采用铺路毡料防止沥青路面反射裂缝的试验研究

刘万军，姜 浩

(黑龙江省农垦宝泉岭管理局交通运输局，黑龙江 鹤岗 154211)

我国目前有大量的旧沥青混凝土路面和水泥混凝土路面不能满足使用要求，需要修复改造。采用沥青混凝土加铺改造旧路面是最为常用的方法。但由于结构中峰值应力的作用，使得基层中先产生的裂缝继续向上传播，而基层与上面层结合紧密，形成应力传递通道，导致面层开裂，形成“反射裂缝”。基层产生反射裂缝主要有两种原因:①基层中的材料本身因为干缩或低温而产生的裂缝，称为温度裂缝;②外部荷载超过道路的最大载荷而产生的裂缝，称为应力裂缝。道路表面的裂缝使得水和氧气渗入至结构层，导致路面结构受到破坏。我国华东公路的资料表明，当沥青面层加铺到9 cm时，温度应力与荷载应力之比为1.00∶1.37。广东公路的资料显示，当沥青路面厚度在6 ～7 cm 时，沥青面层底部的拉应力超过0.9 Mpa［1］。因而在初春温度骤升和初冬温度骤降时，最易产生反射裂缝。

大量道路工程的实践都证明，在沥青面层和下卧层(如半刚性基层)之间铺放一层沥青土工织物间层可以有效控制路面产生反射裂缝，减缓反射裂缝的发展，从而延长道路的使用年限。国内外在这方面有大量的研究报道［2～4］。浸入沥青的土工织物形成沥青防水层，能阻止地表水和氧气渗入路基结构，使基层材料保持良好状态。土工织物具有调解温度的作用，可减缓道路基层中温度变化的速度，减少温度骤变带来的破坏。

由于不同种类的土工织物物理性能不同，本身的延伸率各异，与上下层界面的结合力不同，因而防治反射裂缝的效果也有差异。为此，作者以宝泉岭农场(宝梧公路—宝泉岭农场27队)通畅公路为对象，研究不同土工织物对反射裂缝的控制效果，旨在为旧沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的修复改造提供基础数据。

1 试验地点

试验地点设在宝泉岭农场(宝梧公路—宝泉岭农场27 队)通畅公路工程，道路全长2 917.27 m，横断面形式为单幅路。该道路现状为水泥混凝土路面，路面局部有破碎、错台、断板和沉陷。为了改善道路状况，牡丹江市公路勘察设计院受建设单位委托，对该道路进行了罩面设计，并将该路段作为试验道路进行研究。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

由于沥青面层施工时温度较高，因此，可采用的铺设材料目前仅限于土工织物和玻纤网［5］。

①polyfelt 沥青面层织物(以下称铺路毡)，性能指标见表1。

表1 铺路毡的性能指标Tab.1 Specification of paving mat

②自粘式玻璃纤维格栅，宽2 m，长500 m，性能指标见表2。

表2 玻璃纤维格栅性能指标Tab.2 Specification of glass fiber grid

2.2 试验方法

2.2.1 试验路段设置

试验路段共设置5 段，每段长500 m。其中:1 ～4 试验段铺设铺路毡;5 试验段铺设自粘式玻璃纤维格栅。

2.2.1.1 在路面耐磨层下铺设铺路毡

以道路纵向中线为中线，铺设宽度为4 m的铺路毡。施工方法为:

①清理路面(基层路面)，基层路面必须保证清洁，水清洗后要充分干燥。

②填补裂缝或设整平层。

③洒粘层油。使用沥青洒布车均匀喷洒一层纯沥青粘层油，用量为1.1 kg·m－2［6］。

④铺设铺路毡，要保证铺路毡与粘层油充分粘合，使土工织物没有褶皱。

⑤铺设石屑层，铺路毡铺设完成后，上面洒0.75 cm 石屑，用量为2 m3·1 000 m－2。

⑥铺设沥青混凝土路面。

2.2.1.2 铺设自粘式玻璃纤维格栅

将自粘式玻璃纤维格栅直接铺设于路面上，以8 t 压路机压实，上面铺设沥青混凝土面层。

2.2.2 试验区域设置

在试验道路设置4 个试验区域，每个区域长100 m，分别为2 种土工合成材料和2 个对照区。区域1 和区域2 为对照区，没有铺设任何土工合成材料;区域3 铺设玻璃纤维格栅;区域4 铺设铺路毡。

3 试验结果

裂缝的监测1 a 进行1 次，采用直接量测法测量裂缝长度，包括径向L、横向T 和龟裂K，结果见表3。

表3 裂缝长度Tab.3 Crack length

从表3 中可以看出，在没有铺设新路面的2009 年，裂缝的长度为76 ～187 cm。铺设后的第1 年没有产生裂缝。第2 年裂缝的长度为0～7 cm，其中区域3 的裂缝长度为7 cm，可能是由于玻璃纤维格栅宽度较小(2 m)、中间有接缝所致;而区域4 没有产生裂缝，效果较好。

总的来看，由于路面设计标准较高、施工质量较好，短期观测没有较为明显的比较结果。随着试验时间的延长，效果将逐步显现。

4 讨论

在旧路改造时，采用土工合成材料防止反射裂缝的试验结果表明:使用铺路毡效果最好，而铺设玻璃纤维格栅由于出现粘结问题，将导致龟裂和孔洞的形成。

加固方法的性价比取决于材料和铺装的费用、作用效果和道路的使用寿命。为了确定铺路材料的作用，法国L.R.P.C.Autun 创造了一个评价体系，它可以测试不同体系以确定体系的不同特性。按此体系评价，使用铺路毡的性价比比不用加筋材料的路面高3 倍，比使用玻璃纤维格栅的高2 倍。所以从经济效益上来比较，铺路毡性价比最高。

浸入沥青的土工织物具有较大的延展性，分散了上下层间的传动应力，使应力作用于更大的范围，避免和减缓应力集中的发生，减少了裂缝扩散和反射裂缝的形成。研究显示，土工合成材料可以延缓反射裂缝发生2 ～4 a，对于疲劳裂缝效果很好;而对于温度型裂缝，由于裂缝宽度较大，效果往往不明显［7］。随着上封层的强度、厚度和密实度的增加，土工织物对反射裂缝的防治效果也会增强，上封层的最小厚度不得小于4 mm。

精确数量的沥青用量和土工织物高粘附能力能保证上下层之间均匀、紧密粘结。研究显示，在铺设了土工织物之后，上下层面结合处的结合力会明显降低。根据试验路段的测试数据，当沥青路面厚度为7 ～12 cm 时，沥青路面底部的拉应力与不铺设土工织物比较要减少20%。这种层间强度降低，仍足以保证上下层的相对位移，从而保证连续性。

在刚性路面中，接缝处高差必须小于0.2 mm，表面裂缝的宽度不得大于1.3 mm。如路面条件不能满足要求，可以先做一层找平层。在柔性路面中，道路面表的回弹弯沉值大于0.64 mm 时，必须对道路进行修复后才可以使用土工织物［8］。

在施工中，要根据材料的熔点和对沥青的保持力，确定沥青的种类、用量和施工温度。依据土工织物的强度选择铺装施工的方法。粘层用液体石油沥青时，大气温度要求在5℃以上，雨天和雨后路面潮湿时，不得使用粘层油［9］。

［1］《土工合成材料工程应用手册》编写委员会.土工合成材料工程应用手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.

［2］李秋廷. 干拌法橡胶粉改性沥青混合料高温稳定性的时间敏感性分析［J］. 吉林林业科技，2012，41(4):26－27.

［3］张振德，张广阔，张海涛. 沥青老化再生的实验路径研究［J］.森林工程，2014，30(1):131－133.

［4］李秋廷，魏相富.干拌法橡胶粉改性沥青混合料最佳沥青用量的研究［J］. 吉林林业科技，2012，41(2):36－41.

［5］邓卫东，程英华.我国公路工程中的土工合成材料［C］.全国第五届土工合成材料学术会议论文集［A］.北京:现代知识出版社，2000.

［6］招商局重庆交通科研设计院有限公司.公路土工合成材料应用技术规范［M］. 北京:人民交通出版社，2012.

［7］王钊.国外土工合成材料的应用研究［M］.北京:现代知识出版社，2002.

［8］王钊.国外土工合成材料的应用研究［M］.北京:现代知识出版社，2002.

［9］刘宗耀.土工合成材料工程应用手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.