浅谈城市道路水泥混凝土路面提质改造设计

胡建冬

（湖南省建筑设计院，湖南 长沙 410011）

0 前言

随着湖南省湘阴县城市经济的不断发展，在完善县城区路网结构、构筑快捷交通的同时，县城也在加快老城区的提质改造，以满足日益增大的交通量需求。老城区中有许多水泥混凝土路面已使用多年，滨江大道作为湘阴县城临湘江的南北向的城市主干路，长约3 km，宽24 m，原有水泥混凝土路面出现了局部裂缝、破损、坑洞、接缝破坏等病害，已不能满足县城的交通需求，建设单位决定对滨江大道进行提质改造，将原有水泥混凝土路面改成为沥青混凝土路面。

1 加铺原理分析

1.1 荷载和稳定对水泥混凝土路面加铺沥青混凝土的影响

水泥混凝土路面加铺沥青面层,由于水泥混凝土板缝和接缝的存在,故在外力荷载作用下,沥青混凝土加铺层处于复杂的三维应力状态。车辆行驶经过不连续的板体时,沥青混凝土加铺层中由于接缝两侧相邻板块产生竖向位移差而出现剪切应力,若板底脱空,接缝两侧相邻板将产生更大的竖向位移,同时若板间还存在错台,那么在接缝处还将产生应力集中,从而产生更大的剪切应力,此将导致沥青混凝土加铺层产生荷载型反射裂缝。另外,由于路面暴露在大气中,受气温周期性变化的影响,沥青加铺层和旧路面板都会缩胀,并产生温度应力。

根据研究发现,温度变化引起的水平位移是产生反射裂缝的主要原因。下层道面板产生的水平位移,使沥青加铺层在接缝、裂缝处产生较大的拉应力。而沥青混凝土在低温时不宜变形,当拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时,即出现开裂。在温度、湿度应力和机轮荷载的综合作用下,裂缝不断向上开展,最后反射到加铺层表面上来。

1.2 现有规范中对水泥混凝土路面加铺沥青混凝土的相关内容

《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）对旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土设计无明确规定，目前城市道路提质改造参照《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJD40-2011）中的相关条文进行设计。

该规范8.5节中规定：当旧混凝土路面的破坏状况和接缝传荷能力评定等级为优良、中等、次等以上时，可采用沥青混凝土加铺方案。加铺时必须对原水泥混凝土路面进行处治，应更换破碎板，修补和填封裂缝，压浆填封板底脱空等病害处理，对破损状况严重时，宜选用打裂压稳方案或碎石化处治旧混凝土路面。

2 水泥混凝土路加铺沥青混凝土设计要点

2.1 老路损坏情况评定措施

目前国内对旧水泥混凝土路面加铺改造对竖向变形通过测定弯沉值来控制，因此本工程中提出对旧水泥混凝土板块施工时应检测板块四周弯沉，作为原水泥混凝土板加铺沥青混凝土依据。对传荷能力较差的旧混凝土路面接缝处进行改造，对脱空板块进行压浆加固或者更换。

2.2 对现状混凝土板的处理

2.2.1 板块裂缝补损设计

（1）贯穿全厚的大于3 mm、小于15 mm的中等裂缝补损可采取条带罩面的形式进行补损：

（2）宽度大于15 mm的严重裂缝采用全深度补块。根据裂缝的长度及位置等现场实际情况采用集料嵌锁法或者设置传力杆法进行补损。

2.2.2 破损严重的进行新建更换

混凝土面板出现沉陷，坑洞等严重破损，采取新建整块混凝土面板的方法。当开挖旧板发现基层破损严重时，应新建基层后再进行面板的新建。

2.2.3 接缝处理

板块间接缝无填料或者是原填料丧失、老化，接缝内有砂、石、土等杂质阻碍板块运动的，必须清除缝隙内的异物，用钢丝刷清刷缝壁再采用热熔改性沥青灌缝，涨缝清缝后，缝下部填塞硬泡沫板，上部7 cm内灌热熔沥青

2.3 原有水泥混凝土板上加铺玻纤格栅的分析

玻璃纤维土工格栅有强度高、伸长率低、耐高温、模量高、重量轻、韧性好、耐腐蚀、寿命长等特点，具有经、纬双向很高的抗拉强度和较低的延伸率，并具有耐高 温、耐低寒、抗老化、耐腐蚀等优良性能，可给路面增强、补强，防止路面车辙疲劳裂纹，热冷伸缩裂纹和下面的反射裂纹，并能将路面承载应力分散，延长路面使用寿命，高抗拉强度低延伸率，无长期蠕变，物理化学稳定性好，热稳定性好，抗疲劳开裂，耐高温车辙，抗低温缩裂，延缓减少反射裂缝。在处理沥青路面反射裂纹应用上，已成为不可替代的材料。

在原有水泥混凝土路面上满铺玻纤格栅后再摊铺热沥青混凝土，其不会变形，当路面承受较大应力时，还能通过玻纤格栅均匀扩散应力，能有效的减少沥青面层的沉降和位移，从而减少反射裂缝的产生。

2.4 改性沥青的应用

为了使旧水泥混凝土路面加铺效果好，改善道路行车条件，抑制或延缓加铺层发射裂缝的出现，对面层沥青的适用要求加铺层的沥青混凝土面层具有低温抗变形能力和特性，同时沥青的高温稳定性不能降低，对湖南地区温差变化较大的地区目前已大量采用改性沥青。

改性沥青是掺加橡胶、树脂、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。

改性沥青已广泛应用与公路路面中，以应对交通流量和行驶频度急剧增长，货运车的轴重不断增加，普遍实行分车道单向行驶，要求进一步提高路面抗流动性，即高温下抗车辙的能力；提高柔性和弹性，即低温下抗开裂的能力；提高耐磨耗能力和延长使用寿命。

2.5 沥青碎石调平层的设计

由于本工程是老路改造过程，纵断面设计原则上是在原有路面上加铺12 cm厚的沥青混凝土，但由于现状水泥混凝土路面由于多年来车辆行驶及沉降，现状坡度已经不能满足道路设计规范要求，因此在改造过程中为了保证纵断面坡度和竖曲线能满足规范要求，在老路上就必须加铺一定厚度的调平层。

级配碎石、水泥稳定碎石、沥青碎石、沥青混凝土均可作为道路的调平层，通过综合经济技术比较，本工程采用沥青碎石作为调平层，用沥青材料作为胶结料，可增强矿料间的粘结力，强度也比级配碎石高，刚度比水稳碎石小。

3 加铺路面结构设计

通过对加铺的原理和技术要点的分析，根据滨江大道的实际情况，拟定加铺路面结构，见图1。

图1 加铺路面结构示意图

细粒式沥青混凝土（AC-13C型） 4 cm；

乳化沥青粘层油；

粗粒式沥青混凝土（AC-25C型） 8 cm；

乳化沥青下封层；

玻纤格栅；

碎石调平层（根据纵断面设计取厚度）；

现状混凝土面层。

4 结语

湖南省湘阴县滨江大道提质改造工程中的路面改造方案经过专家多次的方案论证最终形成，且取得了较好的效果。目前湖南省内乃至全国均在进行城市道路的提质改造，老路加铺沥青混凝土在具体道路设计与施工中，影响因素较多，应根据实际情况结合道路景观要求合理的选定改造的路面方案。

[1]赵述曾,吴超凡,台电仓.水泥混凝土路面加铺沥青面层技术研究[J].公路交通技术,2006(5).

[2]林爱萍.水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层反射裂缝的防治措施[J].科技信息,2009(3).

[3]黄晓明.水泥路面设计[M].北京:人民交通出版社,2003.

[4]JTJD40-2011,公路水泥混凝土路面设计规范[S].