城市道路旧水泥砼路面白加黑反射裂缝防治措施的探讨

周旭

（安徽建工集团股份有限公司建筑设计研究院， 安徽 合肥 230031）

水泥砼路面的使用性能会随着环境因素及车辆荷载的不断作用而逐渐衰变， 当其的表面功能或结构状况不能满足道路的使用要求时， 就需要对旧水泥砼路面进行修复补强或铺设加铺层以恢复或提高其使用性能， 并进行黑色化改造。 以达到环保、 防尘、 降噪和增添行车舒适性的效果。

旧水泥砼路面黑色化改造通常分为两种类型：“白加黑” 及“白改黑”。 白加黑， 就是水泥砼路面经过补强等措施处理， 不改变水泥砼路面的结构， 直接加罩沥青砼面层； 白改黑， 指水泥砼路面经过翻挖换填等措施处理， 将水泥路面改为柔性或半刚性基层， 再加铺沥青混凝土面层。

1 反射裂缝成因分析

白加黑路面在旧水泥砼板块纵横向接缝或裂缝病害处附近产生较大的位移， 当旧水泥砼板块接缝位移产生的拉应力大于沥青砼加铺层的抗拉强度时， 就会导致沥青砼加铺层出现裂缝， 从而产生反射裂缝。

通常来说， 白加黑路面产生反射裂缝的原因主要分为以下两类： 一是受温度因素影响产生水平位移而导致的裂缝； 当外界环境温度过低， 路面基层板会发生收缩变形的问题， 导致沥青层内部产生了较大的拉应力； 当外界环境温度过高， 基层板受热膨胀形变，导致沥青层内部产生了较大的压应力。 长久受两种应力的影响， 就会导致沥青层在水泥砼板块接缝位置产生裂缝问题。 二是受荷载因素影响而发生竖向位移导致的裂缝。 荷载的影响可分为以下三类： 第一类只存在于裂缝某侧的荷载， 会导致沥青面层出现较大的剪切应力， 加速裂缝两侧的位移。 第二类均匀存在于裂缝两侧的荷载， 对裂缝的影响较小， 但会使沥青面层内部产生弯拉应力。 第三类当荷载慢慢离开后， 由于消除荷载， 路面会产生与承受荷载时相反的剪应力，导致裂缝问题加剧。 在分析裂缝的产生和发展时，需要考虑温度因素以及荷载因素的共同作用， 一般来说温度作用引起了反射裂缝， 并参与了裂缝的初期扩展， 而荷载作用则引起了反射裂缝的进一步扩展。

2 防治措施

2.1 旧置与补强

为了减少反射裂缝的产生， 加铺沥青面层前， 为了降低旧水泥砼路面在车辆荷载的作用下产生的竖向变形和不均匀沉降的出现， 延缓反射裂缝的发生， 必须对旧水泥砼路面进行处理。

结合旧水泥路面的现状调查资料， 对面层断裂类（包括纵横向及斜向裂缝， 角隅、 交叉裂缝或断板）、面层竖向位移类（包括沉陷、 胀起）、 面层接缝类（包括填料破坏、 纵缝张开、 唧泥脱空、 错台、 接缝破碎及拱起） 及面层表面类（包括磨损和露骨、 纹网裂和起皮、 坑洞等） 病害进行处理。 处理后板块应复测弯沉值， 保证接缝主辅点弯沉差不大于0.06mm以及平均弯沉值不大于0.2mm。

2.2 防治反射裂缝措施

在对旧水泥砼路面处置及补强后， 为减缓后续加铺层出现反射裂缝， 目前通常有以下几种措施。

2.2.1 增加沥青砼加铺层厚度

对于白加黑路面， 作为功能层， 沥青砼加铺层厚度的选择主要是为了减缓反射裂缝的产生， 一般仅起到功能层作用。 增加沥青砼加铺层厚度， 一方面可减少旧水泥砼路面的温度变化， 从而降低加铺层的拉应力； 另一方面可以增加路面结构层的弯曲刚度， 减小接缝的弯沉差， 增强路面整体结构的分散荷载能力，改善面层受力。 同时由于厚度的增加， 可延长裂缝在面层内的扩散路径， 延缓反射裂缝贯穿面层的时间。

由于旧水泥砼路面与沥青砼加铺层的弹性模量相差较大， 在车辆荷载的反复作用下， 过厚的沥青砼加铺层底部往往产生的较多的压应力而不是拉应力， 这会使加铺层易产生车辙， 同时考虑工程经济型较差。

2.2.2 设置夹层

通过在旧水泥砼路面层与沥青砼加铺层间设置夹层， 可减少裂缝尖端的拉应力， 起到应力缓解和加筋的作用。 一般包含应力吸收层和土工合成材料夹层等。

1） 橡胶沥青应力吸收层： 橡胶沥青应力吸收层是采用碎石封层形式， 将单一粒径的石料均匀的满铺在橡胶沥青层上用胶轮压路机进行嵌挤碾压， 橡胶沥青被挤压到石料高度的3/4 至4/5 处， 石料嵌锁形成后将构成结构性支撑， 所形成的碎石封层即为橡胶沥青应力吸收层。

橡胶沥青应力吸收层用橡胶沥青做胶结料， 表面撒布单级配的碎石， 整个结构是一种柔性体系， 能有效封闭原路面表面的微裂缝和空隙， 对水泥混凝土路面的集中应力有显著的缓冲和吸收作用， 能有效缓解应力向铺装层的反射， 减少和缓冲铺装层底拉应力。

2） 高弹改性沥青应力吸收层： 高弹高粘沥青是指粘度（60℃） ＞20 000Pa·s， 弹性恢复 （25℃）＞85%的沥青， 不同于橡胶沥青应力吸收层采用同步碎石封层的方式进行施工， 高弹改性沥青应力吸收层拌合及施工工艺与常规沥青砼基本一致， 施工质量易于控制。 该结构层由高弹高粘、 密集配热拌沥青混合料组成， 一般厚度在2 ～3cm， 为较高沥青用量（油石比通常在9%左右） 的密实级配， 具有优异的抗变形、 防水能力及较强的抗剥离性。 通过增强了沥青混合料的弹性性能， 能够较好吸收基层中产生的拉应力， 减缓反射裂缝的产生。

3） 土工合成材料： 作为夹层使用的土工合成材料主要有土工布或土工格栅， 这类土工合成材料自身具有较高的抗拉模量， 一方面提高沥青混合料的抗拉强度与抗变形能力， 起到少量加筋作用； 另一方面大大增强了沥青面层的抗裂强度， 对沥青面层底起到一定的箍固作用。 但由于土工格栅或土工布在一定程度上破坏了层间的连续状态， 降低了结构的整体性， 影响土工织物和格栅防裂作用的发挥。 因此， 采用土工织物是， 一定要做到铺设平整， 粘层油撒布均匀。

2.2.3 设置裂缝松弛层

在旧水泥砼路面和沥青砼加铺层间设置一层由沥青碎石混合料、 级配碎石或水泥稳定碎石组成的裂缝松弛层。 通过设置裂缝松弛层， 可以阻止裂缝的扩展， 并且降低温度对旧水泥砼路面的影响， 减少接缝的张开和翘曲量， 从而降低沥青面层反射裂缝产生的可能性。 但通常受路面标高的制约， 在城市道路白加黑中较少设置裂缝松弛层。

2.2.4 旧水泥砼路面破碎及固定技术

在旧水泥砼路面结构损坏严重， 断板率较高时，对破损板块补强及修复后再进行加铺已不经济的情况下， 可采用碎石化及打裂压稳定等方式， 对旧水泥砼路面进行破坏和固定。 通过破碎机械， 将面板进行破碎， 随后进行碾压， 使碎块牢固的坐落在基层上， 与基层顶面之间无脱空。

3 工程案例

3.1 项目概况

黄山大道位于歙县深渡镇镇区内， 是镇区内重要的交通干道。 作为深渡镇北大门， 黄山大道是连接歙县和深渡镇以及深渡码头的重要通道。

本次改造范围为黄山大道（转盘至码头） 机动车道， 同时包括转盘东北侧接线及码头西侧接线， 全长约0.73km， 为城市主干道， 交通等级为轻交通， 结合“生态小镇” 的建设， 对道路路面进行白加黑提升改造提升。

3.2 原路面状况及检测结论

1） 依据勘探取芯结果， 自上而下可分为： ①面层、 ②水稳层、 ③路基填土层、 ④粉质粘土、 ⑤强风化千枚岩及⑥中风化千枚岩。 其中混凝土面层平均厚度为0.19m； 水稳层级配较差， 不密实， 平均厚度为0.6m； 路基填土松散， 主要由强、 中风化千枚岩碎屑～碎石块任意回填而成， 平均层厚9.5m， 该土层回填时未经专门压实， 具有高等压缩性， 孔隙率约20%。

2） 依据《黄山大道（深渡转盘至码头段） 水泥混凝土路面弯沉路面检测报告》， 该段黄山大道检测弯沉的总板块超过0.2mm的板块有120 块， 占总弯沉测试板块100%； 弯沉差超过0.06mm的总板块有86块， 占总弯沉测试板块的71.8%； 单点弯沉值＞0.2mm为板块脱空； 主副点弯沉差值≥0.06mm为接缝传荷能力不足。 其中主点弯沉值最小为0.294mm，最大为2.822mm， 平均为0.875mm， 对于平均弯沉大于0.45mm的板块判定为承载力不足， 不能直接加铺沥青面层。

3.3 改造方案

根据现场调查反映， 原水泥砼路面平均弯沉0.875mm， 加之路床为约9.5m厚欠压实填土， 一般应予以翻挖重建。 但鉴于两侧房屋均在后期填土上建设， 紧贴道路红线， 且部分房屋现状已存在裂缝， 本项目施工应避免产生大的震动， 以免加剧两侧房屋病害， 带来安全事故， 故本次提出以下两个方案。

3.3.1 方案一： （改建方案， 白改黑）

对黄山大道老路进行挖除， 挖除后按新建路面结构恢复。 具体方案如下。

1） 老板块挖除： ①应严禁采用挖掘钻机等震动破碎机械； ②现状板块规格为4m*4.5m。 施工单位进场后， 应首先采用切割机纵横向全深度切割板块，切割后板块规格应以不大于1m*1m为宜， 具体可根据现场试验段确定， 以便于挖除和清运； ③板块切割后， 从两侧到中央， 采用挖机或叉车等对小板块及时清运； ④路床开挖时应加强对现状污水管的保护。

2） 新建路基路面： ①道路压实严禁采用采用震动压路机， 应采用重型压路机静压， 同时采用适当增大填料含水率和增加碾压次数来保障压实度要求； ②本次道路持力层无法达到原状土。 因此对路面结构以下80cm厚采用碎石土进行换填， 并分层压实， 单层压实厚度应不大于15cm； ③路面结构具体如下。

4cm厚改性沥青砼AC-13 （C） 粘层

7cm厚沥青砼AC-25 （C）

下封层厚0.8cm聚酯玻纤布（满铺） 透层

32cm厚4.5%水泥稳定碎石基层

20cm厚低剂量水稳底基层

3.3.2 方案二： （压浆罩面， 白加黑）

该方案首先对老水泥砼水泥砼面层进行精铣刨4cm， 之后对基层及路床进行压浆补强， 复测弯沉达标后， 采用沥青砼加铺罩面。

1） 老水泥砼水泥砼面层精铣刨： 为避免加铺后路面高于两侧房屋， 采用精铣刨工艺对老路面层铣刨3 ～5cm。 精铣刨是在标准铣刨工艺的基础上更换密集刀头的精铣刨鼓， 对路面实施更为细密的铣刨处理，同时通过铣刨， 可实现对老水泥砼的找平， 增加路面的摩擦力。 铣刨深度一般在10cm以内， 一般不影响原有路面结构强度， 因此精铣刨后的路面可以在铣刨后直接加铺高平整度的罩面磨耗层。

2） 老水泥砼深层压浆补强： 本次设计压浆深度按每块板5 孔， 压浆深度2m来暂定。 压浆完成后7d，对板块逐一进行弯沉检测， 如不满足应二次注浆。 修补处理后的水泥砼板块弯沉应小于0.2mm。 主副点弯沉差值应小于0.06mm。 ①孔位布设及钻孔。 应根据砼面板尺寸、 裂缝状况以及灌浆机械等确定， 一般为5 孔， 灌浆孔大小应和灌注嘴大小一致， 按标定的位置钻孔， 钻孔深度需根据地勘判定。 大面积注浆前应进行小片区注浆试验， 确定注浆压力以及注入量， 以确保注浆效果， 并对注浆后的区域进行检测， 待检测合格后才能进行大面积注浆； ②压浆。 灌浆压力的控制应视砼板的损坏及脱空情况具体确定。 用浆泵将拌和好的浆液由浆孔压人， 压力控制在0.5MPa～1.0MPa， 待浆体由其他孔中或板边挤出时， 表明板下空隙已被灌满， 应减小压力， 并将喷嘴提起， 立即用木塞塞孔， 防止浆体溢出， 至浆体初凝， 拨出木塞，用高标号砂浆封孔、 抹平； 关闭压力泵， 将灌浆机移到下一个孔继续灌浆， 待一块板灌浆完毕后， 再移至其他板块灌浆； 在路面外边缘压浆时， 控制时间和压力， 防止人行道开裂破坏； ③浆液在压浆过程中要不断搅拌， 防止水泥浆沉淀与泌水。 同时每次投料量应与压浆量大致相当， 防止灰浆存放时间过长； ④交通控制。 压浆完成后的板块， 禁止车辆通行， 板下浆体经2d ～3d 的硬化， 达到通车强度达5MPa以上后， 即可开放交通； ⑤灌浆效果检测： 现场外观质量评价：包括现场浆体流淌状况、 施压过程和灌注过程的连续性、 注浆量以及工后养生保护是否符合设计和质量要求。 弯沉测量评价： 压浆完成后7d， 用同样的仪器在原测设点逐一进行弯沉检测， 如不满足应二次注浆。

3） 沥青路面罩面： 由于人行道侧石外露高度为10cm， 且受两侧店铺标高制约且人行道为新近铺成，人行道侧石高度无抬升条件， 故加铺厚度应小于10cm。 具体路面结构如下。

5cm厚改性沥青砼AC-13 （C） 粘层

2.5cm厚高弹性改性应力吸收层 粘层

补强后老水泥砼面层

3.3.3 方案比选

两方案优缺点如表1

表1 两方案优缺

经综合比选本次采用方案二， 即确定对老水泥砼面层进行精铣刨4cm， 之后对基层及路床进行压浆补强， 复测弯沉达＝达标后， 加铺2.5cm厚高弹性改性SAMI应力吸收层+5cm厚改性沥青砼AC-13 （C）。

4 结语

项目于2019 年5 月竣工， 结合施工期间现场检测结果， 旧基层及路床进行压浆补强后弯沉满足设计要求。 而黄山西路竣工通车三年多以来， 使用状况良好， 路面未发现明显反射裂缝， 说明通过老路补强后铺设高弹沥青应力吸收层在缓解反射裂缝上具有可实施性， 同时采用该方案在保证工程质量的同时大幅度缩短了施工工期， 节约了工程造价， 对于城市道路白加黑防治反射裂缝具有一定借鉴意义。