加铺沥青与贫混凝土在旧路改造中的应用

2017-06-26陈少雄

城市道桥与防洪 2017年6期

关键词：旧路加铺面层

陈少雄

（天津市市政工程设计研究院，天津市300392）

加铺沥青与贫混凝土在旧路改造中的应用

陈少雄

（天津市市政工程设计研究院，天津市300392）

近年来，已使用一定年限的旧水泥混凝土路面破损严重，不能满足日益增长的交通量及发展需求，旧路改造工程显得尤为迫切、重要；结合加铺沥青与贫混凝土在海南省三亚市海棠湾海榆东线市政道路（藤桥西河至海岸大道路口段）改造工程中的应用，阐述设计工作中延缓和预防路面因加铺产生的裂缝对提高城市旧水泥混凝土路面使用寿命的作用。

旧水泥路面改造；加铺；反射裂缝；柔性面层；碾压混凝土

0 引言

在旧水泥路面上加铺沥青混凝土，是在水泥路面的基础上改造成沥青路面的一种比较经济的方式。现阶段我国石油工业发展，沥青产品质量提高，国产石油沥青满足道路规范要求，且有相当多的旧水泥路面由于使用年限较长，路面状况恶化，需进行改造。此时，水泥路面上加铺沥青面层的快速、经济优势就凸显出来。因此，越来越多的地方选择加铺沥青面层的改造方式。

在工程实施中，如何制定合理的方案，如何控制工程质量是取得良好效果的关键。本文将以海棠湾海榆东线市政道路（藤桥西河至海岸大道路口段）改造工程中加铺柔性沥青面层及碾压贫混凝土底面层为例进行阐述。

海榆东线（国道编号G223），在解放前系海南岛环岛公路的东段，北起海口市，终点为三亚市榆林，现状路面结构为12m宽的旧路。本段海榆东线市政化改造道路范围长9.42km，设计速度60 km/h，城市主干路，双向六车道，规划红线宽42 m。本次设计通过拓宽旧路路基（利用），加铺柔性沥青面层及碾压贫混凝土底面层路进行路面结构设计。

1 加铺方案分析

目前旧路改造中旧水泥混凝土路面主要的利用方式有两种：一是把旧水泥板打碎做基层；二是把旧水泥板做面层加铺沥青混凝土，即常见的加铺罩面。本文旧改工程海榆东线为加铺罩面，高差较大部分则碾压贫混凝土与现状旧水泥板作为底面层进行调平处理，上面层采取加铺柔性沥青。

1.1 反射裂缝对加铺层的影响及预防措施

在原有的路面加铺沥青罩面,由于温度循环和荷载的反复作用使原来路面接缝上方的加铺层发生变形导致开裂叫作反射裂缝[1]。反射裂缝和车辆荷载作用下的剪切、弯拉应力如图1和图2所示。

图2 车辆荷载作用下的剪切、弯拉应力

国内外研究表明，反射裂缝可以分成温度型反射裂缝、弯拉型反射裂缝和剪切型反射裂缝等几种类型。为防止或延缓反射裂缝的产生，目前所采取的技术措施的思路首先是分析不同类型反射裂缝产生的原因，从而有针对性地在结构设计和材料组成设计中加以限制或防治，然后对反射裂缝的形成扩展过程进行数值模拟，进而指导路面结构与材料设计。

目前，国内外针对反射裂缝的处治措施主要有以下5种:

（1）锯切横缝。为了减少沥青面层反射裂缝的无规则漫裂，通常采取对水泥混凝土路面或半刚性基层进行“预裂”，使其裂缝变得更有规律。切缝后应及时对裂缝进行封缝处理，避免水分进入基层，否则裂缝会成为雨水下渗的通道，进而引起路面结构整体性的损坏。

（2）加厚沥青面层。增加沥青面层厚度一方面可以减小层内的弯曲应力和剪切应力，另一方面可以加大反射裂缝的扩展距离，从而延长路面的使用寿命。但是其厚度不能超过最大的压实值。

（3）设置应力吸收层。通常采用厂拌式改性沥青混合料应力吸收层或先洒橡胶沥青再撒矿料所形成高弹性低劲度的应力吸收层，厚度范围为10～40 mm，弹性模量范围为200～600 MPa，其作用是改善沥青加铺层和水泥混凝土路面板的层间结合，减少因温度和竖向荷载引起的反射裂缝，同时减小应力集中作用，防止因水的下渗而导致路基的变形或强度的降低。

（4）铺设土工织物。采用土工织物、土工格栅或玻璃纤维等材料，对沥青混凝土起加筋和应力扩散作用，从而延缓反射裂缝的产生，但上工织物与旧路面的结合问题关系该技术的有效性。实践表明，玻璃纤维织物使用效果较好，但只能在一定时间内起延缓裂缝扩展的作用，其耐久性还值得进一步的验证。

（5）设置沥青碎石或级配碎石过渡层。为了延缓反射裂缝的产生，可以铺筑一层大粒径开级配沥青碎石混合料结构层或级配碎石结构层。在美国，沥青碎石层或级配碎石的厚度通常在90 mm以上，且沥青碎石混合料中含有25%～35%的连通孔隙，使得接缝或反射裂缝不至于垂直向上反射，从而防止或延缓反射裂缝的进一步扩展。

1.2 旧水泥混凝土路面加铺分析

《城市道路工程设计规范（2016年版）》（CJJ 37—2012）对旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土设计无明确规定，《公路水泥混凝土路面设计规范》（J T G D40—2011）中第8.7条规定，当旧水泥混凝土路面的损害状况和接缝传荷能力评定等级为优良或中时，可采用沥青加铺层。对于脱空板、有裂缝的板，以及角隅断裂、错台等，均进行修补，对板块损坏程度大，须重新更换浇筑新板块[2-3]。根据目前国内对旧水泥混凝土路面加铺改造的经验，对于防治结构层的反射裂缝，采用改性沥青油毡、玻璃纤维格栅等措施，都是为减少加铺层水平向变形；对竖向变形的弯沉值控制常需对板块进行加固。在设计中，为防止反射裂缝一般采用良好的沥青面层材料，设置合理的路面结构组合和增设碾压贫混凝土为调平层。

1.3 玻纤土工格栅的应用及作用机理

玻璃纤维格栅能减小由水平力引起的水平位移。玻璃纤维格栅是一种广泛应用在道路路面中的土工材料，有效地改善加铺沥青混凝土路面应力分布，减少由路面下水泥混凝土板块接缝引起的沥青混凝土路面反射裂缝，提高加铺路面的使用年限。它具有较高的抗疲劳开裂、抗高温车辙、低温缩裂、延缓反射裂缝等特点。玻璃纤维格栅摊铺热沥青混凝土不会产生变形，功能优良，使用寿命长久，已广泛利用在旧路补强和新旧路衔接处理上。当路面承受较大应力时，能通过玻璃纤维土工格栅均匀扩散应力，能有效减少面层的沉降和位移。

1.4 改性沥青的应用

为了使旧水泥混凝土路面加铺效果好，改善路面使用条件，应从提高沥青面层、路面结构组性能等多方面考虑。为了抑制或延缓加铺层反射裂缝的出现，对面层沥青的使用要求加铺层的沥青混凝土面层具有低温抗变形性能力和抗剪特性，同时沥青的高温稳定性不能降低，对海南等温差变化较大的地区常采用改性沥青。改性沥青是在沥青中加入称为改性剂的材料，使沥青的某些特性从根本上得到改善，扩大了沥青的使用范围。改性沥青结构组成形成空间网络结构，提高了沥青的力学性能，改善低温稳定性，沥青的高温稳定性有显著提高，减少了沥青加铺引起的反射裂缝的发生。

2 旧路加铺设计

2.1 加铺路面结构

按规范规定和国外沥青混凝土加铺面层的设计和计算方法,要求沥青混凝土最小厚度为100 mm。适当增加沥青混凝土加铺层厚度对防止反射裂缝有较好效果，但增加到一定厚度后，再通过继续增加厚度来防止发射裂缝，效果不明显，也不经济。海南省三亚市海棠湾海榆东线市政道路（藤桥西河至海岸大道路口段）改造工程旧混凝土路面上加铺沥青及碾压贫混凝土根据理论分析和工程实际情况，确定采用旧水泥混凝土路面上加罩沥青面层路面结构(由上至下)（见图3）。

图3 旧路拓宽、加铺路面结构图

（1）4 c m厚细粒式改性沥青混凝土(A C-13C)。

（2）黏层油(P C-3改性乳化沥青)。

（3）5 c m厚中粒式沥青混凝土(A C-20C掺0.3%抗车辙剂)。

（4）满铺黏层油(P C-3改性乳化沥青)+玻璃纤维土工格栅。

（5）23～35 c m厚碾压混凝土（含调平层）。

（6）旧路路面结构层。

2.2 路面病害处理方案

海南省三亚市海棠湾海榆东线市政道路（藤桥西河至海岸大道路口段）改造工程，2015年开始土建施工，由于现状交通量较大，局部路段路面病害处理具体方案如下：

（1）处理病害路面时，保留的水泥路面板块的最小边长需不小于1.2 m，具体如图4所示。

图4 水泥路面板块处理示意图

（2）现状路面最外侧车道部分路段为绿化带填筑临时路面，该部分路面基本没有进行路基处理，需破除现状路面结构，按加宽路面结构进行新建，具体范围详见平面施工图。

（3）对于单块水泥板块，板块基本完好，单一缝宽小于1 c m，且板块边长大于1.2 m的板块，可不做处理。

（4）水泥路面板块局部崩角，板块较完整，崩角范围较小，需要将破碎的水泥混凝土块清除，再用中粒式沥青混凝土回填处理。

2.3 黏层油和玻璃纤维格栅设置

碾压贫混凝土调平层、接缝处理完后，在所有纵横缝上铺设一层玻璃纤维格栅网，用水泥钉将其固定，固定间距为1 m。然后洒布沥青黏层油，最后加铺沥青柔性面层。

2.4 新旧路面连接处处理

新拓车道的路面结构采用沥青混凝土路面，首先在拓宽段新铺沥青混凝土路面下水泥级配碎石基层顶与旧水泥混凝土板块连接处满铺一层玻璃纤维格栅，新旧路面搭接宽度各余1 m。

2.5 加铺时纵坡处理

本次道路纵断面设计原则上按现状道路纵断面再考虑沥青混凝土加铺层厚度进行设计。纵断面原则上按现状路面高出23 c m（即最小贫混凝土碾压厚度）拉坡，但现状12 m宽旧路为双向纵坡2%，故旧路一半全部利用旧路，另一半反向碾压混凝土调平层（平均厚度12 c m）。因此在纵断面设计时为保证纵坡及曲线满足规范要求，控制水泥混凝土板上沥青面层厚度在9 c m,对局部高差较大路段增设碾压混凝土调平层。

2.6 调整层作用

通过对旧水泥道板进行维修加固，改善板块传力效果，解决由于高差较大地方沥青混凝土调平层无法满足调平层厚度压实的问题，柔性面层下采用铺设碾压贫混凝土调平层，一方面减少荷载对水泥板块的冲击，其次减少沥青混凝土的用量，降低造价，也可延缓水泥板块上沥青面层的水平位移。