舊水泥混凝土路面加鋪改造方案比較及實用效果評價

朱萬紅

（廈門百城建設投資有限公司，福建廈門361009）

0 前言

目前，我國現有的水泥混凝土路面，有相當一部分已接近或超過設計年限，有的雖未達到設計年限，但由于交通量劇增，汽車軸載日益重型化及設計、施工等方面的原因，導致路面損壞、使用品質下降等情況，影響了道路的使用功能，急需改造、修復路況。與瀝青路面相比，水泥混凝土路面的修復比較困難，可采用的大修措施有三種：加鋪瀝青混凝土面層、加鋪新水泥混凝土面層和翻修。由于瀝青加鋪層能有效地改善舊水泥路面的使用性能，同時充分利用舊水泥路面，造價低，施工方便，且對交通、環境影響小，因此在國內外舊水泥路面改造工程中應用最多。然而瀝青加鋪層中迅速發展的反射裂縫將影響加鋪層的使用壽命，如何控制反射裂縫產生的時間和擴展的速度至今仍是一道難題。

1 改造原理

采用瀝青混凝土面層作為舊路面的加鋪層是一種典型的補強方法，這種形式的路面結構能吸收兩種材料的優點：即舊水泥混凝土提供了穩定、堅實的基層，瀝青混凝土路面提供了一個摩阻系數較高、平整度好的面層，大大改善了路面的使用性能。然而普遍存在這樣一個問題：瀝青加鋪層中出現反射裂縫，反射裂縫本身對罩面層的使用性能影響不大，但環境因素的負效應常常使裂縫迅速擴散，從而縮短罩面層的壽命。關于反射裂縫防治，國內外研究者已進行了大量的試驗工程及理論分析研究。美國聯邦公路局（FHWA）1970年提出了減少瀝青加鋪層反射裂縫的研究計劃NEEP-10。該計劃包括幾個方面的研究內容：加鋪層厚度、瀝青的稠度、瀝青混合料中的外摻劑、加鋪前對舊混凝土路面的處理及應力緩解層等。1988年美國瀝青協會（AI）對減少反射裂縫的幾種措施總結結果為：在加鋪前對水泥混凝土路面板斷裂及穩固、對瀝青混凝上加鋪層鋸縫和填縫，以及瀝青混合料外摻橡膠粉均有很好的效果。

2 加鋪層方案

瀝青混凝土加鋪層設計是設計瀝青加鋪層厚度，而該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，僅做為路面基層，其上再加鋪瀝青混凝土路面結構，因此，行車荷載控制不是加鋪層設計的重要因素，而防止反射裂縫的產生是加鋪層設計的關鍵。試驗段所用的防止反射裂縫的方案主要有以下幾種：

（1）為防止反射裂縫的產生，在瀝青面層與水泥混凝土路面之間加鋪8～10 cm（平均9 cm）ATB-25瀝青碎石。加鋪層的多空隙結構可有效地阻斷裂縫尖端的擴展路徑，消散及吸收由交通荷載及環境溫度變化所產生的應力及應變，減小接縫處產生的應力集中現象，延緩接縫處反射裂縫向上擴展的速度。瀝青大碎石混合料對應力集中有很好的緩解作用。同時，瀝青穩定碎石模量較小，能緩解加鋪層底面的應力，對加鋪層的抗裂性能有很積極的意義。

（2）國內外道路工程界專家進行了大量的研究，研究結果表明在舊水泥混凝土路面與瀝青加鋪層之間加鋪一層彈性模量較高的應力加筋夾層，以吸收或緩沖裂縫尖端的應力集中，對于抑制反射裂縫的產生和擴散具有一定的效果。比如說采用玻纖格柵、玻纖布等，這種類型的材料通常模量比較高，抗拉強度高，加鋪在罩面上，來提高面層的抗拉強度，可以起到一定延緩反射裂縫的作用。《公路水泥混凝土路面養護規范》提到防治反射裂縫的措施有鋪設土工格柵，鋪貼土工布和粘貼改性瀝青油毛氈，故在該方案中鋪設了玻璃纖維土工格柵。

（3）采用低模量的夾層，這種材料的特點是比較柔軟，變性能力很強，即使在較大的變性下仍然不會開裂，可以將水泥板產生的位移，在這一層消散掉，裂縫就不會向加鋪層上反射。這種方法在國外應用也比較多，通常稱為應力吸收薄膜夾層（SAMI）。

廈門市某國道水泥路面始建于上世紀90年代初，結構承載力不足、交通量劇增、汽車超載嚴重，舊水泥混凝土板普遍存在脫空、斷板、錯臺等現象。

采用了下面幾種結構組合方案：

方案A1：4 cmSMA-13改性瀝青+6 cm AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+8～10 cm（平均9 cm）ATB-25瀝青碎石，原有舊路面進行病害處理、銑刨拉毛；

方案A2：4 cm橡膠瀝青混凝土ARAC-13+6 cm AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+8～10 cm（平均9 cm）ATB-25瀝青碎石，原有舊路面進行病害處理、銑刨拉毛；

方案B1：4 cmSMA-13改性瀝青+6～8 cm（平均7 cm）AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+玻璃纖維格柵（鋪中間4個車道），原有舊路面進行病害處理、銑刨拉毛；

方案B2：4 cm橡膠瀝青混凝土ARAC-13+6～8 cm（平均7 cm）AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+玻璃纖維格柵（鋪中間4個車道），原有舊路面進行病害處理、銑刨拉毛；

方案C1：4 cm橡膠瀝青混凝土ARAC-13+6～8 cm（平均7 cm）AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+1 cm橡膠瀝青應力吸收層，對原有舊路面打裂壓穩；

方案C2：4cmSMA-13改性瀝青+6～8 cm（平均7 cm）AC-20瀝青混凝土（5%SBS改性瀝青）+1 cm橡膠瀝青應力吸收層，對原有舊路面打裂壓穩。

3 施工控制要點

玻璃纖維土工格柵高溫性能好，攤鋪熱瀝青混凝土不會產生變形，但其對施工要求比較嚴格。鋪設玻璃纖維土工格柵前，首先要對舊水泥混凝土路面進行整平處理，以避免格柵下方出現脫空，造成瀝青路面損壞。在攤鋪瀝青層時，嚴禁汽車在土工格柵上掉頭，以防碾壞土工格柵。

橡膠瀝青應力吸收層的施工方法首先噴灑一次橡膠瀝青，或者是改性瀝青，然后撒布單一粒徑的集料，然后用膠輪壓路機碾壓，將集料壓入到瀝青中，瀝青膜的厚度會增長到5 mm左右，在上一層熱拌混合料施工的時候，集料又會嵌擠到其中，最后會形成接近1 cm左右的應力吸收薄膜夾層。施工也很簡單，主要是對施工噴灑設備的要求比較高，要能夠在高溫下噴灑出高黏度的改性瀝青或橡膠瀝青。采用此種方案，需結合對舊混凝土板塊的常規的結構性病害進行處理。

4 路面性能監測

為了了解三種方案下路面性能的發展情況，對路面平整度、車轍深度及裂縫發展情況進行了監測。

4.1 路面平整度

路面平整度是評價路面舒適性能的主要指標。采用ARRB道路綜合檢測車，檢測其交工驗收時及現狀的國際平整度指數。由于該段國道等級為二級，RQI的換算指標參照二級標準。其多方案對比情況見表1所列及圖1所示。

表1 多方案路面平整度對比一覽表

總體來說路面舒適度好，方案C1路面平整度狀況最好。

4.2 車轍深度

車轍是瀝青混凝土路面的常見病害。路面車轍深度是瀝青路面性能評價的重要技術指標，在公路技術狀況評定標準中，路面車轍用路面車轍深度指數（RDI）評價。其多方案對比情況見表2所列及圖2所示。

初始路面車轍深度基本持平，A2、C2方案路面車轍深度發展較快，B1方案路面車轍深度發展最慢。

4.3 反射裂縫發展情況

試驗段從開放運營至今已逾3 a，經歷了雨季和連續高溫季節，試驗段未見明顯裂縫發展。三種方案對反射裂縫的防治都有較好的效果。

5 結論

（1）加鋪瀝青碎石層、橡膠瀝青應力吸收層、玻纖格柵三種方案初期對反射裂縫的發生和發展都有比較好的抑制作用。使用橡膠瀝青應力吸收層方案相對綜合效果佳。

表2 路面車轍深度對比一覽表

（2）使用瀝青碎石加鋪層抑制反射裂縫的方法有其弊端，一方面增加厚度必將增加路面造價；而且在夏季高溫情況下，瀝青混合料高溫蠕變易產生車轍，也沒有了由于舊水泥混凝土板做基層所產生強基薄面的優勢。

（3）橡膠瀝青應力吸收層施工時應注意集料顆粒均勻，橡膠瀝青噴砂時保證瀝青膜的厚度。玻纖格柵應保證原路面整平，保證格柵層效果。