水泥混凝土路面加鋪瀝青層預防性養護技術分析

吳仲華

(廣西壯族自治區羅城公路管理局，廣西 羅城 546400)

0 引言

對舊混凝土路面進行加鋪瀝青層改造(俗稱“白改黑”)可大幅度提高路面結構和行車體驗，同時充分利用了舊路面結構，大大減少公路建設資金投入，可取得很好的經濟社會效益，因此被應用于很多地區[1]。但由于舊路面存在較多病害，導致加鋪瀝青層發生病害的可能性遠大于新建瀝青路面，極大降低工程效果，所以深入研究瀝青加鋪層的病害形成機理，并針對性地提出養護措施，是保證加鋪瀝青層應用效果的重要基礎[2]。

1 工程概況

廣西S204線屬于二級公路，路面結構為水泥混凝土，其中浮石至宜州段全長56 km。該路段于2007年進行了加鋪瀝青層改造，具體結構從下到上依次為8 cm級配碎石調平層+1.5 cm熱瀝青同步碎石封層(兩油兩料)+3.5 cm瀝青混凝土面層，設計車速為60 km/h，路面寬7.5 m，路基寬8.5 m。在2010年，該路段瀝青加鋪層出現大量裂縫、車轍病害，嚴重影響路況，因此相關部門組織對其進行預防性養護。

2 瀝青加鋪層病害形成機理分析

2.1 反射裂縫病害

反射裂縫是“白改黑”工程中最容易出現的問題。根據斷裂力學原理，可將反射裂縫分為三種類型：張開模式、剪切模式、撕開模式(見圖1)。分析斷裂原因可知：張開型裂縫主要由溫度變化引起；剪切型裂縫由交通載荷引起；撕開型裂縫由溫度和載荷耦合作用引起[3]。

圖1 反射裂縫張開模式(左)、剪切模式(中)、撕開模式(右)示意圖

由于舊路面裂縫病害的存在，導致加鋪層在溫度變化和交通載荷作用下更容易在舊裂縫處產生應力集中現象，進而造成反射裂縫大量發展。在厚度較薄的瀝青加鋪層中(<10 cm)，該現象更加明顯。對其進行受力分析表明：瀝青加鋪層底部應力最大且最集中，也最先發生開裂破壞[4]。

2.2 層間結合問題

由于原混凝土路面表層致密，加鋪瀝青層很難滲透到原路面中，導致兩者之間粘結度無法保證，這也是層間結合問題的根本點。通過分析瀝青路面結構的應力和應變，其中間層的接觸條件是影響底板拉應力和面層剪應力的最主要因素(見圖2)。

當量面層結合不連續，底板拉應力會加劇水泥板開裂，且增加車轍產生的概率，層間接觸條件由材料的性質決定，因此在選材時盡量要求摩擦力大[5]。

圖2 層間接觸狀態對底板拉應力和面層剪切力的影響示意圖

2.3 車轍病害

車轍病害是瀝青加鋪層常見病害之一。由于舊水泥混凝土路面屬于剛性面，其抗壓回彈模量約為瀝青加鋪層(屬半剛性面)回彈模量的10～20倍，這就造成舊路面為主要承重面，而加鋪層的壓應力及剪應力顯著增大[6]。此外，由于廣西地區氣溫較高，瀝青加鋪層的抗壓變形能力大大降低，在交通載荷作用下很容易產生剪切和壓縮變形。

當瀝青加鋪層投入使用后，隨著載荷作用次數的增加，其要經歷三個永久變形階段(見圖3)，而車轍就是永久變形中剪切破壞的一種。

圖3 瀝青加鋪層永久變形發展過程示意圖

3 瀝青加鋪層預防性養護措施分析

經實地考察，本項目路段主要病害為反射裂縫和車轍，其中反射裂縫三種破壞模式全部包括，而車轍病害類型也包括失穩型車轍(多發于夏季炎熱天氣)、壓密型車轍(舊路路基密實度差)、磨耗型車轍(長期交通積累)，車轍范圍在2.0～5.0 cm。

3.1 瀝青加鋪層反射裂縫病害預防性養護分析

3.1.1 裂縫分類及養護類型

根據裂縫寬度可將其分為微裂縫(2 mm以下)、微小裂縫(2～6 mm)、小裂縫(6～13 mm)、中裂縫(13～25 mm)、大裂縫(25 mm以上)。及時對裂縫填充可有效避免雨水和雜質進入裂縫，防止裂縫病害擴大，顯著提高加鋪層壽命。

目前，針對裂縫主要有以下三種養護類型：(1)填縫。填縫適用于一些裂縫寬度<20 mm的路段，利用高壓風對縫隙進行清理，之后直接灌入填縫材料。(2)灌縫。在裂縫寬度>20 mm，且發育較多、路面破損嚴重的地段，可采用大規模灌縫處理，包括稀漿灌縫和微表處技術。(3)銑刨重鋪。對于路段存在大規模、大寬度裂縫以及龜裂嚴重現象，可將路段銑刨重鋪，包括冷(熱)再生處理。

3.1.2 填縫養護材料選取

由于本項目路段日常維護較好，目前主要裂縫病害均不超過20 mm，因此使用填縫處理足夠。填縫材料可分三類：普通熱瀝青、乳化瀝青、聚合物改性瀝青，其中普通熱瀝青適合于氣溫適宜、干燥少雨地區；乳化瀝青適合氣溫低、潮濕多雨地區；聚合物改性瀝青不僅適應性較強，而且延展性和彈性較出色，所以是最為理想的填縫材料。

3.1.3 填縫施工

(1)清理裂縫。為保證填充效果，本項目選擇春季施工，此時裂縫完全張開。采用“鋼絲刷+高壓氣槍”清理縫壁。

(2)填縫灌入。填縫時，聚合物改性瀝青溫度保持在180 ℃～200 ℃，本項目采用自動灌縫機填縫，工作人員操作填充槍將適量瀝青灌入其中，應保證填縫材料處于凸出狀態(3 mm厚帶狀)。

(3)封邊修整。技術人員利用專業U型橡膠棍對填縫材料進行封邊處理，可將溢出瀝青壓回裂縫中。為防止交通開放過早導致未凝固瀝青被沾走，在其表面鋪撒一層吸收材料(細砂或石屑)。

3.2 瀝青加鋪層車轍病害養護分析

本項目車轍病害主要存在于小型車道和重型車道上，而治理也分為輪跡帶重點治理和整車道治理。

(1)輪跡帶治理。為節約資金，本項目設計對一些明顯輪跡帶(深度<2 cm，屬壓密型和磨耗型)采用銑刨處理，要求車轍兩側沒有隆起現象，且路面其他區域不存在其他病害。銑刨寬度兩側應各延展5 cm，之后用制作好的瀝青混合料填充。

(2)整車道治理。當瀝青加鋪層大面積長距離存在車轍病害時，可斷定屬于失穩型車轍，一般發生在上坡、彎道、路橋連接等處，車轍深度往往>5 cm，且兩側有明顯隆起。此時需要對該路段進行整體銑刨處理，然后利用微表處養護罩面技術對原路面進行大規模整修。

4 結語

本項目路段加鋪瀝青層主要病害為反射裂縫和車轍，其發生機理是由于原路面病害影響導致加鋪層存在應力集中現象，本項目采用填縫技術就可以治理裂縫病害，采用輪跡重點治理和整車道治理可在降低成本的前提下保證路面工況得到顯著改善。本項目實施后該路路況全面恢復，各項指標均滿足標準，取得了較好的應用效果。