淺析舊水泥混凝土路面改造工程中瀝青加鋪層設(shè)計(jì)

鄭志鋒（福州路信公路設(shè)計(jì)有限公司，福州350003）

淺析舊水泥混凝土路面改造工程中瀝青加鋪層設(shè)計(jì)

鄭志鋒
（福州路信公路設(shè)計(jì)有限公司，福州350003）

以羅源S201線“白改黑”工程為工程背景，分析介紹水泥混凝土路面直接加鋪瀝青路面設(shè)計(jì)方法與思路，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為同類(lèi)工程項(xiàng)目提供參考與借鑒。

水泥混凝土瀝青混凝土白改黑反射裂縫

水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土，俗稱“白改黑”，是指將舊水泥混凝土路面鋪上瀝青混凝土面層，使原來(lái)的混凝土剛性路面變成柔性路面。瀝青加鋪層能有效地改進(jìn)舊水泥混凝土路面的使用性能，充分利用舊水泥路面強(qiáng)度，具備造價(jià)低、施工方便、對(duì)交通和環(huán)境影響小的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，它被廣泛應(yīng)用于各種等級(jí)公路路面改造工程中。本文以羅源S201線“白改黑”工程為工程背景，介紹舊混凝土路面改造加鋪瀝青混凝土設(shè)計(jì)思路和方案，供為同類(lèi)工程項(xiàng)目提供參考與借鑒。

1 工程概況

羅源S201線K128+625～K135+758段水泥混凝土路面“白改黑”工程，項(xiàng)目起點(diǎn)K128+625.000位于羅源縣跡頭交叉口，沿線經(jīng)松山堤壩、選嶼、外洋、北山，終點(diǎn)浮曦，樁號(hào)K135+758位于羅源連江交界處，路線長(zhǎng)度為7.133km。道路等級(jí)為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)時(shí)速為40km/h，路面設(shè)計(jì)軸載：BZZ-100，水泥路面結(jié)構(gòu)層為：22cm厚水泥混凝土面層+15cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石層+15cm厚級(jí)配碎石。經(jīng)過(guò)多年的交通運(yùn)營(yíng)，路面出現(xiàn)了斷板，板底脫空等病害。

2 確定改造方案

舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層過(guò)程中，綜合比較以下三種改造方案：

（1）舊水泥混凝土挖除+舊路基處治加強(qiáng)+瀝青混凝土加鋪層。該形式用于路面破損嚴(yán)重，且路面標(biāo)高無(wú)法抬高的路面改造工程。

（2）舊水泥混凝土共振碎石化+補(bǔ)強(qiáng)層+瀝青混凝土加鋪層。該形式適用于路面破損嚴(yán)重，路面板強(qiáng)度較低，無(wú)軟基的路面改造工程。

（3）舊水泥混凝土路面綜合處治+瀝青混凝土加鋪層。該形式適用于舊混凝土板損壞較輕，路面板強(qiáng)度高的路面改造工程。

第一種方案需要對(duì)舊混凝板挖除，對(duì)交通造成較大影響，且廢棄混凝土板需要集中處理，對(duì)環(huán)境影響大，而且工程造價(jià)高。第二種方案相對(duì)于第一種方案，造價(jià)適中，對(duì)混凝土路面進(jìn)行再生利用，環(huán)境影響小。第三種方案充分利用了舊水泥混凝土板強(qiáng)度，施工方便，施工周期短，工程造價(jià)低，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益雙贏。

因此，根據(jù)舊水泥混凝土路面的使用要求和綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法，確定瀝青加鋪層設(shè)計(jì)方案。

3 瀝青砼加鋪層設(shè)計(jì)

3.1 舊水泥路面相關(guān)指標(biāo)參數(shù)調(diào)查

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查斷板量為126塊，斷板率為3.97%，平均錯(cuò)臺(tái)量為2.83mm，損壞等級(jí)為優(yōu)良。舊混凝土面層的接縫傳荷系數(shù)為75.2，等級(jí)為中。舊混凝土面層厚度平均值為228mm，標(biāo)準(zhǔn)值為5.86mm，舊混凝土面厚度標(biāo)準(zhǔn)值222mm。劈裂強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值平均值為2.09MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為0.151MPa，舊混凝土面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值3.31MPa，舊混凝土面層彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值26.323GPa。根據(jù)基層的鉆芯的材料組成分析，基層材料回彈模量取200MPa。

3.2 瀝青混凝土路面加鋪層厚度確定

通過(guò)對(duì)交通量預(yù)測(cè)，可以得出12年的設(shè)計(jì)年限內(nèi)，每年在一條車(chē)道上的累計(jì)當(dāng)量軸次為，路面設(shè)計(jì)交通等級(jí)為重交通。通過(guò)舊路面損壞、接縫傳荷能力和板底脫空以及舊混凝土路面結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)查評(píng)定，結(jié)合《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)該路段路面調(diào)查結(jié)果總體評(píng)價(jià)為中等以上，可采用直接加鋪瀝青面層的設(shè)計(jì)方法。采用東南大學(xué)HDPS公路路面計(jì)算程序（HCPD3）進(jìn)行計(jì)算分析，確定出瀝青混凝土路面加鋪厚度。

參數(shù)取值：地區(qū)公路自然區(qū)劃Ⅳ，面層最大溫度梯度89℃/m，混凝土線膨脹系數(shù)10×10-6/℃，舊混凝土面層厚度222mm，舊混凝土面層板長(zhǎng)度4.5m，舊混凝土彎拉強(qiáng)度3.3MPa，舊混凝土彈性模量26252MPa，舊混凝土材料疲勞指數(shù)0.057，舊面層接縫應(yīng)力折減系數(shù)0.9，基層頂面當(dāng)量回彈模量ET=200MPa。

根據(jù)計(jì)算，得出結(jié)果如下：

(1)舊混凝土面層荷載疲勞應(yīng)力∶2.772MPa；

(2)舊混凝土面層溫度疲勞應(yīng)力∶0.153MPa；

(3)考慮可靠度系數(shù)后舊混凝土面層綜合疲勞應(yīng)力∶3.22MPa（小于或等于舊面層混凝土彎拉強(qiáng)度）；

(4)舊混凝土面層最大荷載應(yīng)力∶2.062MPa；

(5)舊混凝土面層最大溫度應(yīng)力∶0.745MPa；

(6)考慮可靠度系數(shù)后舊混凝土面層最大綜合應(yīng)力∶3.09MPa（小于或等于舊面層混凝土彎拉強(qiáng)度）；

(7)滿足路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)要求的瀝青混凝土加鋪層設(shè)計(jì)厚度∶160mm。

3.3 瀝青混凝土路面加鋪方案對(duì)比

根據(jù)計(jì)算已確定了瀝青路面加鋪層厚度，本次方案是針對(duì)瀝青材料、以及減緩反射裂縫措施進(jìn)行對(duì)比。

（1）SBS改性瀝青的含蠟量遠(yuǎn)小于普通瀝青，與普通瀝青相比針入度小，軟化點(diǎn)高，軟化點(diǎn)的提高能有效提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性和抗車(chē)轍性能。SBS改性瀝青與礦物材料的粘結(jié)強(qiáng)度較好，生產(chǎn)的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度大，可以提高瀝青路面的使用壽命，用改性瀝青鋪裝路面具有良好的耐久性、耐磨性，達(dá)到高溫不軟化、低溫不開(kāi)裂效果。瀝青路面裂縫少,路面壽命長(zhǎng)。但與普通瀝青相比，改性瀝青的工程造價(jià)略高，每m2約1元/cm。

考慮到羅源縣位于福州新區(qū)北翼，興建福州臺(tái)商投資區(qū)等五個(gè)工業(yè)集聚區(qū)，以鋼鐵、建材為主臨港產(chǎn)業(yè)群，本項(xiàng)目是連江可門(mén)港通往羅源港區(qū)的重要通道，隨羅源灣開(kāi)放開(kāi)發(fā)，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，公路交通流量不斷增大，同時(shí)車(chē)輛大型化及嚴(yán)重超載運(yùn)輸情況加劇了對(duì)公路破壞，會(huì)導(dǎo)致瀝青路面過(guò)早的出現(xiàn)車(chē)轍、泛油、松散病害，而改性瀝青具有良好的水穩(wěn)定性和抗老化性，用它鋪設(shè)的路面具有高溫抗車(chē)轍、低溫抗開(kāi)裂性能，從而大大提高路面使用性能，延長(zhǎng)了路面使用壽命。為了兼顧工程造價(jià)，經(jīng)綜合比選，考慮SBS改性瀝青混凝土作為上面層，中面層采用普通瀝青混凝土。

（2）為了減緩原有路面裂縫、縱橫向裂縫在新建的瀝青混凝土路面上形成反射裂縫，在預(yù)防和減緩反射裂縫的常用措施主要有：

①應(yīng)力吸收層，其厚度為20～30mm，用于減少舊混凝土面層和瀝青加鋪層之間的粘附性，從而減少溫降引起的反射裂縫。但是與聚酯玻纖布相比，費(fèi)用高一點(diǎn)。

②聚酯纖維布是由玻璃纖維和聚酯纖維組成的玻璃纖維復(fù)合抗裂材料，具有很高的抗拉強(qiáng)度和延展性，具有一定的變形能力，對(duì)于溫度和荷載引起的反射裂縫都有一定的抵制作用。造價(jià)便宜，但是在車(chē)輛的碾壓下，玻纖布容易遭到破壞，造成結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)漏水問(wèn)題，導(dǎo)致反射裂縫出現(xiàn)。

③土工織物夾層，包括聚丙烯、聚乙烯、聚酯纖維和聚酯非織造織物，其作用原理與粘膠瀝青應(yīng)力吸收層相同，但是工程造價(jià)高。

④裂縫緩解層，包含大粒徑級(jí)配瀝青碎石和級(jí)配碎石。其作用為減弱拉應(yīng)力、拉應(yīng)變的傳遞能力，并且能消散、吸取由交通荷載及溫度變化發(fā)生的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力。

經(jīng)過(guò)綜合分析比較，采用加厚2cm瀝青碎石層來(lái)預(yù)防和減緩反射裂縫，項(xiàng)目瀝青路面結(jié)構(gòu)層：4cm厚AC-13C細(xì)粒式SBS改性瀝青混凝土+6cm厚AC-20中粒式瀝青混凝土+8cm厚ATB-25密級(jí)配瀝青碎石，每m2造價(jià)約190元。

4 舊水泥路面綜合處治

根據(jù)舊路路基路面結(jié)構(gòu)、路面狀況以及彎沉報(bào)告，舊水泥混凝土路面的主要病害為板底脫空、斷板和裂縫。針對(duì)病害，在瀝青面層加鋪前，主要采取以下處理措施：

（1)彎沉值大于20（1/100mm）板，判定為板底脫空，通過(guò)注漿進(jìn)行加固。

（2)破碎板通過(guò)置換板塊，若開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)原路基出現(xiàn)彈簧現(xiàn)象，進(jìn)行路基換填處理。

（3)裂縫通過(guò)清灌縫處理。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)例，系統(tǒng)介紹舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層的設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)舊路路況參數(shù)調(diào)查、方案比選，最終選擇路面結(jié)構(gòu)型式以及對(duì)現(xiàn)狀舊水泥混凝土路面病害提出針對(duì)性處治措施。

[1]李華平，何鵬程.水泥混凝土路面改造.河南科技,2014(20).

[2]胡凱，舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層路面結(jié)構(gòu)研究.合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

[3]JTGD40-2011，公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]JTG D50-2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]李惠成，蘇榮耀.水泥混凝土路面白改黑設(shè)計(jì)的探討.山西建筑，2007（4）.