加鋪瀝青與貧混凝土在舊路改造中的應(yīng)用

陳少雄

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市300392）

加鋪瀝青與貧混凝土在舊路改造中的應(yīng)用

陳少雄

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市300392）

近年來，已使用一定年限的舊水泥混凝土路面破損嚴(yán)重，不能滿足日益增長(zhǎng)的交通量及發(fā)展需求，舊路改造工程顯得尤為迫切、重要；結(jié)合加鋪瀝青與貧混凝土在海南省三亞市海棠灣海榆東線市政道路（藤橋西河至海岸大道路口段）改造工程中的應(yīng)用，闡述設(shè)計(jì)工作中延緩和預(yù)防路面因加鋪產(chǎn)生的裂縫對(duì)提高城市舊水泥混凝土路面使用壽命的作用。

舊水泥路面改造；加鋪；反射裂縫；柔性面層；碾壓混凝土

0 引言

在舊水泥路面上加鋪瀝青混凝土，是在水泥路面的基礎(chǔ)上改造成瀝青路面的一種比較經(jīng)濟(jì)的方式?，F(xiàn)階段我國(guó)石油工業(yè)發(fā)展，瀝青產(chǎn)品質(zhì)量提高，國(guó)產(chǎn)石油瀝青滿足道路規(guī)范要求，且有相當(dāng)多的舊水泥路面由于使用年限較長(zhǎng)，路面狀況惡化，需進(jìn)行改造。此時(shí)，水泥路面上加鋪瀝青面層的快速、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)就凸顯出來。因此，越來越多的地方選擇加鋪瀝青面層的改造方式。

在工程實(shí)施中，如何制定合理的方案，如何控制工程質(zhì)量是取得良好效果的關(guān)鍵。本文將以海棠灣海榆東線市政道路（藤橋西河至海岸大道路口段）改造工程中加鋪柔性瀝青面層及碾壓貧混凝土底面層為例進(jìn)行闡述。

海榆東線（國(guó)道編號(hào)G223），在解放前系海南島環(huán)島公路的東段，北起?？谑校K點(diǎn)為三亞市榆林，現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)為12m寬的舊路。本段海榆東線市政化改造道路范圍長(zhǎng)9.42km，設(shè)計(jì)速度60 km/h，城市主干路，雙向六車道，規(guī)劃紅線寬42 m。本次設(shè)計(jì)通過拓寬舊路路基（利用），加鋪柔性瀝青面層及碾壓貧混凝土底面層路進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 加鋪方案分析

目前舊路改造中舊水泥混凝土路面主要的利用方式有兩種：一是把舊水泥板打碎做基層；二是把舊水泥板做面層加鋪瀝青混凝土，即常見的加鋪罩面。本文舊改工程海榆東線為加鋪罩面，高差較大部分則碾壓貧混凝土與現(xiàn)狀舊水泥板作為底面層進(jìn)行調(diào)平處理，上面層采取加鋪柔性瀝青。

1.1 反射裂縫對(duì)加鋪層的影響及預(yù)防措施

在原有的路面加鋪瀝青罩面,由于溫度循環(huán)和荷載的反復(fù)作用使原來路面接縫上方的加鋪層發(fā)生變形導(dǎo)致開裂叫作反射裂縫[1]。反射裂縫和車輛荷載作用下的剪切、彎拉應(yīng)力如圖1和圖2所示。

圖2 車輛荷載作用下的剪切、彎拉應(yīng)力

國(guó)內(nèi)外研究表明，反射裂縫可以分成溫度型反射裂縫、彎拉型反射裂縫和剪切型反射裂縫等幾種類型。為防止或延緩反射裂縫的產(chǎn)生，目前所采取的技術(shù)措施的思路首先是分析不同類型反射裂縫產(chǎn)生的原因，從而有針對(duì)性地在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料組成設(shè)計(jì)中加以限制或防治，然后對(duì)反射裂縫的形成擴(kuò)展過程進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)而指導(dǎo)路面結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)反射裂縫的處治措施主要有以下5種:

（1）鋸切橫縫。為了減少瀝青面層反射裂縫的無規(guī)則漫裂，通常采取對(duì)水泥混凝土路面或半剛性基層進(jìn)行“預(yù)裂”，使其裂縫變得更有規(guī)律。切縫后應(yīng)及時(shí)對(duì)裂縫進(jìn)行封縫處理，避免水分進(jìn)入基層，否則裂縫會(huì)成為雨水下滲的通道，進(jìn)而引起路面結(jié)構(gòu)整體性的損壞。

（2）加厚瀝青面層。增加瀝青面層厚度一方面可以減小層內(nèi)的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力，另一方面可以加大反射裂縫的擴(kuò)展距離，從而延長(zhǎng)路面的使用壽命。但是其厚度不能超過最大的壓實(shí)值。

（3）設(shè)置應(yīng)力吸收層。通常采用廠拌式改性瀝青混合料應(yīng)力吸收層或先灑橡膠瀝青再撒礦料所形成高彈性低勁度的應(yīng)力吸收層，厚度范圍為10～40 mm，彈性模量范圍為200～600 MPa，其作用是改善瀝青加鋪層和水泥混凝土路面板的層間結(jié)合，減少因溫度和豎向荷載引起的反射裂縫，同時(shí)減小應(yīng)力集中作用，防止因水的下滲而導(dǎo)致路基的變形或強(qiáng)度的降低。

（4）鋪設(shè)土工織物。采用土工織物、土工格柵或玻璃纖維等材料，對(duì)瀝青混凝土起加筋和應(yīng)力擴(kuò)散作用，從而延緩反射裂縫的產(chǎn)生，但上工織物與舊路面的結(jié)合問題關(guān)系該技術(shù)的有效性。實(shí)踐表明，玻璃纖維織物使用效果較好，但只能在一定時(shí)間內(nèi)起延緩裂縫擴(kuò)展的作用，其耐久性還值得進(jìn)一步的驗(yàn)證。

（5）設(shè)置瀝青碎石或級(jí)配碎石過渡層。為了延緩反射裂縫的產(chǎn)生，可以鋪筑一層大粒徑開級(jí)配瀝青碎石混合料結(jié)構(gòu)層或級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)層。在美國(guó)，瀝青碎石層或級(jí)配碎石的厚度通常在90 mm以上，且瀝青碎石混合料中含有25%～35%的連通孔隙，使得接縫或反射裂縫不至于垂直向上反射，從而防止或延緩反射裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。

1.2 舊水泥混凝土路面加鋪分析

《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范（2016年版）》（CJJ 37—2012）對(duì)舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土設(shè)計(jì)無明確規(guī)定，《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（J T G D40—2011）中第8.7條規(guī)定，當(dāng)舊水泥混凝土路面的損害狀況和接縫傳荷能力評(píng)定等級(jí)為優(yōu)良或中時(shí)，可采用瀝青加鋪層。對(duì)于脫空板、有裂縫的板，以及角隅斷裂、錯(cuò)臺(tái)等，均進(jìn)行修補(bǔ)，對(duì)板塊損壞程度大，須重新更換澆筑新板塊[2-3]。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)對(duì)舊水泥混凝土路面加鋪改造的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于防治結(jié)構(gòu)層的反射裂縫，采用改性瀝青油氈、玻璃纖維格柵等措施，都是為減少加鋪層水平向變形；對(duì)豎向變形的彎沉值控制常需對(duì)板塊進(jìn)行加固。在設(shè)計(jì)中，為防止反射裂縫一般采用良好的瀝青面層材料，設(shè)置合理的路面結(jié)構(gòu)組合和增設(shè)碾壓貧混凝土為調(diào)平層。

1.3 玻纖土工格柵的應(yīng)用及作用機(jī)理

玻璃纖維格柵能減小由水平力引起的水平位移。玻璃纖維格柵是一種廣泛應(yīng)用在道路路面中的土工材料，有效地改善加鋪瀝青混凝土路面應(yīng)力分布，減少由路面下水泥混凝土板塊接縫引起的瀝青混凝土路面反射裂縫，提高加鋪路面的使用年限。它具有較高的抗疲勞開裂、抗高溫車轍、低溫縮裂、延緩反射裂縫等特點(diǎn)。玻璃纖維格柵攤鋪熱瀝青混凝土不會(huì)產(chǎn)生變形，功能優(yōu)良，使用壽命長(zhǎng)久，已廣泛利用在舊路補(bǔ)強(qiáng)和新舊路銜接處理上。當(dāng)路面承受較大應(yīng)力時(shí)，能通過玻璃纖維土工格柵均勻擴(kuò)散應(yīng)力，能有效減少面層的沉降和位移。

1.4 改性瀝青的應(yīng)用

為了使舊水泥混凝土路面加鋪效果好，改善路面使用條件，應(yīng)從提高瀝青面層、路面結(jié)構(gòu)組性能等多方面考慮。為了抑制或延緩加鋪層反射裂縫的出現(xiàn)，對(duì)面層瀝青的使用要求加鋪層的瀝青混凝土面層具有低溫抗變形性能力和抗剪特性，同時(shí)瀝青的高溫穩(wěn)定性不能降低，對(duì)海南等溫差變化較大的地區(qū)常采用改性瀝青。改性瀝青是在瀝青中加入稱為改性劑的材料，使瀝青的某些特性從根本上得到改善，擴(kuò)大了瀝青的使用范圍。改性瀝青結(jié)構(gòu)組成形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了瀝青的力學(xué)性能，改善低溫穩(wěn)定性，瀝青的高溫穩(wěn)定性有顯著提高，減少了瀝青加鋪引起的反射裂縫的發(fā)生。

2 舊路加鋪設(shè)計(jì)

2.1 加鋪路面結(jié)構(gòu)

按規(guī)范規(guī)定和國(guó)外瀝青混凝土加鋪面層的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法,要求瀝青混凝土最小厚度為100 mm。適當(dāng)增加瀝青混凝土加鋪層厚度對(duì)防止反射裂縫有較好效果，但增加到一定厚度后，再通過繼續(xù)增加厚度來防止發(fā)射裂縫，效果不明顯，也不經(jīng)濟(jì)。海南省三亞市海棠灣海榆東線市政道路（藤橋西河至海岸大道路口段）改造工程舊混凝土路面上加鋪瀝青及碾壓貧混凝土根據(jù)理論分析和工程實(shí)際情況，確定采用舊水泥混凝土路面上加罩瀝青面層路面結(jié)構(gòu)(由上至下)（見圖3）。

圖3 舊路拓寬、加鋪路面結(jié)構(gòu)圖

（1）4 c m厚細(xì)粒式改性瀝青混凝土(A C-13C)。

（2）黏層油(P C-3改性乳化瀝青)。

（3）5 c m厚中粒式瀝青混凝土(A C-20C摻0.3%抗車轍劑)。

（4）滿鋪黏層油(P C-3改性乳化瀝青)+玻璃纖維土工格柵。

（5）23～35 c m厚碾壓混凝土（含調(diào)平層）。

（6）舊路路面結(jié)構(gòu)層。

2.2 路面病害處理方案

海南省三亞市海棠灣海榆東線市政道路（藤橋西河至海岸大道路口段）改造工程，2015年開始土建施工，由于現(xiàn)狀交通量較大，局部路段路面病害處理具體方案如下：

（1）處理病害路面時(shí)，保留的水泥路面板塊的最小邊長(zhǎng)需不小于1.2 m，具體如圖4所示。

圖4 水泥路面板塊處理示意圖

（2）現(xiàn)狀路面最外側(cè)車道部分路段為綠化帶填筑臨時(shí)路面，該部分路面基本沒有進(jìn)行路基處理，需破除現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)，按加寬路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行新建，具體范圍詳見平面施工圖。

（3）對(duì)于單塊水泥板塊，板塊基本完好，單一縫寬小于1 c m，且板塊邊長(zhǎng)大于1.2 m的板塊，可不做處理。

（4）水泥路面板塊局部崩角，板塊較完整，崩角范圍較小，需要將破碎的水泥混凝土塊清除，再用中粒式瀝青混凝土回填處理。

2.3 黏層油和玻璃纖維格柵設(shè)置

碾壓貧混凝土調(diào)平層、接縫處理完后，在所有縱橫縫上鋪設(shè)一層玻璃纖維格柵網(wǎng)，用水泥釘將其固定，固定間距為1 m。然后灑布瀝青黏層油，最后加鋪瀝青柔性面層。

2.4 新舊路面連接處處理

新拓車道的路面結(jié)構(gòu)采用瀝青混凝土路面，首先在拓寬段新鋪瀝青混凝土路面下水泥級(jí)配碎石基層頂與舊水泥混凝土板塊連接處滿鋪一層玻璃纖維格柵，新舊路面搭接寬度各余1 m。

2.5 加鋪時(shí)縱坡處理

本次道路縱斷面設(shè)計(jì)原則上按現(xiàn)狀道路縱斷面再考慮瀝青混凝土加鋪層厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)?？v斷面原則上按現(xiàn)狀路面高出23 c m（即最小貧混凝土碾壓厚度）拉坡，但現(xiàn)狀12 m寬舊路為雙向縱坡2%，故舊路一半全部利用舊路，另一半反向碾壓混凝土調(diào)平層（平均厚度12 c m）。因此在縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)為保證縱坡及曲線滿足規(guī)范要求，控制水泥混凝土板上瀝青面層厚度在9 c m,對(duì)局部高差較大路段增設(shè)碾壓混凝土調(diào)平層。

2.6 調(diào)整層作用

通過對(duì)舊水泥道板進(jìn)行維修加固，改善板塊傳力效果，解決由于高差較大地方瀝青混凝土調(diào)平層無法滿足調(diào)平層厚度壓實(shí)的問題，柔性面層下采用鋪設(shè)碾壓貧混凝土調(diào)平層，一方面減少荷載對(duì)水泥板塊的沖擊，其次減少瀝青混凝土的用量，降低造價(jià)，也可延緩水泥板塊上瀝青面層的水平位移。

3 結(jié)語

海南省三亞市海棠灣海榆東線市政道路（藤橋西河至海岸大道路口段）改造工程加鋪改造，2015年底開工建設(shè)，道路建設(shè)進(jìn)程、施工效果良好。城市舊路加鋪在具體道路設(shè)計(jì)與施工過程中的制約影響因素很多，應(yīng)根據(jù)每條舊路的具體實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和舊路資料制定滿足道路區(qū)域服務(wù)功能及景觀需求的加鋪改造設(shè)計(jì)方案。

[1]薛忠軍，張肖寧，王佳妮，詹小麗.舊水泥路面改建、加鋪決策體系初步研究[J].中外公路,2008,28(3):41-46.

[2]CJJ 37—2012，城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范（2016年版）[S].

[3]JTG D40—2011，公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

U418.8

B

1009-7716（2017）06-0081-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.023

2017-03-13

陳少雄（1986-），男，廣東汕頭人，路橋工程師，從事道路與橋梁設(shè)計(jì)工作。