淺析城市道路“白改黑”改造設計

沈金榮

(福建省龍巖市城鄉規劃設計院 福建龍巖 364000)

引 言

水泥混凝土路面由于其固有的使用性能及特性在我國城市道路建設中占據著十分重要的地位并得到了飛速的發展，水泥混凝土路面的建設極大地推動著城市經濟與社會的發展。但是近年來，隨著城市建設及經濟的迅猛發展以及水泥混凝土路面使用年限的到來，城市交通量的劇增、汽車軸載的增大加上設計或施工等方面的原因，城市水泥混凝土路面出現了諸如斷板、角隅破損或斷角、路面沉陷、開裂、錯臺、板底脫空、填縫料脫落等病害，嚴重影響了城市道路的使用性能及行車的舒適度[1]。為此如何對破損的城市水泥混凝土路面進行修復改造是很多城市面臨的主要問題之一。經過實踐證明在城市舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層(白改黑)，是一種快速便捷且有效的路面修復技術。該技術能充分利用原有路面的剩余強度;并直接在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層，能有效提高路面的平整度、耐磨性、抗滑性能以及路面行車的舒適度和安全度;同時該技術便于養護和維修，具有修復周期短，對交通及環境影響小等特點，能適應城市道路交通流量的特點，在國內外城市舊水泥混凝土路面改造中得到了普遍應用。

然而，由于在城市舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層組合而成的復合式路面結構同時具有水泥混凝土路面的剛性及瀝青面層的柔性的特點，兩者材料特性差異較大容易產生車轍或推移。同時由于城市舊水泥混凝土路面本身存在著接縫和裂縫，加鋪的瀝青面層在受到交通荷載和溫度變化耦合或單獨作用下會產生受拉疲勞和剪切疲勞，在交通和環境的進一步作用下從而引起瀝青面層的反射裂縫。通過實踐證明車轍可以通過瀝青改性加以控制，推移則可通過瀝青加鋪層厚度不小于12cm加以控制[2]。通過調查發現反射裂縫一經形成，不僅對城市道路路面的美觀和行車的舒適性能造成影響，同時還大大縮短城市道路的使用年限，反射裂縫成了“白改黑”改造技術中的最為關鍵的問題之一。鑒于此，采用經濟合理且有效的措施防治城市水泥混凝土路面加鋪瀝青面層中產生的反射裂縫等問題，對于提升城市道路行車的舒適度、延長加鋪后道路的使用壽命、節省工程造價具有非常重要的現實意義。為此，本文從龍巖市城市水泥混凝土路面加鋪瀝青面層改造工程實例出發，結合華蓮路(龍騰路 -西安路)“白改黑”改造工程設計實例，在對該道路舊水泥混凝土路面進行調查檢測評價的基礎上，提出一個經實踐證明有效的防治反射裂縫問題的設計方案，以期為類似的城市道路“白改黑”改造設計提供依據及參考。

1 城市道路改造工程概況

華蓮路位于龍巖市城區中南部，在《龍巖中心城市主城區道路紅線規劃(2013-2030)》中屬東西走向的主干道，為中心城市主干路網“四縱五橫”中一橫的組成部分，原有路面為水泥混凝土路面，道路紅線寬度40m，分配形式為三塊板，道路分配型式為:4.5m(人行道)-5m(輔道)-3m(綠化帶)-15m(機動車道)-3m(綠化帶)-5m(輔道)-4.5m(人行道)。近年來隨著龍巖市經濟的快速發展，城市建設的南移，以及人流、車流的極劇增長，該道路水泥混凝土路面出現了不同程度的病害，如(圖1)所示，同時該道路三塊板的分配型式已滿足不了道路使用功能的要求，對該道路的改造迫在眉睫，為此該道路被列入2012年城市道路改造重點工程之一。華蓮路(龍騰路-西安路)道路改造工程起點位于與龍騰路交叉口，樁號為 K0+000，終于與南環路交叉口，樁號為K1+355.024，改造長度為1200m，改造內容主要是路面“白改黑”改造，拆除道路兩側綠化帶，新建中央綠化分隔帶，改造為兩塊板形式，改造后斷面分配型式如下:4.5m(人行道及非機動車道)-14m(車行道)-3m(中央綠化分隔帶)-14m(車行道)-4.5m(人行道及非機動車道)。

2 舊水泥混凝土路面的檢測評價

圖1 舊水泥混凝土路面各種病害

在進行城市道路加鋪改建前，為便于進行道路加鋪方案的設計和施工決策，首先需要對原有路段舊水泥混凝土路面進行全面的調查和檢測，包括斷裂板、脫空、接縫傳荷能力等檢測，通過逐段進行統計，掌握第一手的外業資料，以全面客觀地評價目前水泥混凝土路面的狀況。

2.1 舊水泥混凝土路面的檢測評價指標

依照《公路水泥商品混凝土路面養護規范》(JTJ073.1-2001)的規定，對于舊水泥混凝土路面的抗滑能力一般不作為評價指標，主要從路面結構的承載力、平整度及破損狀況等三方面進行檢測評價。接縫傳荷能力能夠反映路面的結構性能，代表著城市舊水泥混凝土路面的結構承載力，采用落錘彎沉儀或梁式彎沉儀測量接縫兩側的彎沉，通常以板中代表彎沉值及接縫傳荷系數等指標來評價舊水泥混凝土路面的結構承載力，依據指標值對照接縫傳荷能力評價表分為優良、中、次、差等四個等級。舊水泥混凝土路面的平整度對路面行駛質量的影響較大，檢測的方法主要有國際平整度指數法或3m直尺法，通過連續測得路面平整度標準差來作為平整度指標。城市舊水泥混凝土路面的破損狀況采用斷板率和平均錯臺率兩項指標評價，通過調查破碎板塊、開裂板塊、板邊角的破損狀況，可以直觀的反映舊路的破損狀況，并根據斷板率把路面損壞狀況分為優良、中、次、差等四個等級，為舊水泥混凝土路面的加鋪提供依據。

2.2 華蓮路舊水泥混凝土路面的檢測評價結果

依據上述理論，對華蓮路(龍騰路-西安路)的舊水泥混凝土路面狀況進行檢測評價，具體檢測結果及評價如(表1)所示。由(表1)結果所示可以看出該路段承載能力為中等水平、路面的行駛性能較差、破損程度為次等，鑒于此，通過對局部路段進行加固后的路面可以作為加鋪后復合式路面的承力層。

表1 華蓮路舊水泥混凝土路面檢測評價結果

3 舊水泥混凝土路面處治方案

為使得舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層后的復合式路面達到良好的使用性能，在瀝青面層加鋪前必須對舊水泥混凝土板的處治效果進行檢測及評價，檢測及評價的結果必須符合相應的規范及設計要求(控制標準為處理后的水泥混凝土板彎沉值應≤0.2mm，相鄰板塊間的彎沉差應≤0.06mm)。為此在對華蓮路進行加鋪前需依據該道路舊水泥混凝土路面的調查和檢測結果采取相應的處治方案，并對處治后的水泥混凝土板進行彎沉值檢測，依據檢測的彎沉值評價相應板塊的處理效果，對檢測評價結果不符合相應規范及設計要求的板塊應進行再處理，直到符合要求為止。

3.1 板塊換修

舊水泥混凝土路面破碎板塊的處治一般依據相應的病害程度采用換板或修補的方法。對于舊水泥混凝土板塊有兩條以上的裂縫、兩個破損角或只有一個破損角但面積大于1/4的板塊應進行換板處理;對于板塊內僅有一條貫穿縫，或一個破損角，且破損角的面積小于1/4板的應對板塊進行局部維修。如路面基層出現破壞的應在處理好基層的基礎上再進行板塊的換修處理。換板處理時采用液壓鎬鑿除舊水泥混凝土板，如大面積的換板應采用撞擊式破碎機進行破除。在進行板塊局部維修時要保證好的板塊部分不受到破壞，為此應先用切割機具把破碎板塊與好的板塊切割分離，然后再采用人工破碎的方法破除舊水泥混凝土塊。同時為達到好的效果還應鑿毛舊水泥混凝土連接面，并用插入式振搗器，振動梁刮平提漿，并用人工抹平，按原路面紋理對混凝土表面進行處理。

3.2 裂縫整治

當板內有裂縫且板內無錯臺時，則不需換板，只進行裂縫維修和混凝土加固即可，對于小于1cm的縫，采用灌縫進行處理，對于大于1cm的縫，采用填縫進行處理。構造縫(橫縫、縱縫、脹縫和施工縫)采用混凝土路面專用填縫料，對其進行灌縫處理。灌縫處理時應先清理構造縫中的填縫和夾雜的砂石、凝結的泥漿等雜質，處理結果要達到相應的規范及設計要求。

3.3 錯臺維修

當錯臺高差小于1cm，可用切削機械鑿除錯臺，修補縱坡變化控制在1%以內。當錯臺高度大于1cm時，且有一塊板不穩定時(如彎沉差大于0.06mm)，應進行換板處理。

3.4 脫空處治

對于經檢測評價確定為板塊脫空時(彎沉值大于0.2mm，且彎沉差小于0.06mm)，板塊間具有較好的傳荷能力，可進行灌漿處理。舊水泥混凝土面板與基層之間由于空隙而導致路面沉陷的，采用灌注水泥漿進行板下封堵，灌漿完成后的水泥混凝土板塊，需等灰漿強度達到3.0MPa以上后才可開放交通。

4 道路“白改黑”路面結構設計

反射裂縫是舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層時面臨的主要問題之一，長期以來，國內外道路學者對反射裂縫的防治進行了深入的研究，也提出了多種防治反射裂縫的措施，通常有優化基層材料和配合比設計、提高面層厚度和改善瀝青面層的性能、加鋪土工織布或格柵、在面層和基層之間增設級配碎石層、設應力吸收層等[3]。近年來隨著穩定型橡膠改性瀝青路面技術的應用，穩定型橡膠改性瀝青應力吸收層作為防治反射裂縫的措施在福建地區得到了很好的推廣應用。為此，華蓮路(龍騰路-西安路)“白改黑”改造工程擬采用穩定型橡膠改性瀝青及穩定型橡膠改性瀝青應力吸收層作為瀝青加鋪層。

4.1 穩定型橡膠改性瀝青及其應力吸收層

穩定型橡膠改性瀝青作為一種新的材料與技術，是在重交瀝青中參入廢舊的輪胎橡膠粉后在高溫環境下通過攪拌、溶脹、研磨并添加一定的外加劑的作用下形成的膠結復合材料。該材料具有熱穩定性好、不離析、不沉淀、熱儲存時間長并可進行批量生產及長距離輸送等優點而受到廣泛的應用。

穩定型橡膠改性瀝青應力吸收層是指以橡膠改性瀝青作為粘結劑，鋪筑于水泥混凝土路面與瀝青面層之間或半剛性基層與瀝青面層之間，為防止反射裂縫而設計的高彈性、高變形能力的橡膠改性瀝青碎石封層，它能吸收下層裂縫部位的應力集中，防止上層瀝青路面對應形成反射裂縫，且起到防滲水的作用[4]。該應力吸收層在抗剪切、抗拉強度、防治反射裂縫等方面均優于其他類型的應力吸收層，具有以下幾個優點。

(1)具有較好的抗剪切強度，能有效減少瀝青加鋪面層與舊水泥混凝土路面的相對位移。

(2)具有良好的防水性能、抗變形能力及良好的柔韌性，能有效阻止路表水的滲透，從而保護路面不受到水的破壞，并能減少和防治瀝青加鋪面層的反射裂縫。

(3)該應力吸收層增加了瀝青加鋪面層與舊水泥混凝土路面之間的結合，能消除兩層結構之間的滑移，并減少由于溫度變化引起的瀝青加鋪面層內的拉應力及拉應變。

4.2 路面結構設計

華蓮路(龍騰路-西安路)現有路面結構形式為水泥混凝土路面，此次路面改造為“白改黑”，在水泥混凝土路面上加鋪穩定型橡膠改性瀝青混凝土路面，為有效遏制水泥混凝土路面裂縫的反射，在水泥混凝土路面上加鋪一層1cm厚的穩定型橡膠改性瀝青應力吸收層。根據《龍巖中心城市主城區道路紅線規劃(2013-2030)》華蓮路為主干道，因此該道路瀝青混凝土路面結構的設計使用年限為15年，利用相應的城市道路路面結構設計及計算軟件進行對設計彎沉值和瀝青層層底的拉應力進行驗算，設計彎沉值為Ld=0.241mm，經驗算后加鋪的瀝青混凝土路面結構形式確定如下:1cm厚的穩定型橡膠改性瀝青應力吸收層+≥8cm厚的AC-20C型中粒式穩定型橡膠改性瀝青混凝土調平層+4cm厚的AC-13C細粒式穩定型橡膠改性瀝青混凝土面層。

5 華蓮路“白改黑”改造效果

華蓮路(龍騰路-西安路)“白改黑”改造工程已于2012年底完成，在改造完工后及時對加鋪后的復合式路面結構進行了各項指標的檢測，檢測結果都能符合規范及設計的有關要求，道路改造后情況如(圖2)所示。該改造后的道路自投入使用以來使用狀況良好，并未出現諸如反射裂縫、滑移等病害，能滿足道路使用功能的要求，行車舒適度較好，得到了當地市民的好評。

6 結語

圖2 道路改造后圖片

近年來龍巖市陸續對城區的一些道路如登高路、南環路、曹溪路、九一南路、西安南路等水泥混凝土路面進行“白改黑”改造，在改造中采用1cm厚的橡膠瀝青應力吸收層+≥8cm厚的AC-20C型中粒式穩定型橡膠改性瀝青混凝土調平層+4cm厚的AC-13C細粒式穩定型橡膠改性瀝青混凝土面層作為加鋪層，目前使用狀況良好，均未出現反射裂縫等病害。同時漳州市漳浦縣金浦路原有路面為水泥混凝土路面，在原有路面出現了相應的斷板、開裂及錯臺等病害后于2010年進行了“白改黑”改造，該改造方案采用穩定型橡膠改性瀝青作為應力吸收層用于防治瀝青加鋪層的反射裂縫，取得了很好的效果。鑒于此，通過借鑒國內外舊水泥混凝土路面“白改黑”改造的研究理論成果及實踐經驗，對城市道路“白改黑”改造設計中舊水泥混凝土路面狀況檢測評價及處治、新型材料穩定性橡膠改性瀝青混凝土的應用、加鋪瀝青混凝土路面結構層的設計等方面進行總結與探討，以期為類似的城市道路“白改黑”改造設計提供依據與參考。

[1]赫金東.舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層反射裂縫的成因與防治措施[D].重慶交通大學，2010.3.

[2]張肖寧，鄒桂蓮，王紹懷.舊混凝土路面上瀝青加鋪層的抗反射裂縫能力[J].華南理工大學學報，2001，29(8):82-85.

[3]李宇峙，張起森，劉朝暉等.長永高速公路舊水泥混凝土路面上瀝青混合料加鋪層結構設計[J].中外公路，2001，21(4):6-9.

[4]何金棠.橡膠改性瀝青在白加黑路面罩面應力吸收層中的應用[J].公路交通技術，2010，(2):30-32.