應力吸收層在復興路大修工程中的技術應用

袁海燕

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

1 工程概述

復興路（二環—四環）始建于上世紀60年代末期，是配合修建地鐵工程的道路恢復工程。道路雙向行駛，二環—三環路段紅線寬95 m，雙向8～10條車道，路面寬35.2 m。三環—四環路段紅線寬80 m，路面寬22.2 m，雙向5～6條機動車道，路面總寬22.2 m。

原路面結構為水泥混凝土結構，分兩層施做，上層為12 cm厚300號混凝土，下層為200號混凝土。復興路水泥混凝土基礎橫向分塊為6 m+5.1 m+5.1 m+6 m，縱向一般分塊為10 m，個別為9～12 m。2000年復興路進行瀝青罩面處理，處理結構厚度8 cm。

2014年啟動大修工程，經現況調查面層經過14年使用后病害類型主要為反射裂縫、車轍、網裂及碎裂。反射裂縫是“白改黑”后瀝青路面的典型病害，大部分為中重度反射裂縫。本工程的難點為反射裂縫的處置。

2 反射裂縫成因分析[1-3]

反射裂縫是水泥混凝土基礎加鋪瀝青面層的一種常見病害，在溫度和車輛荷載的反復作用下，瀝青混凝土加鋪層受張拉應力和剪切應力作用在水泥混凝土板縫接縫處出現的裂縫。舊混凝土板由于溫度變化在接縫處反復張開或縮小，其張拉應力使瀝青混凝土面層產生疲勞開裂，即溫縮型反射裂縫；舊混凝土板接縫兩側相鄰板塊產生豎向位移差使瀝青混凝土加鋪層出現較大的剪切應力，導致瀝青面層開裂，即荷載型反射裂縫。是反射裂縫產生的原因。

反射裂縫發育擴展后如不及時進行灌縫處理，水分通過裂縫下滲，滯留在混凝土板與瀝青層之間，經過長時間腐蝕和凍融破壞，導致混凝土局部強度喪失，嚴重的會碎裂或成粉末狀；混凝土基層出現局部坑槽，見圖1、圖2。水分下滲至道路基層，基層會發生唧漿和空洞等破壞形式，造成基層強度喪失，容易引起路面豎向沉降，從而導致瀝青混凝土面層進一步的損壞。直觀表現為反射裂縫周邊瀝青混凝土出現碎裂或者沉陷。

圖1 混凝土板周邊破損

圖2 混凝土板周邊坑槽

反射裂縫發育的中后期，其周圍的瀝青混凝土會伴隨有網裂、碎裂甚至坑槽、沉陷等病害。反射裂縫按其不同的發育程度分類更為直觀并具可操作性。具體可分為三類，標準見表1。典型裂縫見圖3～圖6。

表1 反射裂縫分類表

圖3 重度典型橫縫

圖4 重度典型橫縫

圖5 中度典型橫縫

圖6 輕度典型橫縫

復興路（三環—四環）橫向板縫共計總長12 610 m，其中中度、重度裂縫長度9 702 m，占總長度的76.9%。輕度橫縫2 908 m，占總長度的23.1%。縱向板縫共計23 412.6 m，中、重度反射縱縫共計8 452.5 m，占總長度的36.1%，輕度裂縫占總長度63.9%。統計見表2、表3。

表3 西長安街（復興路）反射縱縫破壞統計表

表2 西長安街（復興路）反射橫縫破壞統計表

3 關鍵技術方案選定

3.1 應力吸收層的選定

通過對復興路原有路面結構、現況破損狀況以及現況交通組成結果分析，在溫差和荷載的反復作用下，舊混凝土路面的接縫處的溫縮變形引起表層開裂。實踐證明，在混凝土板和瀝青加鋪層間設置應力吸收材料能有效的延緩反射裂縫的發生。目前普遍采用的分為三類，即應力吸收層、土工織物和土工格柵，優缺點對比見表4。

表4 應力吸收材料性能對比表

土工格柵類材料使用范圍廣，且價格較低，但不具備防水能力。通過前述分析來看，水損害是加劇反射裂縫發展的重要原因，因此用土工格柵類材料進行反射裂縫處理也是不適宜的。

土工織物類材料性能及價格介于應力吸收層材料與土工格柵類材料之間，既能滿足局部貼縫處理需要，又能起到防水作用。首先通過反射裂縫進行病害調查統計，輕度反射橫縫長度占總長度的23.1%。輕度反射縱縫長度占總長度的63.9%。輕度裂縫的數量較大，如果僅對中、重度反射裂縫進行開縫處理，未處理的輕度反射裂縫存在較大的安全隱患。其次考慮剩余路面瀝青材料的性能，反射裂縫局部處理后，剩余的瀝青面層為使用13 a后瀝青面層老化，其殘余性能無法鑒定是否能達到規范指標要求。因此本工程從材料性能、整體性考慮不適宜采用土工織物類材料處理反射裂縫。

經過方案比選最終選定對瀝青路面整體銑刨后加鋪應力吸收層的處理方式。采用加鋪2.5 cm應力吸收層的技術方案延緩反射裂縫的發生，同時以公交車道實際接地壓強1.0 MPa，地面溫度按70℃進行材料指標設計，對瀝青面層材料，分別對高溫、低溫、水穩定性等提出相應的指標要求，解決公交車道的車轍問題。

3.2 應力吸收層的作用

（1）應力吸收作用：由于應力吸收層具有一定的柔韌性，當瀝青路面板受到沖擊后，應力吸收層也會因受壓而產生變形，從而緩解瀝青面層對基層的沖擊，較好地分散瀝青面層和基層之間的應力，減弱車輛荷載的沖擊振動影響，使水泥混凝土路面板實際受到的荷載有所減小，即減小了荷載應力，改善了路面的工作狀況，應力吸收層發揮了應力吸收的作用。

（2）抗裂作用：應力吸收層可以減弱車輛荷載對瀝青路面的沖擊荷載，設置的應力吸收層承受基層頂面溫縮裂縫產生的拉應力，應力吸收層具有抗裂性能好、適應變形能力強，能有效阻止基層開裂后向路面板擴展、延伸的趨勢，消弱反射裂縫對路面的影響。

（3）防水作用：由于應力吸收層密實不透水，起到隔水作用，能有效防止由瀝青面層產生的溫縮裂縫。因此，設置應力吸收層，可有效地保護基層，從而使瀝青混凝土路面具有良好的耐久性，并且充分發揮使用壽命長的特點。

（4）設置應力吸收層可改善車輛的行駛條件和乘車的舒適性，降低行車噪音。

4 應力吸收層材料指標要求

應力吸收層瀝青混合料在延緩舊水泥混凝土路面反射裂縫問題方面具有明顯優勢，本次西長安街道路大修工程中在地鐵防爆層上水泥混凝土路面設置高黏高彈改性瀝青混合料應力吸收層，應力吸收層混合料的施工工藝、質量管理及驗收參照如下規定執行。

4.1 瀝青膠結料及添加劑性能

應力吸收層采用高粘高彈改性瀝青，其技術要求見表5。

表5 高粘高彈改性瀝青技術要求

4.2 礦料級配

應力吸收層由3～5 mm石料、0～3 mm機制砂、天然砂、礦粉、特種高彈性改性瀝青組成。原材料除滿足國家行業標準《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）和《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）外，還必須滿足下表的相關技術要求。見表6。

表6 應力吸收層混合料礦料級配

4.3 配合比設計指標

應力吸收層采用旋轉壓實方法成型試件，成型試件直徑100 mm，旋轉壓實儀的單位壓力為600 kPa，設定旋轉壓實次數為50次。根據混合料體積性質、力學性能確定最佳瀝青用量。應力吸收層瀝青混合料的礦料級配和混合料性能技術要求見表 7、表 8。

表7 應力吸收層混合料礦料級配

表8 應力吸收層混合料性能要求

4.4 改性乳化瀝青粘層油（高黏）技術要求

應力吸收層施工前必須灑布SBS改性乳化瀝青黏層，代號為 PCR-SBS，灑布量為 0.2～0.3 kg/m2，殘留物含量63%，對SBS改性粘層油提出動力黏度（60℃）不小于1 500的性能指標。應力吸收層混合料鋪筑前，在舊水泥混凝土路面上應灑布改性乳化瀝青黏層，改性乳化瀝青不得稀釋，應采用灑布車機械灑布，實際灑布量可根據路面表面狀況和清潔程度進行調整，見表9。

表9 改性乳化瀝青技術要求

4.5 驗收指標

應力吸收層的密實度驗收采用壓實度和現場空隙率雙指標控制，厚度、瀝青用量、級配的控制標準見下表。應力吸收層的外觀、接縫、厚度、平整度、寬度、縱斷面高程、橫坡等驗收標準與《北京市城市道路工程施工技術規范》（DBJ 01-45—2000）、《城鎮道路工程施工質量檢驗評定標準》（DBJ 01-11—2004）等技術規范中要求一致，見表10。

表10 現場檢測驗收指標

5 結 語

本工程應力吸收層、應力吸收層與水泥混凝土間噴灑的改性乳化瀝青粘層油（高粘）是工程的技術難點。為提高技術質量，還有很多設計技術難點。（1）為保證路面平整度，對混凝土板處理采用精銑刨技術。將路面面層平整度控制指標提高到不大于1 cm。（2）為適應工程夜間施工，次日開放交通的特點，采用低溫型加熱施工式橡膠瀝青填縫料。（3）提出符合實際情況的材料指標控制，為提高路面抗車轍能力，按公交車道實際接地壓強1.0 MPa，地面溫度70℃進行材料指標設計。