常規復合式路面主要病害分析

周獻高

(廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

當前國家經濟正飛速發展，交通量和軸載大幅增加，公路建設質量面臨嚴峻考驗。常見的水泥混凝土路面及瀝青路面的材料和結構性能上的局限性也逐漸暴露出來。為克服各自的不足，發揮其各自優勢，近年來“復合式路面”在國內高等級公路及城市道路中廣泛推行[1]。復合式路面由瀝青混凝土路面和水泥混凝路面組合而成，前者主要用于上面層，后者主要用于承重層，通過兩者的組合來最大限度地發揮各自的優勢，通常又分為“常規復合路面”和“新建復合式路面”，前者又稱為“白改黑路面”，即直接在舊水泥混凝土板層上方加鋪瀝青面層[2]。

20世紀末及21世紀初期間建設的水泥混凝土路面的使用功能已不能滿足當前要求，且出現不同程度病害。如全部推倒重建，要花費大量人力、物力、財力和時間，這對一些位于城市中的道路改造帶來了嚴重困擾。此時，常規復合路面應運而生，即當舊水泥混凝土層表面功能變差，而承載力基本能夠滿足使用的要求時，通過瀝青罩面延長其使用壽命并提高行車舒適性。

然而，復合式路面是最近十幾年才出現，在工程實踐中并未廣泛和大規模的運用；同時其病害產生機制及處治技術的研究還不夠深入。本文將總結我國常規復合式路面的常見病害及產生原因，探討常見病害的防治措施，同時結合廣西桂林常規復合式路面的實際工程案例進行病害分析，為常規復合路面病害防治提供參考。

1 常規復合路面常見病害

我國常規復合路面通常出現瀝青層面脫皮、車轍、坑槽、水泥混凝土板底脫空和瀝青表層的反射裂縫等病害情況，其中又以瀝青表層的反射裂縫最為典型，其它病害的發生都與此息息相關[3-5]。因此，本文重點對常規復合路面出現的反射裂縫病害進行重點分析。

由下層水泥混凝土板裂縫或接縫導致上層瀝青混凝土底面開裂，并進一步由瀝青混凝土底層擴展至表面出現的裂縫稱為“反射裂縫”。通常認為當地氣溫的交替變化及當地行車荷載因素及二者的聯合作用是導致反射裂縫出現的主因，對于氣候濕潤的地區，濕度因素也將為反射裂縫的產生創造條件[3]。

而大量研究表明，氣溫的變化是導致反射裂縫出現的關鍵因素。外界氣溫的下降將導致底層水泥混凝土板收縮，依靠層間的粘結效應，將牽扯上面層結構一起產生收縮，導致水泥板接縫和裂縫頂面所輻射的瀝青混凝土面層區域發生拉應力集中情況。隨著拉應力不斷增大至超過上面層結構的抗拉強度時，表面將出現開裂[6]。另一方面，當行車荷載出現在舊混凝土承重層的接縫和裂隙處時，將導致該處兩側因應力不均而出現差異性沉降，從而導致對應頂面瀝青加鋪層出現應力集中現象，使該處的剪應力瞬間增大，隨著剪應力增大至瀝青混凝土層的極限抗剪強度而導致表層裂縫的出現[7-8]。

2 常規復合路面常見病害防治

常規復合路面病害防治措施主要從加鋪前舊水泥混凝土路面板處理、改善瀝青加鋪層性能及設置中間防裂層三方面進行[6]。

2.1 加鋪前舊水泥混凝土路面板處理

在對舊混凝土板進行上面層加鋪前，通常要對土板的狀態進行調查，針對其板底脫空處進行壓漿處理，進而達到填充、貼密及改善板底的平整性的目的，增強其抗裂效果[10]。

2.2 改善瀝青加鋪層性能

通常采用增加瀝青層厚度及改善瀝青材料等措施來提高瀝青加鋪層的性能。為防止面層反射裂縫的產生，通常將面層厚度增加至15～25 cm，厚度的增加一方面削弱了底層溫度變化幅度，另一方面增加了結構抗剪剛度[10]。而在材料上面的改進主要通過使用改性瀝青或選用在混合料中摻入纖維材料，以增強瀝青面層的抗裂性能。綜合分析可知，前者在增加至一定范圍厚度內對瀝青抗裂性提高有效；而后者面臨昂貴的改性費用，不經濟。

2.3 設置中間防裂夾層

通常采用級配碎石、SAMI應力吸收層及土工合成材料作為中間層[10]。

常采用較粗顆粒的開級配碎石作為中間層，利用自身較大的孔隙率達到削弱溫度和行車荷載影響的效果。因其費用較高，國內未大面積推廣，而在西方發達國家運用較多。

而SAMI作為一種高韌性、低模量吸收材料，從理論上分析，其能有效吸收應力集中區域的應力，起到較好的防裂效果。但這種軟弱夾層在實際中實施難度大，由于施工等因素的差異，處治效果不穩定。

設計土工合成材料成為了當前最為主流的處治方案，其中以土工織物和玻纖格柵為代表，前者利用其低勁度、低模量特點，對層面應力起到良好吸收效果；而后者利用其高勁度、高模量特點，對層面的應變起到了良好吸收作用，且二者無論在經濟性和有效性方面都具有良好表現。

3 實體工程案例

3.1 工程概況

桂林市環城南二路位于桂林市象山區，為城市主干路，水泥混凝土道路，設計時速50 km/h，道路起于八中十字路口，終于凈瓶山橋西端，標準路段路幅寬50.5 m，六塊板形式，雙向六車道，橫斷面布置為四幅路，機動車道寬為2×12.25 m，路線全長為2 205.682 m，起點樁號為K0+000，終點樁號為K2+205.682。道路兩側基本為已建成區，主要有北斗商區、德天商業廣場、廣西城市建設學校等。地理位置見圖1。

圖1 工程地理位置圖

該城市道路起初于2016年2月采用“白改黑”加鋪瀝青面層方案進行改造，4月份環城南二路部分路段加鋪的瀝青混合料面層陸續出現裂縫類病害。

3.2 路面結構強度檢測

因本次檢測為復合路面，即水泥路面上加鋪瀝青路面，為判斷路面產生裂縫的原因，采用落錘式彎沉儀對瀝青路面出現橫向裂縫的位置進行路面彎沉檢測，具體方法為橫向裂縫上下各測一次彎沉，檢測結果見表1。

表1 環城南二路(K0+700～K2+000)路面彎沉值結果表

從表1檢測結果可知，復合路面左幅二車道路最大彎沉值為126.8(0.01 mm)，為右幅二車道彎沉最大值的2.8倍，最小值為16.8(0.01 mm)，為右幅二車道彎沉最小值的2.2倍，標準差為19.6，為右幅二車道彎沉標準差的2.2倍；反映出左右兩側車道的彎沉出現明顯的差異性，右幅二車道彎沉明顯大于左幅二車道，由于這種差異性沉降將導致對應位置路面出現剪應力集中現象，隨行車荷載的反復作用，當集中剪應力超過瀝青混凝土加鋪層的抗剪強度時，造成反射裂縫的出現。結合現場裂縫位置，發現表層的橫向裂縫位置與舊水泥混凝土底板的橫向接縫位置基本吻合，這也是典型反射裂縫的出現位置。結合該位置彎沉結果可知，該處路面承載力能力偏低，主要是因底下舊水泥混凝土路面板整體穩定性差，隨溫度應力和行車荷載的反復作用，板縫處過大豎向位移引起較高水平的應力集中，使瀝青面層過早地疲勞開裂，若不及時進行處理，將引發更加嚴重的路面破壞。

3.3 路面內部的構造和缺陷檢測

為了進一步探索瀝青加鋪層、舊水泥混凝土板和二者層間的結構，采用探地雷達探測路面破損段的地下結構。探地雷達的工作原理如圖2所示，整理典型雷達異常圖像見下頁圖3。

圖2 探地雷達工作原理示意圖

從圖3異常雷達圖分析可知，左右幅都有脫空、裂隙、不密實、孔洞等病害；左幅較右幅出現的病害更為明顯，多處路面地下介質檢測存在脫空、不密實、孔洞情況，這與彎沉檢測的差異性結果一致。在行車荷載和溫度應力的反復作用下，在這些病害位置極易出現剪應力集中的情況，進而引發路表面反射裂縫和路面沉陷的出現。

(a)裂隙

(b)脫空

(c)不密實

(d)孔洞

4 結語

(1)反射裂縫是常規路面最為普遍的路面病害，應從減小溫度拉應力和行車荷載剪切應力兩方面來進行防治。

(2)針對加鋪前舊水泥混凝土路面處理、改善瀝青加鋪層性能及設置中間防裂夾層等復合路面病害的三大防治措施，應綜合經濟性、施工可操作性及處治效果等因素進行綜合考慮。

(3)由上述分析可知，廣西桂林市環城南二環道路加鋪的瀝青混合料面層陸續出線裂縫類病害主要為反射裂縫，主要因下部舊水泥混凝土板整體穩定性差，加之外界溫度應力和行車荷載的反復作用，導致反射裂縫及沉降的產生，其位置主要集中在舊水泥混凝土板的接縫處。建議根據路面病害的嚴重程度，采取不同方案處治，針對其板底脫空處進行壓漿處理，進而達到填充、貼密及改善板底的整體性的效果；同時，針對較為嚴重的災害部位，考慮對層面鋪設土工織物夾層，吸收層間的應力，恢復道路各結構層應有的強度和穩定性。

[1]王朝輝，王選倉.復合式路面養護維修關鍵技術探討[J].公路，2005(4)：178-182.

[2]鐘建超.瀝青加鋪層在舊水泥混凝土路面改造中的應用研究[D].長沙：湖南大學，2006.

[3]張 鵬.高等級公路CC-AC復合式路面常見病害及其維修措施[J].湖南交通科技，2006(4)：52-55.

[4]李 智，陳文輝，鐘輝波，等.采用碾壓水泥混凝土基層的復合式路面早期車轍：案例分析[J].中外公路，2012，32(3)：54-59.

[5]徐 利.城市道路改建剛柔復合式路面的研究[D].合肥：合肥工業大學，2009.

[6]黃云鵬.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層反射裂縫的防治措施[J].廣東科技，2011，20(24)：195-196.

[7]黃 今，陳拴發，李祖仲.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層反射裂縫的研究進展[J].材料導報，2013，27(3)：77-80.

[8]周 孔.水泥混凝土路面瀝青加鋪層反射裂縫的機理分析和防治措施[J].華東公路，2009(1)：7-9.

[9]薛政柄，鄧星鶴.新建復合式路面反射裂縫成因分析[J].湖南交通科技，2017，43(2)：13-15，255.

[10]周 勇.復合式路面反射裂縫形成機理及防治技術[J].城市道橋與防洪，2013(10)：35-38，13.