澆筑前應在原板保留部分的壁面上均勻涂刷粘結(jié)劑，以增強新舊板塊的結(jié)合，其鄰板塊壁上應涂刷瀝青或其它隔離劑。混凝土從拌和至澆筑成型、抹面完成時間應不超過1h。

E.接縫設置。橫向縮縫采用假縫，每5m設置一道縮縫，一般應與原路面橫縫對齊，新澆筑的混凝土與舊板塊在縱向的接合處應設成工作縫。橫向兩塊板同時澆筑時應設縱向縮縫。橋涵兩端及原脹縫位置，均應設置脹縫。新?lián)Q板塊必須設置傳力桿和拉桿。

F.養(yǎng)生。混凝土抹面完成后不遲于1h必須采用適當方法進行養(yǎng)生。養(yǎng)生時間應以新澆筑的混凝土板達到設計強度的80%為準。養(yǎng)生方法及養(yǎng)生時間可參照早強劑型號說明并依試件試驗情況而定。一般溫度、濕度均較適宜情況下，1～2d可開放交通。

G.如果路床軟弱強度不夠，采用級配碎石或水泥穩(wěn)定碎石進行換填。

1.3.2豎向位移類

由于基層或土基強度、剛度不足，造成混凝土板下沉或由于板的膨脹變形造成板塊拱起屬于此病害，拱起的板塊應先按照養(yǎng)護規(guī)范要求將其應力釋放，然后采用水泥壓漿穩(wěn)板方法。面板下沉的采用深層灌漿處治，灌漿孔深度要穿透經(jīng)過穩(wěn)定的基層，且鉆入土基的深度不得大于7cm。

1.3.3接縫類病害

（1）接縫填縫料損壞。

原水泥混凝土路面填縫料失效、未填、填法不當或縱縫張開病害的處理辦法：挖除原縫中的失效填料和雜物，用高壓鼓風機吹干凈，然后用瀝青灌縫，要灌實、灌滿。

（2）縱向接縫張開。

A.縱向接縫開口寬度在15mm以下時采用低粘性瀝青填縫。

B.縱向接縫開口寬度在15mm以上時采用瀝青砂填縫。

（3）唧泥和板底脫空。

根據(jù)《公路瀝青路面設計規(guī)范》中改建路面設計FWD檢測脫空建議，本次脫空檢測認為接縫彎沉差大于0.06mm，或接縫處彎沉大于0.20mm即認為該接縫處板角可能存在脫空，施工時以此作為板塊脫空的控制標準。當接縫處平均彎沉大于0.20mm小于0.40mm，則對該路段板進行淺層壓漿。當接縫處平均彎沉大于0.40mm小于0.60mm，則對該路段板進行深層壓漿，加固路床。

當裂縫板塊及破損的板塊沉陷量不大，且其板塊尺寸較大時，板底脫空應進行壓漿處理，充填混凝土板底的脫空部分，使其為混凝土板提供均勻支撐。如果破損后沉陷量較大或板塊尺寸較小時，則不宜采用灌漿處理板底脫空問題，而應當將破碎板全部挖除后重新澆筑新面板。另外，一些看來既沒有破損又沒有裂縫的板塊，其底仍有可能存在脫空，亦應該確定下來，進行壓漿處理，嚴重的采用破板新建處理。

唧泥病害處理措施與板底脫空處理一致，均采用穩(wěn)板壓漿方法處理，壓漿處理后應及時灌縫。

（4）錯臺

錯臺的處治方法有磨平法和填補法兩種，本項目全部采用磨平法，從錯臺最高點開始磨平至相鄰兩塊板齊平為止，并進行此處填縫料的養(yǎng)護。

（5）接縫碎裂

在破碎部位外緣，應切割成規(guī)則圖形，其周圍切割面應垂直于板面，底面宜為平面，然后清孔，采用瀝青砂填補。

（6）拱起

拱起的板塊應先按照養(yǎng)護規(guī)范要求將其應力釋放，然后采用水泥壓漿穩(wěn)板方法處理。

1.3.4表面類

對于表面起皮、漏骨、剝落、麻面的病害，由于病害對整個路面結(jié)構(gòu)承載力和行車舒適性影響很小，可不予以處理。

1.4罩面加鋪路面結(jié)構(gòu)方案設計

1.4.1防止反射裂縫措施

瀝青混凝土加鋪層設計即設計瀝青加鋪層厚度，厚度由行車荷載和防反射裂縫兩個因素控制。由于水泥混凝土面板本身強度較高，將其做為基層，在其上再加鋪瀝青混凝土這種路面結(jié)構(gòu)，強度一般沒問題，關(guān)鍵是防止反射裂縫的產(chǎn)生。防止反射裂縫的措施可通過改善瀝青罩面層性能、設置中間夾層來實現(xiàn)。

本次設計提出了四個防止反射裂縫的方案：①聚酯玻纖布+熱瀝青封層;②橡膠瀝青應力吸收層+玻纖格柵；③高粘度瀝青封層+聚酯長絲單面燒毛土工布；④Strata應力吸收層。

在混凝土板加鋪后，瀝青混合料因其承受荷載、溫度應力最大，又直接暴露在空氣中，所以必須選擇抗車轍、抗裂縫、抗磨耗能力強及穩(wěn)定、耐久、密水、粗糙抗滑的瀝青混合料類型。其加鋪層厚度的確定，除改善路面結(jié)構(gòu)承載能力和抵抗混凝土板反射裂縫外，還應考慮加鋪層施工難易程度和經(jīng)濟性等。而反射裂縫的處治是水泥混凝土路面瀝青加鋪設計的關(guān)鍵和難點，實踐證明，瀝青加鋪后產(chǎn)生反射裂縫是難以完全避免的，只能在混凝土板病害處治較好的基礎(chǔ)上，采用優(yōu)質(zhì)瀝青混合料，并從加鋪層結(jié)構(gòu)設計中采取一定的反裂措施，以減少和延緩反射裂縫的產(chǎn)生。目前，主要的防治措施有：①在瀝青加鋪層上鋸切橫縫；②采用厚加鋪層；③加鋪裂縫緩解層；④設置各種夾層。本工程采用瀝青碎石及聚酯玻纖布+熱瀝青封層作為抗反射裂縫的主要措施。

1.4.2加鋪層瀝青混合料類型選擇

①上面層。

目前高速公路瀝青路面抗滑層混合料技術(shù)比較成熟的級配類型為AC、SMA、OGFC等類型，還有一種新興的路面材料橡膠瀝青AR-AC，結(jié)合本工程的特點，提出了AC、SMA、OGFC及AR-AC四種路面結(jié)構(gòu)方案進行比較，決定取舍的依據(jù)主要在于投資費用和施工的難易性。SMA、OGFC混合料工程投資相對較高，綜合性能最優(yōu)，施工備料及攤鋪壓實質(zhì)量要求最為嚴格；AR-AC效果等同于SMA，價格較SMA便宜，但施工控制難度大，需要專用的機械設備及專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場指導，目前國內(nèi)尚沒有統(tǒng)一的技術(shù)標準；AC混合料綜合性能適中，根據(jù)地區(qū)特點對其級配進行適當改進后基本能夠滿足使用要求，工程投資費用適中，石料備料及施工難度相對較小，積累的工程應用經(jīng)驗最為豐富，是我國最為傳統(tǒng)的瀝青混合料。從本項目實際需要和綜合各方面工程條件考慮，本項目路面上面層全線擬采用AC-13C改性瀝青混合料。

②中面層。

為了抵抗行車荷載的垂直壓應力在中面層產(chǎn)生較大的壓縮變形，要求中面層應有較高的強度和良好的抗永久變形能力，同時具有良好的抗?jié)B水能力和耐久性。綜合考慮工程投資和施工難易性等因素，本項目中面層全線擬采用AC-20C型改性瀝青混合料，平交口添加0.3%的抗車轍劑。

③下面層。

在荷載作用下受重復拉應力作用下，下面層應具有一定的抗重復疲勞和抵抗疲勞開裂的能力。同時，為了抵抗舊水泥混凝土板接（裂）縫在下面層層底形成應力集中而造成的反射裂縫，須有一定的骨架結(jié)構(gòu)形成足夠的強度和一定的空隙率釋放集中應力、延緩反射裂縫的擴展。綜合考慮，本項目水泥混凝土路面加鋪罩面瀝青下面層擬采用ATB-25瀝青碎石，.新建半剛性基層瀝青路面下面層采用AC-25。

1.4.3路面結(jié)構(gòu)方案比較

根據(jù)舊水泥混凝土路面的驗算結(jié)果，加鋪兩層瀝青混凝土就可以滿足設計要求，結(jié)合本工程的特點，提出了AC、SMA、OGFC及AR-AC四種路面結(jié)構(gòu)方案進行比較，各方案詳見表2。

表2 路面加鋪方案經(jīng)濟指標表

本方案以17cm作為瀝青加鋪一般控制厚度，可以滿足今后15年的使用要求，并且有足夠的安全儲備，采用瀝青碎石和聚酯玻纖布作為抗反射裂縫的雙重保障，可有效減緩舊砼板的反射裂縫的產(chǎn)生，該路面結(jié)構(gòu)施工難度小，在國內(nèi)應用廣泛，有成熟的應用經(jīng)驗，是比較可靠的加鋪結(jié)構(gòu)。

1.5關(guān)鍵技術(shù)問題措施

1.5.1舊水泥砼板處理要求

對舊混凝土面板的各種病害需要進行處理，對原有混凝土板上的板縫，除凈板縫里面的雜物外，應用純?yōu)r青填封。

1.5.2表面抗滑技術(shù)措施

面層采用具有高含量粗集料、高礦粉、較大瀝青用量、骨架密實結(jié)構(gòu)，有良好的高溫抗車轍、低溫抗開裂、抗滑、密水性及耐久性的改性AC-13C瀝青混合料。

1.5.3抗車轍技術(shù)措施

根據(jù)對加鋪罩面層受力分析，面層3～8cm剪應力最大，且隨著軸載增加，剪應力作用深度增加；表面層以下4～9cm溫度最高；底面層主要作用是抗剪切變形和車轍；所以中面層是最易發(fā)生嚴重車轍和剪切變形的層位。中面層選用SBS改性瀝青AC-20C，平交口中面層添加0.3%的抗車轍劑。

1.5.4抗反射裂縫技術(shù)措施

反射裂縫主要是荷載型和溫度型反射裂縫，由于本路段過境重車、超載車占較多，且舊路面板的橫縫沒有設傳力桿，路面板整體性差，路面?zhèn)骱赡芰Σ睿蹇p彎沉差、板邊彎沉大，所以荷載型反射裂縫是主要問題。舊水泥板上灑鋪熱瀝青封層，然后滿鋪聚酯玻纖布。

1.5.5減少水損害技術(shù)措施

瀝青路面的水損害是瀝青路面破壞的主要問題，應采用如下措施減少水損害：

（1）加強瀝青封層設計、施工。

（2）采用摻加劑提高集料與瀝青的粘結(jié)性，要求提高到5級。

（3）改善路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的排水、防水功能，設置邊部排水設施。

（4）加強瀝青砼密實度、空隙率的控制要求。

2.結(jié)束語

舊水泥混凝土路面加鋪瀝青罩面在全國舊路改造中應用越來越廣泛，但是有些地方改造后的道路出現(xiàn)了不同程度的損壞，該門技術(shù)有待于建設工作者認真對待、進一步深入試驗研究。對舊水泥混凝土病害的處理和防止反射裂縫產(chǎn)生的處理，設計、試驗研究、施工應高度重視、精心設計、認真施工，嚴格控制各項技術(shù)指標，為我國城市改造、美化環(huán)境作出貢獻。

【參考文獻】

［１］公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范（JTJ 073.1-2001）．

［２］公路水泥混凝土路面設計規(guī)范（JTG D40-2011）．

［３］公路瀝青路面設計規(guī)范（JTG D50-2006）．