水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土裂縫緩解方案

周　濤（貴州省六盤水市城市建設(shè)投資有限責(zé)任公司，貴州六盤水553000）

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水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土裂縫緩解方案

周濤（貴州省六盤水市城市建設(shè)投資有限責(zé)任公司，貴州六盤水553000）

為了提高舊水泥混凝土路面的舒適性，在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土的方案已在高速公路、國(guó)省道及各級(jí)道路上廣泛應(yīng)用。在舊水泥混凝土路面上加鋪的瀝青混凝土面層容易開裂，目前尚未有成熟的解決方案，基于多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與探索，本文對(duì)面層裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析與總結(jié)，并提出了緩解裂縫的產(chǎn)生的方法。研究表明，本文提出的方法對(duì)緩解白加黑路面開裂，提高其形成舒適性具有較好的指導(dǎo)作用。

水泥混凝土路面；瀝青混凝土加鋪；應(yīng)力吸收層；開裂；解決方案

緒論

水泥路面因其抗彎強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)在道理建設(shè)中得到一定的應(yīng)用，但隨著交通量的增加及路面使用年限的臨近，水泥混凝土路面破損日益嚴(yán)重，行車舒適性降低，因此，針對(duì)舊水泥混凝土路面改造的項(xiàng)目越來(lái)越多。瀝青混凝土路面同水泥混凝土路面相比具有行車車舒適、噪聲小、灰塵少等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土的方案可以最大化利用舊有道路資源，具有生態(tài)環(huán)保、道路標(biāo)高提高幅度小、工期短，便于路面養(yǎng)護(hù)與維修等優(yōu)點(diǎn)，能較好的改善舊有水泥混凝土路面的使用性能，提高了行車品質(zhì)，因此，白加黑路面技術(shù)廣泛的應(yīng)用于混凝土路面改造。但在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于舊混凝土路面裂縫及外界環(huán)境的影響往往導(dǎo)致上面瀝青混泥土罩面較快的出現(xiàn)反射裂縫及溫度裂縫，嚴(yán)重降低了道路的使用壽命。本文針對(duì)該現(xiàn)象，結(jié)合多年的經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施進(jìn)行分析，以期提高白加黑道路的使用壽命。

1　裂縫產(chǎn)生的原因分析

舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土裂縫主要的表現(xiàn)形式為反射裂縫，舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青層后，下板的接、裂縫會(huì)在加鋪層表面反映出來(lái)，是種與下板接裂縫相對(duì)應(yīng)的裂縫。通常分為兩種：荷載型反射裂縫和溫度型反射裂縫。當(dāng)車輛行過(guò)不連續(xù)的板體時(shí)，瀝青混凝土加鋪層中由于接裂縫兩側(cè)相鄰板塊產(chǎn)生豎向位移差，而出現(xiàn)較大的剪應(yīng)力，這種剪切應(yīng)力是瀝青混凝土加鋪層產(chǎn)生荷載型反射裂縫最主要的原因，這種裂縫稱為荷載型反射裂縫。當(dāng)車輪位于裂縫正上方時(shí)，以張開模式引起反射裂縫，一般產(chǎn)生于罩面層底部，向上擴(kuò)展，如圖1所示；當(dāng)車輪位于接縫的一側(cè)時(shí)，主要以剪切模式影響反射裂縫，裂縫在罩面中沿一定角度向上發(fā)展，如圖2所示。在重載交通影響下，荷載型反射裂縫會(huì)加速發(fā)展。此種裂縫是由于下層混凝土板體的豎向運(yùn)到造成的。

圖1　車輪作用在接縫處裂縫成因示意圖

圖2　車輪作用在非接縫處裂縫成因示意圖

路面受氣溫周期性變化的影響而縮脹，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，由于舊水泥混凝土路面的應(yīng)力在接裂縫處不連續(xù)，因此瀝青加鋪層同時(shí)承受它本身以及舊路面所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力；瀝青混凝土加鋪層會(huì)因?yàn)榕c接裂縫對(duì)應(yīng)處的拉應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生開裂，這種裂縫稱為溫度型反射裂縫，是由于下層混凝土板體的水平運(yùn)到造成的，如圖3～4所示。

圖3　溫度型反射裂縫成因示意圖

圖4　反射裂縫擴(kuò)展模型

2　裂縫產(chǎn)生后對(duì)路面的影響

瀝青路面出現(xiàn)反射性裂縫后，水從裂縫進(jìn)入，滲入粘層與水泥混凝土板的界面上，由于荷載的作用下產(chǎn)生的動(dòng)水壓力作用，以及滲水在高溫時(shí)化成水汽，使瀝青面層與水泥混凝土板的粘結(jié)力降低，瀝青混合料逐漸從水泥混凝土路面剝離，甚至成為滑動(dòng)的界面狀態(tài)，瀝青面層成為一個(gè)單獨(dú)受力的層次，就會(huì)出現(xiàn)很大的水平剪應(yīng)力和底部的彎拉應(yīng)力，必將導(dǎo)致瀝青面層的迅速破壞。同時(shí)水逐漸積聚在剛性路面基層與水泥混凝土板的界面上，不能排走，在荷載作用下形成灰漿，從路面薄弱的地方首先開始產(chǎn)生唧漿，隨著滲水量的增加，積聚面積擴(kuò)大，伴隨水損壞與疲勞的共同作用，有的成為坑槽，有的擴(kuò)展為網(wǎng)裂，如果不及時(shí)修補(bǔ)，發(fā)展將十分迅速。

3　國(guó)內(nèi)外主要的解決方案

舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層主要有如下四種做法：①增加瀝青加鋪層厚度，此方案造價(jià)增加較多，并且路面標(biāo)高抬高較多，并且對(duì)反射裂縫的延緩效果不明顯。②設(shè)置土工織物夾層，在舊水泥混凝土路面與新鋪瀝青混凝土面層之間設(shè)置一層土工布或土工格柵，此方案分散了舊水泥混凝土路面接縫（裂縫）處的應(yīng)力集中，在一定程度上能緩解裂縫的出現(xiàn)。③破碎舊水泥混凝土板。舊水泥混凝土板破碎后或運(yùn)走或加入固化劑作為新鋪瀝青混凝土路面的底基層或基層。運(yùn)走舊水泥混凝土板的方案對(duì)環(huán)境影響較大，同時(shí)破碎及運(yùn)輸成本較大；加入固化劑作為新鋪瀝青混凝土路面底基層或基層的方案對(duì)路面標(biāo)高增加較大，對(duì)有標(biāo)高控制要求的道路特別是城市道路影響較大，同時(shí)破碎及固化成本較高。④鋪設(shè)應(yīng)力吸收層。目前常采用的應(yīng)力吸收層有橡膠瀝青應(yīng)力吸收層、Strata及Saf應(yīng)力吸收層等，通常這些應(yīng)力吸收層價(jià)格昂貴，工程投資增加較多。

緩解舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土裂縫的方案應(yīng)根據(jù)舊水泥混凝土路面的實(shí)際情況、交通荷載及溫度變化等確定。本文認(rèn)為應(yīng)該從限制溫度型反射裂縫、限制荷載型反射裂縫及裂縫產(chǎn)生后限制裂縫擴(kuò)散三方面入手。

限制溫度型反射裂縫可采用鋪設(shè)土工布、玻纖格柵或細(xì)鋼筋網(wǎng)等彈性模量較大的材料，依靠材料的彈性模量及粘結(jié)力限制舊水泥混凝土板之間的水平位移。筆者認(rèn)為對(duì)于溫差變化大的城市或路段，應(yīng)加強(qiáng)該層的設(shè)計(jì)與施工。

限制荷載型反射裂縫主要應(yīng)從控制舊水泥混凝土路面的彎沉特別是接縫及裂縫處的彎沉差入手，防止接縫或裂縫兩側(cè)板塊的傳荷能力不足，造成不均勻荷載作用下豎向位移差較大，從而引起瀝青混凝土加鋪層的開裂。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于整體灣沉大于45的路段，應(yīng)采取打裂或各種碎石化技術(shù)將混凝土板打碎，并做相應(yīng)處理。對(duì)于接縫及裂縫兩側(cè)板體彎沉差大于6的板塊應(yīng)加以處理，使兩側(cè)板體的彎沉差小于6。對(duì)于交通量及交通荷載較大的路段，應(yīng)嚴(yán)格控制彎沉差。對(duì)于兩側(cè)板體的彎沉差大于6的兩側(cè)板體應(yīng)采用壓漿封填或增設(shè)拉桿等措施，嚴(yán)格控制接縫（裂縫）兩側(cè)板體的豎向位移差。

限制裂縫擴(kuò)散應(yīng)設(shè)置應(yīng)力吸收層與加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)兩者結(jié)合的方案效果較為明顯。應(yīng)力吸收層的作用：①防止接縫（裂縫）處應(yīng)力集中；②使瀝青混凝土加鋪層裂縫與舊水泥混凝土路面裂縫（接縫）錯(cuò)位，如圖5～6所示；③應(yīng)力吸收層具有防水性能，防止水下滲。

圖5　加鋪應(yīng)力吸收層后裂縫位置及應(yīng)力擴(kuò)散示意圖

圖6　未加鋪應(yīng)力吸收層后裂縫位置及應(yīng)力擴(kuò)散示意圖

對(duì)比圖5～6可看出，加鋪應(yīng)力吸收層后，加鋪層裂縫與舊水泥混凝土路面接縫（裂縫）發(fā)生錯(cuò)位，使得路面滲水不會(huì)直接從舊水泥混凝土路面接縫（裂縫）處滲入路基。根據(jù)長(zhǎng)期工程實(shí)踐，富油的瀝青砂作為應(yīng)力吸收層效果較好，且價(jià)格相對(duì)便宜，施工方便，同時(shí)隨著溫度的升高，富油瀝青砂通過(guò)塑性變形對(duì)舊水泥混凝土接縫（裂縫）及加鋪層裂縫有填充的作用。

4　實(shí)際工程案例

本文就貴州省某縣城舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層為例，進(jìn)一步論述舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層的工藝流程及注意事項(xiàng)。該項(xiàng)目至今已有3年，路面裂縫較少。設(shè)計(jì)主要工藝流程為：①對(duì)舊水泥混凝土路面逐塊進(jìn)行彎沉測(cè)量，對(duì)彎沉不合格及彎沉差不合格的板塊進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)錯(cuò)臺(tái)、斷板等常見病害進(jìn)行修復(fù)。②清縫及灌縫。施工前應(yīng)逐個(gè)檢查混凝土面板的接縫，對(duì)已經(jīng)損壞的接縫應(yīng)進(jìn)行修復(fù)。先清除接縫內(nèi)雜物，接縫干燥后應(yīng)用灌縫機(jī)灌縫。③舊水泥混凝土路面整體拉毛2cm，此措施增加了舊水泥混凝土路面的粗糙度。④灑布粘層瀝青。在灑布瀝青前應(yīng)將混凝土碎塊、灰塵等雜物清掃干凈，并用高壓水沖洗潔凈，確保路面無(wú)污染，在路面干燥后方可灑瀝青。⑤鋪設(shè)玻纖格柵。鋪設(shè)前應(yīng)在水泥混凝土面層上涂刷熱瀝青（每平方米不小于0.7L），確保玻纖格柵平順，并與混凝土路面緊密結(jié)合。⑥鋪筑應(yīng)力吸收層，應(yīng)力吸收層采用2cmSBS改性瀝青砂，其油石比提高10%。⑦加鋪8cm瀝青面層，瀝青混凝土上面層采用3cm厚SBS改性瀝青AC-10（摻3%聚炳烯腈纖維），瀝青混凝土下面層采用5cm厚普通道路石油瀝青AC-16。

圖7　加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

5　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)理論及實(shí)踐檢驗(yàn)，本文認(rèn)為防止舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層的反射裂縫最重要的是如下三點(diǎn)：

（1）舊水泥混凝土路面特別是接縫（裂縫）兩側(cè)混凝土板塊彎沉差，對(duì)控制由于荷載引起的反射裂縫有很重要的作用。

（2）是設(shè)置應(yīng)力吸收層。應(yīng)力吸收層不僅能緩解接縫（裂縫）處的峰值應(yīng)力，而且能防止路面水滲入舊水泥混凝土路面，對(duì)加鋪層裂縫的產(chǎn)生及擴(kuò)散均有限制作用。

（3）控制舊水泥混凝土板塊之間相對(duì)水平位移，通過(guò)與瀝青粘結(jié)較好、彈性模量較高的土工布、玻纖格柵等措施能有效地控制水泥混凝土板塊之間的相對(duì)位移，減輕溫度型反射裂縫的產(chǎn)生。

［1］趙安華.水泥混凝土路面改造分析［J］.交通建設(shè)，2007，22（6）：44～45.

［2］周尚東.土工格柵在城市水泥混凝土路面改造中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2009，35（14）：272～273.

［3］《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ169-2012）［S］.

周 濤（1985-），男，貴州六枝人，工程師，本科，主要從事市政工程項(xiàng)目建設(shè)管理工作。

U416.217

A

2095-2066（2016）10-0166-02

2016-3-8