應(yīng)力吸收層在復(fù)興路大修工程中的技術(shù)應(yīng)用

袁海燕

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市 100082）

1 工程概述

復(fù)興路（二環(huán)—四環(huán)）始建于上世紀(jì)60年代末期，是配合修建地鐵工程的道路恢復(fù)工程。道路雙向行駛，二環(huán)—三環(huán)路段紅線寬95 m，雙向8～10條車道，路面寬35.2 m。三環(huán)—四環(huán)路段紅線寬80 m，路面寬22.2 m，雙向5～6條機(jī)動車道，路面總寬22.2 m。

原路面結(jié)構(gòu)為水泥混凝土結(jié)構(gòu)，分兩層施做，上層為12 cm厚300號混凝土，下層為200號混凝土。復(fù)興路水泥混凝土基礎(chǔ)橫向分塊為6 m+5.1 m+5.1 m+6 m，縱向一般分塊為10 m，個(gè)別為9～12 m。2000年復(fù)興路進(jìn)行瀝青罩面處理，處理結(jié)構(gòu)厚度8 cm。

2014年啟動大修工程，經(jīng)現(xiàn)況調(diào)查面層經(jīng)過14年使用后病害類型主要為反射裂縫、車轍、網(wǎng)裂及碎裂。反射裂縫是“白改黑”后瀝青路面的典型病害，大部分為中重度反射裂縫。本工程的難點(diǎn)為反射裂縫的處置。

2 反射裂縫成因分析[1-3]

反射裂縫是水泥混凝土基礎(chǔ)加鋪瀝青面層的一種常見病害，在溫度和車輛荷載的反復(fù)作用下，瀝青混凝土加鋪層受張拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力作用在水泥混凝土板縫接縫處出現(xiàn)的裂縫。舊混凝土板由于溫度變化在接縫處反復(fù)張開或縮小，其張拉應(yīng)力使瀝青混凝土面層產(chǎn)生疲勞開裂，即溫縮型反射裂縫；舊混凝土板接縫兩側(cè)相鄰板塊產(chǎn)生豎向位移差使瀝青混凝土加鋪層出現(xiàn)較大的剪切應(yīng)力，導(dǎo)致瀝青面層開裂，即荷載型反射裂縫。是反射裂縫產(chǎn)生的原因。

反射裂縫發(fā)育擴(kuò)展后如不及時(shí)進(jìn)行灌縫處理，水分通過裂縫下滲，滯留在混凝土板與瀝青層之間，經(jīng)過長時(shí)間腐蝕和凍融破壞，導(dǎo)致混凝土局部強(qiáng)度喪失，嚴(yán)重的會碎裂或成粉末狀；混凝土基層出現(xiàn)局部坑槽，見圖1、圖2。水分下滲至道路基層，基層會發(fā)生唧漿和空洞等破壞形式，造成基層強(qiáng)度喪失，容易引起路面豎向沉降，從而導(dǎo)致瀝青混凝土面層進(jìn)一步的損壞。直觀表現(xiàn)為反射裂縫周邊瀝青混凝土出現(xiàn)碎裂或者沉陷。

圖1 混凝土板周邊破損

圖2 混凝土板周邊坑槽

反射裂縫發(fā)育的中后期，其周圍的瀝青混凝土?xí)殡S有網(wǎng)裂、碎裂甚至坑槽、沉陷等病害。反射裂縫按其不同的發(fā)育程度分類更為直觀并具可操作性。具體可分為三類，標(biāo)準(zhǔn)見表1。典型裂縫見圖3～圖6。

表1 反射裂縫分類表

圖3 重度典型橫縫

圖4 重度典型橫縫

圖5 中度典型橫縫

圖6 輕度典型橫縫

復(fù)興路（三環(huán)—四環(huán)）橫向板縫共計(jì)總長12 610 m，其中中度、重度裂縫長度9 702 m，占總長度的76.9%。輕度橫縫2 908 m，占總長度的23.1%?？v向板縫共計(jì)23 412.6 m，中、重度反射縱縫共計(jì)8 452.5 m，占總長度的36.1%，輕度裂縫占總長度63.9%。統(tǒng)計(jì)見表2、表3。

表3 西長安街（復(fù)興路）反射縱縫破壞統(tǒng)計(jì)表

表2 西長安街（復(fù)興路）反射橫縫破壞統(tǒng)計(jì)表

3 關(guān)鍵技術(shù)方案選定

3.1 應(yīng)力吸收層的選定

通過對復(fù)興路原有路面結(jié)構(gòu)、現(xiàn)況破損狀況以及現(xiàn)況交通組成結(jié)果分析，在溫差和荷載的反復(fù)作用下，舊混凝土路面的接縫處的溫縮變形引起表層開裂。實(shí)踐證明，在混凝土板和瀝青加鋪層間設(shè)置應(yīng)力吸收材料能有效的延緩反射裂縫的發(fā)生。目前普遍采用的分為三類，即應(yīng)力吸收層、土工織物和土工格柵，優(yōu)缺點(diǎn)對比見表4。

表4 應(yīng)力吸收材料性能對比表

土工格柵類材料使用范圍廣，且價(jià)格較低，但不具備防水能力。通過前述分析來看，水損害是加劇反射裂縫發(fā)展的重要原因，因此用土工格柵類材料進(jìn)行反射裂縫處理也是不適宜的。

土工織物類材料性能及價(jià)格介于應(yīng)力吸收層材料與土工格柵類材料之間，既能滿足局部貼縫處理需要，又能起到防水作用。首先通過反射裂縫進(jìn)行病害調(diào)查統(tǒng)計(jì)，輕度反射橫縫長度占總長度的23.1%。輕度反射縱縫長度占總長度的63.9%。輕度裂縫的數(shù)量較大，如果僅對中、重度反射裂縫進(jìn)行開縫處理，未處理的輕度反射裂縫存在較大的安全隱患。其次考慮剩余路面瀝青材料的性能，反射裂縫局部處理后，剩余的瀝青面層為使用13 a后瀝青面層老化，其殘余性能無法鑒定是否能達(dá)到規(guī)范指標(biāo)要求。因此本工程從材料性能、整體性考慮不適宜采用土工織物類材料處理反射裂縫。

經(jīng)過方案比選最終選定對瀝青路面整體銑刨后加鋪應(yīng)力吸收層的處理方式。采用加鋪2.5 cm應(yīng)力吸收層的技術(shù)方案延緩反射裂縫的發(fā)生，同時(shí)以公交車道實(shí)際接地壓強(qiáng)1.0 MPa，地面溫度按70℃進(jìn)行材料指標(biāo)設(shè)計(jì)，對瀝青面層材料，分別對高溫、低溫、水穩(wěn)定性等提出相應(yīng)的指標(biāo)要求，解決公交車道的車轍問題。

3.2 應(yīng)力吸收層的作用

（1）應(yīng)力吸收作用：由于應(yīng)力吸收層具有一定的柔韌性，當(dāng)瀝青路面板受到?jīng)_擊后，應(yīng)力吸收層也會因受壓而產(chǎn)生變形，從而緩解瀝青面層對基層的沖擊，較好地分散瀝青面層和基層之間的應(yīng)力，減弱車輛荷載的沖擊振動影響，使水泥混凝土路面板實(shí)際受到的荷載有所減小，即減小了荷載應(yīng)力，改善了路面的工作狀況，應(yīng)力吸收層發(fā)揮了應(yīng)力吸收的作用。

（2）抗裂作用：應(yīng)力吸收層可以減弱車輛荷載對瀝青路面的沖擊荷載，設(shè)置的應(yīng)力吸收層承受基層頂面溫縮裂縫產(chǎn)生的拉應(yīng)力，應(yīng)力吸收層具有抗裂性能好、適應(yīng)變形能力強(qiáng)，能有效阻止基層開裂后向路面板擴(kuò)展、延伸的趨勢，消弱反射裂縫對路面的影響。

（3）防水作用：由于應(yīng)力吸收層密實(shí)不透水，起到隔水作用，能有效防止由瀝青面層產(chǎn)生的溫縮裂縫。因此，設(shè)置應(yīng)力吸收層，可有效地保護(hù)基層，從而使瀝青混凝土路面具有良好的耐久性，并且充分發(fā)揮使用壽命長的特點(diǎn)。

（4）設(shè)置應(yīng)力吸收層可改善車輛的行駛條件和乘車的舒適性，降低行車噪音。

4 應(yīng)力吸收層材料指標(biāo)要求

應(yīng)力吸收層瀝青混合料在延緩舊水泥混凝土路面反射裂縫問題方面具有明顯優(yōu)勢，本次西長安街道路大修工程中在地鐵防爆層上水泥混凝土路面設(shè)置高黏高彈改性瀝青混合料應(yīng)力吸收層，應(yīng)力吸收層混合料的施工工藝、質(zhì)量管理及驗(yàn)收參照如下規(guī)定執(zhí)行。

4.1 瀝青膠結(jié)料及添加劑性能

應(yīng)力吸收層采用高粘高彈改性瀝青，其技術(shù)要求見表5。

表5 高粘高彈改性瀝青技術(shù)要求

4.2 礦料級配

應(yīng)力吸收層由3～5 mm石料、0～3 mm機(jī)制砂、天然砂、礦粉、特種高彈性改性瀝青組成。原材料除滿足國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）外，還必須滿足下表的相關(guān)技術(shù)要求。見表6。

表6 應(yīng)力吸收層混合料礦料級配

4.3 配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)

應(yīng)力吸收層采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法成型試件，成型試件直徑100 mm，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀的單位壓力為600 kPa，設(shè)定旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)為50次。根據(jù)混合料體積性質(zhì)、力學(xué)性能確定最佳瀝青用量。應(yīng)力吸收層瀝青混合料的礦料級配和混合料性能技術(shù)要求見表 7、表 8。

表7 應(yīng)力吸收層混合料礦料級配

表8 應(yīng)力吸收層混合料性能要求

4.4 改性乳化瀝青粘層油（高黏）技術(shù)要求

應(yīng)力吸收層施工前必須灑布SBS改性乳化瀝青黏層，代號為 PCR-SBS，灑布量為 0.2～0.3 kg/m2，殘留物含量63%，對SBS改性粘層油提出動力黏度（60℃）不小于1 500的性能指標(biāo)。應(yīng)力吸收層混合料鋪筑前，在舊水泥混凝土路面上應(yīng)灑布改性乳化瀝青黏層，改性乳化瀝青不得稀釋，應(yīng)采用灑布車機(jī)械灑布，實(shí)際灑布量可根據(jù)路面表面狀況和清潔程度進(jìn)行調(diào)整，見表9。

表9 改性乳化瀝青技術(shù)要求

4.5 驗(yàn)收指標(biāo)

應(yīng)力吸收層的密實(shí)度驗(yàn)收采用壓實(shí)度和現(xiàn)場空隙率雙指標(biāo)控制，厚度、瀝青用量、級配的控制標(biāo)準(zhǔn)見下表。應(yīng)力吸收層的外觀、接縫、厚度、平整度、寬度、縱斷面高程、橫坡等驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與《北京市城市道路工程施工技術(shù)規(guī)范》（DBJ 01-45—2000）、《城鎮(zhèn)道路工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ 01-11—2004）等技術(shù)規(guī)范中要求一致，見表10。

表10 現(xiàn)場檢測驗(yàn)收指標(biāo)

5 結(jié) 語

本工程應(yīng)力吸收層、應(yīng)力吸收層與水泥混凝土間噴灑的改性乳化瀝青粘層油（高粘）是工程的技術(shù)難點(diǎn)。為提高技術(shù)質(zhì)量，還有很多設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)。（1）為保證路面平整度，對混凝土板處理采用精銑刨技術(shù)。將路面面層平整度控制指標(biāo)提高到不大于1 cm。（2）為適應(yīng)工程夜間施工，次日開放交通的特點(diǎn)，采用低溫型加熱施工式橡膠瀝青填縫料。（3）提出符合實(shí)際情況的材料指標(biāo)控制，為提高路面抗車轍能力，按公交車道實(shí)際接地壓強(qiáng)1.0 MPa，地面溫度70℃進(jìn)行材料指標(biāo)設(shè)計(jì)。