水泥混凝土路面白加黑反射裂缝的原因分析及防治措施

2017-11-02程思胜

城市道桥与防洪 2017年10期

关键词：加铺面层板块

程思胜

（徐州市政建设集团有限责任公司，江苏徐州221000）

水泥混凝土路面白加黑反射裂缝的原因分析及防治措施

程思胜

（徐州市政建设集团有限责任公司，江苏徐州221000）

结合水泥混凝土路面白加黑出现的反射裂缝进行分析，根据裂缝产生原因及机理，针对性地提出防治措施。结合徐州市泉新路工程实例，提出反射裂缝的解决方法和工程施工要点，按此方法施工的道路运行良好。

城市道路；水泥混凝土路面；沥青加铺层；反射裂缝；原因分析；防治措施；防裂贴；应力吸收层

0 引言

在20世纪七八十年代，水泥混凝土路面作为高等级路面是常见的路面结构形式，它具有强度高、使用寿命相对较长，施工成本及前期养护成本低的优点。随着城市规模的不断扩大，城市交通量的剧增，交通荷载的累积增多，水泥混凝土路面的缺点日益显露，如板缝处的颠簸跳车、行车噪声大、养护施工周期长等。近年来全国各地城市水泥混凝土路面纷纷采用白加黑模式（在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层），大大改善了路面的使用性能，不仅避免了混凝土板块整体挖除的成本，而且施工速度快，平整度较好，行车干扰小。但是，随着时间的推移，沥青加铺层反射裂缝逐渐出现，因此沥青加铺层的反射裂缝处理得是否成功，成为旧水泥混凝土路面改造成败的关键衡量指标之一。

反射裂缝不仅导致行车的舒适性大大降低，裂缝迅速扩散还会大大缩短沥青面层的寿命，影响道路的质量。

1 反射裂缝的类型、形成原因

所谓反射裂缝，是指水泥混凝土路面加铺沥青面层后，水泥混凝土板块的胀缩缝会在加铺的沥青面层表面反映出来，通常分为两种：温度型反射裂缝和荷载型反射裂缝。

1.1 温度型反射裂缝

温度型反射裂缝是由于路面受气温温差变化的影响而产生周期性胀缩，产生温度应力集中，进而产生水平位移。由于水泥混凝土板块在接缝处表面不连接，产生的应力在接缝处也不连接，因此沥青加铺层同时承担它本身及水泥混凝土板块所产生的温度应力。沥青加铺层会因为裂缝对应处的拉应力过大而产生开裂，产生水平位移，形成温度型反射裂缝，一般沥青加铺层过薄更容易出现此类情况。

1.2 荷载型反射裂缝

车辆行驶通过水泥混凝土板块时，沥青加铺层受到竖向交通荷载的作用，传递给下面的水泥混凝土板块，混凝土板块预留缝隙（胀缝、缩缝、施工缝）两侧板块因受荷载大小不同产生不等的剪切应力或因沥青下的混凝土板下基础强度不同导致混凝土板在承受竖向荷载时受到较大剪切应力，从而产生竖向位移差，导致混凝土板预留缝隙的扩大进而传递到沥青面层上面，长期反复的作用后就会形成反射裂缝。

通常以温度应力引起的反射裂缝形成最初的裂缝，而长期的荷载作用加速了裂缝的进一步扩展。

2 反射裂缝的危害机理

沥青加铺层出现反射裂缝后，水从裂缝进入，渗入沥青加铺层与混凝土板块之间的界面上，在车辆荷载的作用下，产生动水压力作用，使沥青加铺层与水泥混凝土板块间黏结力降低，沥青混合料逐渐与水泥混凝土路面剥离，甚至成为滑动的界面状态。沥青加铺层作为一个单独受力的层次，会出现很大的水平剪应力和底部弯拉应力，将导致沥青加铺层的迅速破坏。水若不能排出，将通过水泥板之间的缝隙逐渐向下渗漏到刚性的水泥板块底部，不能排走，长期在荷载作用下，形成灰浆，导致混凝土板块基础弱化，进而削弱混凝土板块的抗弯拉强度、抗剪强度，从而加速沥青面层的破坏。从路面薄弱的地方首先产生唧浆，随着渗水量的增多，积聚面积扩大，在水损害及车辆持续不断的疲劳作用下，有的成为网裂，有的成为坑槽，有的形成断板，将会造成沥青加铺层的严重破坏及行车的严重不适。

3 结合工程实例探讨沥青路面反射裂缝的防治措施

3.1 工程概况

徐州市泉新路原为水泥混凝土道路，建于2000年，全长3 297 m，红线宽50 m。道路断面为：22.5 m（机动车道）+2×3.0 m（机非分隔带）+2×3.5 m（非机动车道）+2×3.0 m（人行道）+2×4.25 m（绿化带）=50 m。原道路结构层为：24 cm水泥混凝土路面+18 cm二灰碎石+18 cm二灰土。道路整体状况良好，局部有掉角、角隅断裂、断板、错台、唧泥等病害，降低了使用性能，车辆行驶在上面会有跳车、噪声大等不适感。新路道路断面不变，结构层（由上到下）为：4 cm细粒式改性沥青混凝土AC13-C（玄武岩）+黏层沥青+6 cm中粒式沥青混凝土AC-20C+2 cm砂粒式改性沥青混凝土AC-5（应力吸收层）+黏层沥青+改性防裂贴。

3.2 利用弯沉值分析道路病害种类

对于表面无破损或角隅处破损很微小的板块可采用贝克曼梁法对每一块混凝土板块进行弯沉检测。首先对所有板块在图纸上进行编号，将弯沉值标在图纸上，再针对破损情况在图纸上描述。通过检测能反映水泥混凝土板块三个方面的性能状况：（1）整体承载能力，主要通过板中弯沉测试和刚度组成分析计算下承层的弹性模量来反映。（2）板角脱空情况，通过板角弯沉测试，根据弯沉值来判断。（3）接缝传荷能力评价，通过跨过横缝的两个弯沉传感器计算弯沉差的传荷系数。

3.3 水泥混凝土路面板块碎裂、断板、掉角板的处理

对于明显破损严重，丧失承载力的断板、角隅断裂板采用整板破碎下挖，根据基底承载力情况，回填18 cm级配碎石垫层，浇筑18 cm贫混凝土底层，再浇筑24 cm面层混凝土（抗弯拉强度不小于4.5 MPa）。新浇筑的水泥混凝土与老混凝土同标号或高一标号。新浇筑的面层混凝土与四周老的混凝土相连时，要在老混凝土板植入拉杆、传力杆，保证新老混凝土结合良好。

3.4 板底脱空的处理

根据水泥混凝土路面板板角单点弯沉值的大小进行判断板底的脱空情况，并进行相应的处理（见表 1）。

表1 水泥混凝土路面弯沉值评价标准[1]

（1）单点实测弯沉值Lr≥40时，将水泥板破碎后重新浇筑，可按照本文第3.3节进行处理。

（2）单点实测弯沉值20≤Lr＜40时，对水泥板进行钻孔压浆处理，注浆完成养护三天后，进行单点弯沉检测。如果20≤Lr＜40时要重新压浆，注浆完成还要进行弯沉检测，达不到要求则要进行破板处理或地基深层压浆处理。

（3）单点实测弯沉Lr﹤20时，水泥板可不进行处理。但是相邻板块弯沉值差超过6（0.01 mm），要进行注浆处理。

3.5 对于脱空板采用压浆处理

每块板5孔，孔边距板边距离为0.5 m，呈梅花状布置（见图 1）。

图1 钻孔压浆示意图（单位：mm）

压浆顺序从沉降量大的地方开始，由大到小，由远及近。钻孔深度应穿透基层达到底基层中，注浆压力控制在1～3 MPa，并停留3～5 min。压浆时当浆液从接缝处或另一注浆孔冒出，就可认为完成该孔注浆，即停止注浆，用木塞堵孔，压完后养护三天，然后采用贝克曼梁法测定板角弯沉，必须小于20（0.01 mm）方可视为合格，若弯沉大于20（0.01 mm）时，做好标记，进行补孔，重新注浆，直至单点弯沉小于20（0.01 mm），待所注砂浆强度达到3 MPa时，方可用水泥砂浆堵孔。

3.6 弯沉值小于20（0.01 mm）的板块处理

如果横缝或纵缝处出现啃边、角隅处掉角等现象，要将角隅啃边处切割成不小于30 cm的矩形，用风镐破除破损部分，凿成垂直面，并在凿好的混凝土槽内植筋（30～50 cm）进行浇筑混凝土（见图 2）。

图2 板角断裂处理示意图（单位：mm）

3.7 板缝的处理[2]

在水泥混凝土路面弯沉都达到要求后，方可对板缝进行处理。正常的横缝、纵缝（缩缝、施工缝）宽度应保证3～8 mm，深度保证30～40 mm，胀缝宽度应保证20～25 mm，深度保证30～40 mm。在保证干燥干净的情况下，用鼓风机将原缝内垃圾清除并灌注聚氨酯或硅酮类嵌缝料。

（1）对于不规则的裂缝，如温度收缩缝或沉降缝，在测试弯沉满足要求的情况下，要对各种裂缝进行修复。宽度小于5 mm轻微裂缝可采取扩缝灌浆，即用切割机将缝口扩宽成8～10 mm缝宽，缝深不超过2/3板厚，清理干净用路面灌封机灌注聚氨酯或硅酮类嵌缝料进行嵌缝[3]。

（2）对于大于5 mm的裂缝，一般是因为沉降不均造成，应破除板块。在处理好路基的情况下，浇筑好混凝土路面，并设置相应的拉杆或传力杆，在新浇筑的混凝土与原混凝土接触处应切槽灌注嵌缝材料。

3.8 防裂贴的铺设

缝隙嵌缝材料处理好后，沿着横缝、纵缝及处理好的裂缝处铺设防裂贴（抗裂贴）。防裂贴一般宽50 cm，骑缝铺设，它具有以下作用：（1）加筋作用。它具有较大抗拉强度及耐高温作用，能有效抵消层间裂缝处拉应力，限制裂缝宽度发展，起到加筋作用。（2）消能缓冲作用。它具有良好的低温柔韧性，裂缝处的拉应力通过良好的黏弹性复合层的扩展并逐渐衰减到更宽范围，能起到吸收拉伸能量的作用，减少温缩应力。（3）隔水防渗作用。防裂贴由沥青复合物构成，铺设在层间裂缝表面，形成一个完整的隔水防渗层，防止水从缝隙渗透到水泥板底。（4）它具有自黏性能，能与水泥混凝土路面黏结良好、牢固、无推移（见图3）。