舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土淺析

黃占鋒

1 舊水泥路面使用現(xiàn)狀及改善行車(chē)條件的必要性

水泥混凝土路面是高等級(jí)道路所采用的主要路面結(jié)構(gòu)形式之一,我國(guó)自20世紀(jì) 80年代以來(lái)發(fā)展迅猛,到2010年底,公路與城市道路水泥混凝土路面總里程將達(dá)44多萬(wàn)千米。目前仍以每年約2萬(wàn)km的速度增長(zhǎng),我國(guó)已成為世界上水泥混凝土路面擁有里程最多的國(guó)家。

水泥混凝土路面因具有強(qiáng)度高,使用壽命長(zhǎng),維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低,抗摩耗能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用,但是其材料自身特性也使其存在缺陷。

就目前國(guó)內(nèi)外水泥混凝土路面使用狀況而言,存在著不少問(wèn)題,尤其是一些早期修建的水泥混凝土路面不同程度地出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性破壞和功能性缺陷,嚴(yán)重影響了道路的服務(wù)水平及車(chē)輛的行駛安全,存在的主要問(wèn)題如下:1)一些早期修建的水泥混凝土路面,往往由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷和施工質(zhì)量等方面原因,加之目前道路運(yùn)營(yíng)中重車(chē)、超重車(chē)輛較多,常導(dǎo)致水泥混凝土路面過(guò)早損壞;2)在水及行車(chē)荷載的影響作用下,造成水泥混凝土路面板出現(xiàn)唧泥、錯(cuò)臺(tái)、脫空、斷板等病害;3)水泥混凝土路面修補(bǔ)困難、維修費(fèi)用高,并且修復(fù)效果并不十分理想,對(duì)水泥混凝土路面如何維修、改造,一直是困擾道路交通的技術(shù)難題。鑒于此,尋找適當(dāng)?shù)乃嗷炷谅访嫘扪a(bǔ)方法具有很重要的應(yīng)用價(jià)值。

2 舊混凝土路面加鋪瀝青的可行性

采用在舊路面上加鋪瀝青混凝土面層是經(jīng)濟(jì)有效的補(bǔ)強(qiáng)方法。加鋪瀝青混凝土后,路面結(jié)構(gòu)改變成瀝青混凝土與水泥混凝土聯(lián)合結(jié)構(gòu)路面。這種結(jié)構(gòu)形式的路面較好地結(jié)合了兩種材料的優(yōu)點(diǎn):利用舊水泥混凝土的剛度提供了穩(wěn)定、堅(jiān)實(shí)的基層,瀝青混凝土提供一個(gè)摩阻系數(shù)較高,平整度及防水性能好的面層,形成有機(jī)的整體,大大改善了路面的使用性能。在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層是一種常用的、行之有效的路面修復(fù)技術(shù),與水泥混凝土修復(fù)相比較,它具有工期短、對(duì)交通影響小、修復(fù)后路面服務(wù)性好等優(yōu)點(diǎn)。目前,國(guó)內(nèi)有相當(dāng)多的公路采用此類改造方案。

3 加鋪瀝青前的技術(shù)準(zhǔn)備

在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層是一種特殊的路面結(jié)構(gòu),其應(yīng)力、應(yīng)變特性與一般的彈性層狀體系有很大的差別。鋪筑施工前須進(jìn)行必要的處理,處理不當(dāng)往往會(huì)產(chǎn)生反射裂縫、溫度裂縫及瀝青層脫落等,嚴(yán)重影響修復(fù)效果。路面在使用中除承受豎向荷載外,還直接承受來(lái)自剎車(chē)產(chǎn)生的水平荷載,如果瀝青厚度不足,會(huì)因剪力過(guò)大使瀝青破壞,形成局部剝落,進(jìn)而發(fā)展成大面積剝落。當(dāng)厚度能滿足抗剪要求,瀝青與舊混凝土結(jié)合面不能有效傳遞水平荷載,也會(huì)造成瀝青面層剝落。在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層要解決反射裂縫并防止瀝青剝落等問(wèn)題,是瀝青罩面成敗的關(guān)鍵。

4 加鋪瀝青前對(duì)舊路面的技術(shù)處理

加鋪瀝青改造水泥混凝土路面基本程序一般是:舊路面現(xiàn)狀調(diào)查,路面性能檢測(cè),修補(bǔ)破損板塊,路面鑿毛、粘結(jié)層施工、瀝青混凝土施工。改造前應(yīng)對(duì)舊路面進(jìn)行調(diào)查檢測(cè)。舊路狀況、承載能力較好時(shí),可直接加鋪瀝青混凝土面層;舊路狀況差、承載能力不夠時(shí),須進(jìn)行修補(bǔ),也可加鋪補(bǔ)強(qiáng)層,再加鋪瀝青面層。

4.1 對(duì)舊水泥混凝土板塊的修補(bǔ)

1)對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行調(diào)查,分塊逐一編號(hào),繪制病害平面圖。2)板塊破碎、角隅斷裂、沉降、掉邊、缺角等病害板,必須用破碎機(jī)(液壓鎬)鑿除。清除混凝土碎屑后,整平基層,并夯實(shí),然后用同等強(qiáng)度的水泥混凝土修補(bǔ)。3)板塊脫空可采取鑿除或板下封堵壓漿處理的方法進(jìn)行處理。

實(shí)踐證明,對(duì)于壓漿處理的板塊,除進(jìn)行常規(guī)病害處理外,采用單點(diǎn)彎沉、接縫兩側(cè)的彎沉差作為舊水泥混凝土路面修補(bǔ)的控制面是解決舊水泥混凝土板下脫空和提高接縫間傳荷能力的有效途徑之一。

4.2 路面鑿毛及粘結(jié)層

舊路面經(jīng)過(guò)對(duì)破損板塊修復(fù)后,瀝青混凝土施工前,應(yīng)將水泥路面進(jìn)行鑿毛處理。目前鑿毛處理主要有人工鑿毛和機(jī)械鑿毛兩種施工方式。機(jī)械鑿毛應(yīng)用較廣泛且具有均勻的優(yōu)點(diǎn)。人工鑿毛僅在不具備條件的地方應(yīng)用,人工鑿毛須注意鑿毛深度及均勻性。經(jīng)鑿毛后的舊水泥混凝土必須進(jìn)行清洗,充分晾干后澆灑粘結(jié)層。粘結(jié)層應(yīng)采用熱瀝青,施工中應(yīng)控制澆灑溫度及均勻性,不得漏澆,不得堆積。鑿毛及粘結(jié)層施工質(zhì)量是保證瀝青混凝土與水泥混凝土結(jié)合能力的關(guān)鍵,施工中必須予以高度重視。

4.3 合理運(yùn)用土工格柵

土工格柵作為加筋層的作用,主要利用了土工格柵的高抗拉強(qiáng)度和彈性模量高的特點(diǎn)。土工格柵的主要作用為均勻傳遞軸荷載,并將反射裂縫應(yīng)力由垂直方向轉(zhuǎn)為水平方向。土工格柵在瀝青混凝土路面中的功能就是增加瀝青混凝土混合料的整體抗拉強(qiáng)度,減少永久變形,防止和減少路面反射裂縫,延遲疲勞破壞,延長(zhǎng)路面使用壽命。當(dāng)加鋪瀝青層較薄或舊路面可能產(chǎn)生不均勻沉降時(shí),加設(shè)土工格柵可較好地改善路面使用性能。

4.4 確定合適的瀝青混凝土面層厚度

適當(dāng)加厚瀝青混凝土面層,一方面可以增加路面結(jié)構(gòu)的彎曲剛度,減少層內(nèi)的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力;另一方面,裂縫從底面反射到頂面需經(jīng)過(guò)的距離變長(zhǎng),這樣可延長(zhǎng)路面使用壽命。國(guó)內(nèi)外的一些代表性工程實(shí)踐表明:采用較厚的瀝青混凝土面層對(duì)延緩裂縫的反射有較好的作用。比如:京塘高速公路采用厚度為15 cm～20 cm,日本東名高速公路采用厚度為 25 cm～30 cm;然而,采用這種方案的經(jīng)濟(jì)造價(jià)高。在路面使用性能和經(jīng)濟(jì)中尋找適合的平衡點(diǎn)至關(guān)重要,目前常用辦法是采用改性瀝青混凝土,且厚度一般不少于7 cm。加鋪一層大都選用一層7 cm的中粒式,或一層6 cm的中粒式,4 cm的細(xì)粒式。

5 加鋪瀝青可能出現(xiàn)的病害預(yù)防措施

1)確定合理的瀝青混凝土罩面加鋪厚度,使用改性瀝青(SMA),預(yù)防因厚度不足及因溫度高瀝青軟化而導(dǎo)致出現(xiàn)剝落,過(guò)早損毀等病害,必要時(shí)可增設(shè)土工格柵。2)當(dāng)檢測(cè)確定舊水泥混凝土路面整體強(qiáng)度低,無(wú)法滿足基層要求。不宜直接加鋪瀝青路面,較適宜的處理是對(duì)舊水泥路面整體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理,如在混凝土路面上增設(shè)基層等。3)當(dāng)局部水泥路面破損、脫空。應(yīng)篩查后鑿除破損路面,注漿填充后,將水泥混凝土修補(bǔ)至符合設(shè)計(jì)要求方可施工瀝青罩面。4)為防止瀝青罩面剝落,應(yīng)對(duì)路面鑿毛,粘結(jié)層施工予以重視,同時(shí)要嚴(yán)格禁止在路面未干燥時(shí)或帶水施工瀝青混凝土罩面。

6 加鋪瀝青后技術(shù)與經(jīng)濟(jì)實(shí)效

在舊路面上加鋪瀝青面層是一種常用的、行之有效的路面修復(fù)技術(shù)。它具有工期短、對(duì)交通影響小、修復(fù)后路面服務(wù)性好等優(yōu)點(diǎn),國(guó)內(nèi)有相當(dāng)多的公路采用此類改造方案。

在舊水泥混凝土路面上進(jìn)行瀝青罩面,不僅技術(shù)上可行,而且大幅度提高了路面的行車(chē)質(zhì)量及服務(wù)水平。同時(shí)延長(zhǎng)了道路路面的使用壽命,改善了交通條件,節(jié)約了資金,縮短了舊路改建的工期,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該項(xiàng)技術(shù)的推廣,對(duì)舊路改建具有廣闊的應(yīng)用前景。

7 結(jié)語(yǔ)

舊路面瀝青罩面技術(shù)是目前國(guó)際上道路工程科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域十分重要的研究方向。國(guó)內(nèi)水泥混凝土路面總里程已達(dá)到幾十萬(wàn)千米,并陸續(xù)進(jìn)入中、大修養(yǎng)護(hù)期,水泥混凝土路面維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)已成為擺在道路工作者面前十分緊迫而重要的研究課題,很多方面還有待進(jìn)一步研究。

[1] 沙慶林.瀝青面層的技術(shù)狀況與發(fā)展方向[J].公路,2003(8):1-3.

[2] 陳峙峰.舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層設(shè)計(jì)及其應(yīng)用技術(shù)研究[D].大連:大連理工大學(xué),2003.

[3] 蔡喜棉.舊水泥混凝土路面上的罩面[J].華到公路,2002(123):3-4.

[4] 李 源.舊混凝土路面加鋪瀝青罩層的抗裂機(jī)理及處治[J].山西建筑,2008,34(6):285-286.