旧水泥路面加铺沥青面层的应用研究

赵双祥，武和平，沈 旭

(1.湖南省公路设计公司，湖南长沙 410000;2.长沙理工大学，湖南长沙 410015)

0 前言

水泥混凝土路面由于具有高强度、高刚度、维护保养费用低、抗磨耗能力强及使用寿命长等优良性能，在我国的使用非常广泛。但是近年来，交通量的迅猛增长和汽车载重量日益重型化，不仅使得早期建设的一些水泥混凝土路面出现了严重的破坏，而且许多新建的路面也出现不同程度的破坏。这些损坏对道路行车的安全性和舒适性都有严重影响。因此，为改善路面的使用性能，必须对出现病害的水泥混凝土路面进行修复。目前，国内外常用的水泥路面维修和改建的方法主要有:一是在旧水泥混凝土面板上加铺沥青混凝土面层;二是在旧水泥混凝土面板上加铺新水泥混凝土面层;三是对旧水泥混凝土面板进行破碎。在这三种方法中，由于加铺后的沥青混凝土路面具有路面坚实平整、行车舒适、耐磨性好、振动和噪声较小、施工期短、养护简便快捷和交通开放快等优点。而且与沥青路面的养护维修相比，水泥混凝土路面虽然养护维修的频率低，但是，其养护维修相对而言则更加困难。所以综合各方面的因素，国内外常对在旧水泥混凝土面板上加铺沥青混凝土面层的方法更为亲睐。本文结合广西柳州市潭中西路大修罩面工程，对旧水泥混凝土面层上加铺沥青混凝土面层的方法进行了研究分析，以此希望对以后类似的工程能够提供帮助。

1 工程概况

该项目为柳州市潭中西路大修罩面工程，项目位于柳州市柳南区，起点为柳州市柳南区潭中西路金都汇，终点为柳州市柳南区潭中西路柳南区政府，项目路段全长400 m。大修路段为双向4车道，其中机动车道宽度为15 m。经过调查可知，该段路面具有的路面病害为:严重开裂，局部网裂且有沉陷变形，断板等现象，这些对路面的行车具有严重影响。

1.1 路面使用状况调查

由于沥青面层摊铺在旧水泥面板上，所以对旧水泥混凝土面板的结构性能作出正确评价是加铺设计的关键。为对旧水泥混凝土面板作出正确分析，必须对原有水泥混凝土路面的损坏原因以及结构状况和承载能力进行准确估计。现行对旧水泥混凝土路面评定的方法主要为:采用目测法确定病害类型和轻重程度等级，然后应用FWD测定刚性路面板的动态弯沉，反算路面结构层的模量及板底脱空，以此评价路面结构整体强度和缺陷程度。

根据现场的检测结果可知，本路段的路面病害情况如表1。

根据现场实测结果，所得路面的弯沉计算结果如表2(部分)。

表1 路面病害状况

表2 弯沉计算结果表(部分)

1.2 路面使用状况评定

1.2.1 PCI和 DBL 评定

采用路面状况指数(PCI)和断板率(DBL)两项指标评定路面破损状况。依据路段破损状况调查得到的病害类型、轻重程度和密度数据，按下列公式确定该路段的路面状况指数(PCI)，以100分制表示:

式中:i和j分别为病害的种类和轻重程度;n为病害类型总数;mi为i种病害的轻重程度等级数;Aij和Bij为系数，由表3确定;DPij为i种病害和j种轻重程度的单项扣分值，它是破损密度Dij的函数;Dij为i种病害和j种轻重程度的板块数占调查路段板块总数的比例;Wij为同时出现多种破损时，i种病害和j种轻重程度扣分值的修正系数;Rij为各单项扣分值占总扣分值的比值。

表3 计算单项扣分值的系数Aij和Bij

该路段的断板率(DBL)由下式确定，以百分数表示:

式中:DBij为i种类裂缝病害j种轻重程度的板块数;W'

ij为i种类裂缝病害j种轻重程度的修正权系数，按表4确定;BS为评定路段内的板块总数。

路面破损状况分为5个等级，各个等级的路面状况指数和断板率的评定标准见表5。

表4 断板率的权系数

表4 断板率的权系数

裂缝类型 轻重程度 权系数W'ij轻 0.6 轻 0.2 ij 裂缝类型 轻重程度 权系数W'交叉类型 中 1.0 纵、横、斜向裂缝 中 0.6重 1.5 重 1.0轻 0.2角隅断裂 中 0.7重 1.0

表5 路面破损状况等级评定标准

1.2.2 基层顶面的当量回弹模量评定

旧水泥混凝土路面基层顶面的当量回弹模量标准值，宜采用落锤式弯沉仪量测板中荷载作用下的弯沉曲线，按式(6)确定:

式中:Et为基层顶面的当量回弹模量标准值，MPa;SI为路面结构的荷载扩散系数;W0为荷载中心处弯沉值，μm;W300、W600、W900分别为距离荷载中心300 mm、600 mm和900 mm处的弯沉值。

2 路面结构设计

2.1 预防反射裂缝

沥青混凝土路面在加铺到旧水泥混凝土面板后，在汽车荷载和温度的作用下，如果对旧水泥混凝土面板的接缝和因损坏而形成的裂缝处理不好，极易形成反射裂缝。反射裂缝如不被及时灌缝处理，雨水会沿裂缝下渗，在车辆荷载作用下会导致层间粘结失效、沥青脱落、裂缝扩展，并最终导致路面丧失使用性能。因此，防止反射裂缝的产生是成功修复旧水泥混凝土路面的关键。

目前，国内外常见的防止反射裂缝的产生的措施主要有以下几种:一是在沥青加铺层上锯切横缝;二是采用厚加铺层;三是在旧水泥路面和沥青路面之间设置裂缝缓解层;四是破碎和固定旧混凝土面层;五是设置各种中间层。本项目结合国内外的经验，根据实际情况，采用设置裂缝缓解层的方法来预防反射裂缝的产生，即在摊铺前，在旧水泥混凝土面板上洒布0.4 L/m2快裂型乳化沥青，并在横、纵缝处粘贴宽1 m的玻纤格栅，检测结果为表6所示。

表6 玻璃格栅物理力学性能指标和检测结果

2.2 厚度设计

旧水泥混凝土路面加铺沥青罩面层的设计方法完全基于理论计算的几乎没有，大部分是经验法。因此，在根据计算结果分析和参考现有其他设计方法的基础上，提出基于有效厚度的设计方法。这一方法的基本概念是加铺层所需的厚度是新路面所需厚度与旧路面有效厚度之差:

式中:hol为沥青混凝土路面加铺的厚度;hn为新路面的总厚度;he为旧路面有效厚度，计算公式见式(9);L为应力吸收层系数;hi和Ci分别为为第i层的厚度和换算系数，Ci可按表7选取。

表7 换算系数选取表

因此，综合以上检测情况，通过计算和评判可以将本项目的结构设为:2 cm SBS改性沥青AC—10 C型上面层+6 cm外掺改性AC—20C型中面层 +3 cm AC—13 C型下面层，具体结构示意图如图1所示。

3 施工

3.1 施工前的准备

在施工开始前，需要对旧水泥路面进行处理，使之达到技术规范的要求，具体的方法如下:

图1 罩面结构示意图

1)对于水泥路面损坏较严重的板块(如板块出现断板、坑洞和翻浆等病害)，需要对板块挖除，然后用C20混凝土回填。

2)板块中出现小于1 cm宽度的裂缝，需要先进行拓宽清理，然后再采用道路胶灌缝;对于大于1 cm宽度的裂缝，需要对裂缝进行凿槽清缝，然后再采用道路胶加软木条对裂缝进行回填。

3)对于脱空板块，需要采用压浆处治，并用FWD对压浆处治的板块进行验收检测，检测合格后才能进行下一步的工程。

4)在贴玻纤格栅前，对已检测合格的水泥路面进行清洗，并在沿道路横缝、纵缝处，粘贴并固定宽度为1.0 m的玻纤格栅。然后按0.4 L/m2的量洒布快裂型乳化沥青。同时注意的是，严禁车辆在粘贴好的玻纤格栅路面上调头，以免造成玻纤格栅起皱。

3.2 正式施工

在对旧水泥混凝土面板的病害处理好之后，接下来将进行的工作将为沥青混合料的分层摊铺工作，具体的施工顺序如图2。

图2 总体施工顺序框图

3.3 表面层试验检测结果

施工结束后，分别选取了表面层的平整度、压实度、沥青混合料马歇尔试验和车辙试验等进行了检测，具体检测结果如表8～表11。

表8 表面层压实度检测结果

表9 表面层AC—13C沥青混合料马歇尔试验结果

表10 平整度检测(部分)

从上面的结果可以看出，本项目表面层的各项指标基本符合要求，性能使用良好。

表11 表面层AC—13C沥青混合料车辙试验结果

4 总结

1)在旧水泥路面上加铺沥青层能够有效改善路面的平整度，提高路面行车的舒适性和安全性，又由于下层是高强度的水泥混凝土板，提高了沥青路面结构的刚度，可以承受重交通的作用而减少车辙。

2)在设计中，设计人员应从PCI、DBL和弯沉值这三个方面客观地、深入细致地对旧水泥路面的进行评价，然后再依据所得数据对路面进行设计。

3)在施工前，必须对旧水泥路面进行规范的修复处理，对旧路面的成功修复是路面成功的关键。

4)在施工结束后，从各项检测结果看，沥青面层的罩面比较成功，值得进一步的研究和推广。

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