沈金榮
(福建省龍巖市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 福建龍巖 364000)
水泥混凝土路面由于其固有的使用性能及特性在我國(guó)城市道路建設(shè)中占據(jù)著十分重要的地位并得到了飛速的發(fā)展,水泥混凝土路面的建設(shè)極大地推動(dòng)著城市經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展。但是近年來(lái),隨著城市建設(shè)及經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展以及水泥混凝土路面使用年限的到來(lái),城市交通量的劇增、汽車(chē)軸載的增大加上設(shè)計(jì)或施工等方面的原因,城市水泥混凝土路面出現(xiàn)了諸如斷板、角隅破損或斷角、路面沉陷、開(kāi)裂、錯(cuò)臺(tái)、板底脫空、填縫料脫落等病害,嚴(yán)重影響了城市道路的使用性能及行車(chē)的舒適度[1]。為此如何對(duì)破損的城市水泥混凝土路面進(jìn)行修復(fù)改造是很多城市面臨的主要問(wèn)題之一。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明在城市舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層(白改黑),是一種快速便捷且有效的路面修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)能充分利用原有路面的剩余強(qiáng)度;并直接在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層,能有效提高路面的平整度、耐磨性、抗滑性能以及路面行車(chē)的舒適度和安全度;同時(shí)該技術(shù)便于養(yǎng)護(hù)和維修,具有修復(fù)周期短,對(duì)交通及環(huán)境影響小等特點(diǎn),能適應(yīng)城市道路交通流量的特點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外城市舊水泥混凝土路面改造中得到了普遍應(yīng)用。
然而,由于在城市舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層組合而成的復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)同時(shí)具有水泥混凝土路面的剛性及瀝青面層的柔性的特點(diǎn),兩者材料特性差異較大容易產(chǎn)生車(chē)轍或推移。同時(shí)由于城市舊水泥混凝土路面本身存在著接縫和裂縫,加鋪的瀝青面層在受到交通荷載和溫度變化耦合或單獨(dú)作用下會(huì)產(chǎn)生受拉疲勞和剪切疲勞,在交通和環(huán)境的進(jìn)一步作用下從而引起瀝青面層的反射裂縫。通過(guò)實(shí)踐證明車(chē)轍可以通過(guò)瀝青改性加以控制,推移則可通過(guò)瀝青加鋪層厚度不小于12cm加以控制[2]。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)反射裂縫一經(jīng)形成,不僅對(duì)城市道路路面的美觀和行車(chē)的舒適性能造成影響,同時(shí)還大大縮短城市道路的使用年限,反射裂縫成了“白改黑”改造技術(shù)中的最為關(guān)鍵的問(wèn)題之一。鑒于此,采用經(jīng)濟(jì)合理且有效的措施防治城市水泥混凝土路面加鋪瀝青面層中產(chǎn)生的反射裂縫等問(wèn)題,對(duì)于提升城市道路行車(chē)的舒適度、延長(zhǎng)加鋪后道路的使用壽命、節(jié)省工程造價(jià)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。為此,本文從龍巖市城市水泥混凝土路面加鋪瀝青面層改造工程實(shí)例出發(fā),結(jié)合華蓮路(龍騰路 -西安路)“白改黑”改造工程設(shè)計(jì)實(shí)例,在對(duì)該道路舊水泥混凝土路面進(jìn)行調(diào)查檢測(cè)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,提出一個(gè)經(jīng)實(shí)踐證明有效的防治反射裂縫問(wèn)題的設(shè)計(jì)方案,以期為類(lèi)似的城市道路“白改黑”改造設(shè)計(jì)提供依據(jù)及參考。
華蓮路位于龍巖市城區(qū)中南部,在《龍巖中心城市主城區(qū)道路紅線規(guī)劃(2013-2030)》中屬東西走向的主干道,為中心城市主干路網(wǎng)“四縱五橫”中一橫的組成部分,原有路面為水泥混凝土路面,道路紅線寬度40m,分配形式為三塊板,道路分配型式為:4.5m(人行道)-5m(輔道)-3m(綠化帶)-15m(機(jī)動(dòng)車(chē)道)-3m(綠化帶)-5m(輔道)-4.5m(人行道)。近年來(lái)隨著龍巖市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市建設(shè)的南移,以及人流、車(chē)流的極劇增長(zhǎng),該道路水泥混凝土路面出現(xiàn)了不同程度的病害,如(圖1)所示,同時(shí)該道路三塊板的分配型式已滿足不了道路使用功能的要求,對(duì)該道路的改造迫在眉睫,為此該道路被列入2012年城市道路改造重點(diǎn)工程之一。華蓮路(龍騰路-西安路)道路改造工程起點(diǎn)位于與龍騰路交叉口,樁號(hào)為 K0+000,終于與南環(huán)路交叉口,樁號(hào)為K1+355.024,改造長(zhǎng)度為1200m,改造內(nèi)容主要是路面“白改黑”改造,拆除道路兩側(cè)綠化帶,新建中央綠化分隔帶,改造為兩塊板形式,改造后斷面分配型式如下:4.5m(人行道及非機(jī)動(dòng)車(chē)道)-14m(車(chē)行道)-3m(中央綠化分隔帶)-14m(車(chē)行道)-4.5m(人行道及非機(jī)動(dòng)車(chē)道)。
圖1 舊水泥混凝土路面各種病害
在進(jìn)行城市道路加鋪改建前,為便于進(jìn)行道路加鋪方案的設(shè)計(jì)和施工決策,首先需要對(duì)原有路段舊水泥混凝土路面進(jìn)行全面的調(diào)查和檢測(cè),包括斷裂板、脫空、接縫傳荷能力等檢測(cè),通過(guò)逐段進(jìn)行統(tǒng)計(jì),掌握第一手的外業(yè)資料,以全面客觀地評(píng)價(jià)目前水泥混凝土路面的狀況。
依照《公路水泥商品混凝土路面養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTJ073.1-2001)的規(guī)定,對(duì)于舊水泥混凝土路面的抗滑能力一般不作為評(píng)價(jià)指標(biāo),主要從路面結(jié)構(gòu)的承載力、平整度及破損狀況等三方面進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)。接縫傳荷能力能夠反映路面的結(jié)構(gòu)性能,代表著城市舊水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)承載力,采用落錘彎沉儀或梁式彎沉儀測(cè)量接縫兩側(cè)的彎沉,通常以板中代表彎沉值及接縫傳荷系數(shù)等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)舊水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)承載力,依據(jù)指標(biāo)值對(duì)照接縫傳荷能力評(píng)價(jià)表分為優(yōu)良、中、次、差等四個(gè)等級(jí)。舊水泥混凝土路面的平整度對(duì)路面行駛質(zhì)量的影響較大,檢測(cè)的方法主要有國(guó)際平整度指數(shù)法或3m直尺法,通過(guò)連續(xù)測(cè)得路面平整度標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)作為平整度指標(biāo)。城市舊水泥混凝土路面的破損狀況采用斷板率和平均錯(cuò)臺(tái)率兩項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià),通過(guò)調(diào)查破碎板塊、開(kāi)裂板塊、板邊角的破損狀況,可以直觀的反映舊路的破損狀況,并根據(jù)斷板率把路面損壞狀況分為優(yōu)良、中、次、差等四個(gè)等級(jí),為舊水泥混凝土路面的加鋪提供依據(jù)。
依據(jù)上述理論,對(duì)華蓮路(龍騰路-西安路)的舊水泥混凝土路面狀況進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià),具體檢測(cè)結(jié)果及評(píng)價(jià)如(表1)所示。由(表1)結(jié)果所示可以看出該路段承載能力為中等水平、路面的行駛性能較差、破損程度為次等,鑒于此,通過(guò)對(duì)局部路段進(jìn)行加固后的路面可以作為加鋪后復(fù)合式路面的承力層。
表1 華蓮路舊水泥混凝土路面檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果
為使得舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層后的復(fù)合式路面達(dá)到良好的使用性能,在瀝青面層加鋪前必須對(duì)舊水泥混凝土板的處治效果進(jìn)行檢測(cè)及評(píng)價(jià),檢測(cè)及評(píng)價(jià)的結(jié)果必須符合相應(yīng)的規(guī)范及設(shè)計(jì)要求(控制標(biāo)準(zhǔn)為處理后的水泥混凝土板彎沉值應(yīng)≤0.2mm,相鄰板塊間的彎沉差應(yīng)≤0.06mm)。為此在對(duì)華蓮路進(jìn)行加鋪前需依據(jù)該道路舊水泥混凝土路面的調(diào)查和檢測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)的處治方案,并對(duì)處治后的水泥混凝土板進(jìn)行彎沉值檢測(cè),依據(jù)檢測(cè)的彎沉值評(píng)價(jià)相應(yīng)板塊的處理效果,對(duì)檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果不符合相應(yīng)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的板塊應(yīng)進(jìn)行再處理,直到符合要求為止。
舊水泥混凝土路面破碎板塊的處治一般依據(jù)相應(yīng)的病害程度采用換板或修補(bǔ)的方法。對(duì)于舊水泥混凝土板塊有兩條以上的裂縫、兩個(gè)破損角或只有一個(gè)破損角但面積大于1/4的板塊應(yīng)進(jìn)行換板處理;對(duì)于板塊內(nèi)僅有一條貫穿縫,或一個(gè)破損角,且破損角的面積小于1/4板的應(yīng)對(duì)板塊進(jìn)行局部維修。如路面基層出現(xiàn)破壞的應(yīng)在處理好基層的基礎(chǔ)上再進(jìn)行板塊的換修處理。換板處理時(shí)采用液壓鎬鑿除舊水泥混凝土板,如大面積的換板應(yīng)采用撞擊式破碎機(jī)進(jìn)行破除。在進(jìn)行板塊局部維修時(shí)要保證好的板塊部分不受到破壞,為此應(yīng)先用切割機(jī)具把破碎板塊與好的板塊切割分離,然后再采用人工破碎的方法破除舊水泥混凝土塊。同時(shí)為達(dá)到好的效果還應(yīng)鑿毛舊水泥混凝土連接面,并用插入式振搗器,振動(dòng)梁刮平提漿,并用人工抹平,按原路面紋理對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理。
當(dāng)板內(nèi)有裂縫且板內(nèi)無(wú)錯(cuò)臺(tái)時(shí),則不需換板,只進(jìn)行裂縫維修和混凝土加固即可,對(duì)于小于1cm的縫,采用灌縫進(jìn)行處理,對(duì)于大于1cm的縫,采用填縫進(jìn)行處理。構(gòu)造縫(橫縫、縱縫、脹縫和施工縫)采用混凝土路面專用填縫料,對(duì)其進(jìn)行灌縫處理。灌縫處理時(shí)應(yīng)先清理構(gòu)造縫中的填縫和夾雜的砂石、凝結(jié)的泥漿等雜質(zhì),處理結(jié)果要達(dá)到相應(yīng)的規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。
當(dāng)錯(cuò)臺(tái)高差小于1cm,可用切削機(jī)械鑿除錯(cuò)臺(tái),修補(bǔ)縱坡變化控制在1%以內(nèi)。當(dāng)錯(cuò)臺(tái)高度大于1cm時(shí),且有一塊板不穩(wěn)定時(shí)(如彎沉差大于0.06mm),應(yīng)進(jìn)行換板處理。
對(duì)于經(jīng)檢測(cè)評(píng)價(jià)確定為板塊脫空時(shí)(彎沉值大于0.2mm,且彎沉差小于0.06mm),板塊間具有較好的傳荷能力,可進(jìn)行灌漿處理。舊水泥混凝土面板與基層之間由于空隙而導(dǎo)致路面沉陷的,采用灌注水泥漿進(jìn)行板下封堵,灌漿完成后的水泥混凝土板塊,需等灰漿強(qiáng)度達(dá)到3.0MPa以上后才可開(kāi)放交通。
反射裂縫是舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層時(shí)面臨的主要問(wèn)題之一,長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)外道路學(xué)者對(duì)反射裂縫的防治進(jìn)行了深入的研究,也提出了多種防治反射裂縫的措施,通常有優(yōu)化基層材料和配合比設(shè)計(jì)、提高面層厚度和改善瀝青面層的性能、加鋪土工織布或格柵、在面層和基層之間增設(shè)級(jí)配碎石層、設(shè)應(yīng)力吸收層等[3]。近年來(lái)隨著穩(wěn)定型橡膠改性瀝青路面技術(shù)的應(yīng)用,穩(wěn)定型橡膠改性瀝青應(yīng)力吸收層作為防治反射裂縫的措施在福建地區(qū)得到了很好的推廣應(yīng)用。為此,華蓮路(龍騰路-西安路)“白改黑”改造工程擬采用穩(wěn)定型橡膠改性瀝青及穩(wěn)定型橡膠改性瀝青應(yīng)力吸收層作為瀝青加鋪層。
穩(wěn)定型橡膠改性瀝青作為一種新的材料與技術(shù),是在重交瀝青中參入廢舊的輪胎橡膠粉后在高溫環(huán)境下通過(guò)攪拌、溶脹、研磨并添加一定的外加劑的作用下形成的膠結(jié)復(fù)合材料。該材料具有熱穩(wěn)定性好、不離析、不沉淀、熱儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)并可進(jìn)行批量生產(chǎn)及長(zhǎng)距離輸送等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的應(yīng)用。
穩(wěn)定型橡膠改性瀝青應(yīng)力吸收層是指以橡膠改性瀝青作為粘結(jié)劑,鋪筑于水泥混凝土路面與瀝青面層之間或半剛性基層與瀝青面層之間,為防止反射裂縫而設(shè)計(jì)的高彈性、高變形能力的橡膠改性瀝青碎石封層,它能吸收下層裂縫部位的應(yīng)力集中,防止上層瀝青路面對(duì)應(yīng)形成反射裂縫,且起到防滲水的作用[4]。該應(yīng)力吸收層在抗剪切、抗拉強(qiáng)度、防治反射裂縫等方面均優(yōu)于其他類(lèi)型的應(yīng)力吸收層,具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
(1)具有較好的抗剪切強(qiáng)度,能有效減少瀝青加鋪面層與舊水泥混凝土路面的相對(duì)位移。
(2)具有良好的防水性能、抗變形能力及良好的柔韌性,能有效阻止路表水的滲透,從而保護(hù)路面不受到水的破壞,并能減少和防治瀝青加鋪面層的反射裂縫。
(3)該應(yīng)力吸收層增加了瀝青加鋪面層與舊水泥混凝土路面之間的結(jié)合,能消除兩層結(jié)構(gòu)之間的滑移,并減少由于溫度變化引起的瀝青加鋪面層內(nèi)的拉應(yīng)力及拉應(yīng)變。
華蓮路(龍騰路-西安路)現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)形式為水泥混凝土路面,此次路面改造為“白改黑”,在水泥混凝土路面上加鋪穩(wěn)定型橡膠改性瀝青混凝土路面,為有效遏制水泥混凝土路面裂縫的反射,在水泥混凝土路面上加鋪一層1cm厚的穩(wěn)定型橡膠改性瀝青應(yīng)力吸收層。根據(jù)《龍巖中心城市主城區(qū)道路紅線規(guī)劃(2013-2030)》華蓮路為主干道,因此該道路瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為15年,利用相應(yīng)的城市道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算軟件進(jìn)行對(duì)設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底的拉應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算,設(shè)計(jì)彎沉值為L(zhǎng)d=0.241mm,經(jīng)驗(yàn)算后加鋪的瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)形式確定如下:1cm厚的穩(wěn)定型橡膠改性瀝青應(yīng)力吸收層+≥8cm厚的AC-20C型中粒式穩(wěn)定型橡膠改性瀝青混凝土調(diào)平層+4cm厚的AC-13C細(xì)粒式穩(wěn)定型橡膠改性瀝青混凝土面層。
華蓮路(龍騰路-西安路)“白改黑”改造工程已于2012年底完成,在改造完工后及時(shí)對(duì)加鋪后的復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果都能符合規(guī)范及設(shè)計(jì)的有關(guān)要求,道路改造后情況如(圖2)所示。該改造后的道路自投入使用以來(lái)使用狀況良好,并未出現(xiàn)諸如反射裂縫、滑移等病害,能滿足道路使用功能的要求,行車(chē)舒適度較好,得到了當(dāng)?shù)厥忻竦暮迷u(píng)。
圖2 道路改造后圖片
近年來(lái)龍巖市陸續(xù)對(duì)城區(qū)的一些道路如登高路、南環(huán)路、曹溪路、九一南路、西安南路等水泥混凝土路面進(jìn)行“白改黑”改造,在改造中采用1cm厚的橡膠瀝青應(yīng)力吸收層+≥8cm厚的AC-20C型中粒式穩(wěn)定型橡膠改性瀝青混凝土調(diào)平層+4cm厚的AC-13C細(xì)粒式穩(wěn)定型橡膠改性瀝青混凝土面層作為加鋪層,目前使用狀況良好,均未出現(xiàn)反射裂縫等病害。同時(shí)漳州市漳浦縣金浦路原有路面為水泥混凝土路面,在原有路面出現(xiàn)了相應(yīng)的斷板、開(kāi)裂及錯(cuò)臺(tái)等病害后于2010年進(jìn)行了“白改黑”改造,該改造方案采用穩(wěn)定型橡膠改性瀝青作為應(yīng)力吸收層用于防治瀝青加鋪層的反射裂縫,取得了很好的效果。鑒于此,通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)外舊水泥混凝土路面“白改黑”改造的研究理論成果及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)城市道路“白改黑”改造設(shè)計(jì)中舊水泥混凝土路面狀況檢測(cè)評(píng)價(jià)及處治、新型材料穩(wěn)定性橡膠改性瀝青混凝土的應(yīng)用、加鋪瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行總結(jié)與探討,以期為類(lèi)似的城市道路“白改黑”改造設(shè)計(jì)提供依據(jù)與參考。
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