水泥混凝土路面加鋪瀝青面層反射裂縫防治技術(shù)研究

王波 楊波

（綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 綿陽 621000）

0 引言

水泥混凝土路面具有強(qiáng)度剛度高、抗彎拉變形能力強(qiáng)、耐久性好、抗滑耐磨性好、養(yǎng)護(hù)保養(yǎng)成本較低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于路面結(jié)構(gòu)。但近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大部分公路現(xiàn)有交通量已超過設(shè)計(jì)初期的交通量，使得原有水泥混凝土路面出現(xiàn)了斷板、錯(cuò)臺(tái)等病害，已不能滿足正常的交通運(yùn)輸需要，為改善行車舒適性和安全性，需對(duì)路面進(jìn)行維修改造。舊路加鋪瀝青面層技術(shù)是目前常用的一種水泥混凝土路面維修改造方案。經(jīng)過改造后，新的路面結(jié)構(gòu)既兼具瀝青面層良好的力學(xué)性能、反光性能好、維修養(yǎng)護(hù)時(shí)間短、成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又能夠發(fā)揮原有水泥混凝土面層強(qiáng)度高的優(yōu)勢。但由于原有水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)存在大量的接縫和裂縫，使得加鋪瀝青面層后，在溫度變化和行車荷載的作用下，瀝青加鋪層容易出現(xiàn)反射裂縫，嚴(yán)重影響了路面的使用性能和壽命。

1 瀝青加鋪層反射裂縫成因分析

1.1 反射裂縫機(jī)理

瀝青加鋪層產(chǎn)生反射裂縫是指，下層水泥混凝土板體存在大量的接縫及裂縫，當(dāng)表面加鋪瀝青層后，在溫度、濕度等環(huán)境因素及車輛荷載反復(fù)作用下，反射在瀝青加鋪層相應(yīng)位置上的裂縫。

1.2 反射裂縫類型

1.2.1 溫度濕度作用裂縫

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，溫度及濕度變化引起的水平位移是產(chǎn)生反射裂縫的主要原因[1]。由于晝夜溫差及周期性氣溫變化的原因，下層舊水泥混凝土板體產(chǎn)生水平位移，在接縫、裂縫位置產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)下層產(chǎn)生的拉應(yīng)力超出上層瀝青抗拉強(qiáng)度時(shí)，即出現(xiàn)反射裂縫；在高溫條件下，由于瀝青和水泥混凝土的溫度線膨脹系數(shù)不同，瀝青加鋪層出現(xiàn)較大的膨脹，而水泥混凝土層膨脹量較小，在下層的限制下，上層出現(xiàn)反射裂縫。

1.2.2 交通荷載作用裂縫

交通荷載造成的反射裂縫主要是由于剪切變形產(chǎn)生的豎向位移[2]。由于下層舊水泥混凝土板體存在接縫、裂縫，造成板體整體的強(qiáng)度降低，瀝青加鋪層在直接承受車輛荷載作用時(shí)，就會(huì)將車輛的豎向荷載向下傳遞，當(dāng)車輛荷載作用在接縫、裂縫位置時(shí)，在接縫、裂縫兩側(cè)產(chǎn)生豎向位移，引起上層瀝青加鋪層承受剪切應(yīng)力，出現(xiàn)豎向位移，當(dāng)相應(yīng)的剪切應(yīng)力超出瀝青加鋪層抗剪強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)在接縫、裂縫等位置出現(xiàn)荷載作用造成的反射裂縫。

2 反射裂縫防治技術(shù)

2.1 應(yīng)力吸收層

將單一粒徑的石料均勻的滿鋪在加鋪瀝青層上，用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行嵌擠碾壓，瀝青被擠壓到石料高度的約3/4，石料嵌鎖形成后將構(gòu)成結(jié)構(gòu)性支撐，這時(shí)所形成碎石封層模式的路面即為瀝青應(yīng)力吸收層。在瀝青應(yīng)力吸收層中，高用量的瀝青與單一粒徑的碎石強(qiáng)力粘結(jié)，形成約1cm厚的裂縫反射結(jié)構(gòu)層，舊水泥路面的各種裂縫將很難穿透該層，可以有效遏制裂縫的反射。

2.2 破碎舊水泥混凝土路面

當(dāng)舊路面斷板、錯(cuò)臺(tái)等病害較為嚴(yán)重時(shí)，通常對(duì)舊路面進(jìn)行破碎，破碎后經(jīng)碾壓作為下承層，其上加鋪瀝青面層。破碎后塊體之間的裂縫需貫穿板厚，以分散和消減應(yīng)力、應(yīng)變，同時(shí)裂縫也不宜過寬，否則易引起行車荷載在裂縫處的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力集中[3]。蘇衛(wèi)國，李曉華[4]利用有限元軟件模擬了不同舊路面板破裂尺度對(duì)瀝青加鋪層荷載應(yīng)力、溫度應(yīng)力的影響以及對(duì)舊路面板回彈模量實(shí)測值的影響。隨著破裂尺寸的減小，瀝青加鋪層的荷載應(yīng)力只是有了小幅度減小，影響并不大，同時(shí)對(duì)溫度應(yīng)力的影響卻十分明顯，破裂尺寸越小，溫度應(yīng)力下降越迅速，但是破碎后舊路面板尺寸減小之后，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也隨之降低，在既能最大限度減少瀝青加鋪層反射裂縫，又能保證破碎舊路面作為新加鋪瀝青層基層滿足承載力的要求的同時(shí)，推薦破碎舊水泥混凝土路面板的破裂尺度為50～80cm。

2.3 瀝青加鋪層厚度

研究表明，瀝青加鋪層厚度大小對(duì)反射裂縫的出現(xiàn)和變化起到較為明顯的影響。為延緩反射裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，可以適當(dāng)增加瀝青加鋪層厚度。增加加鋪層厚度，一方面可以對(duì)舊水泥混凝土路面板體保溫，減少溫度變化原因產(chǎn)生的舊水泥混凝土板體水平位移；同時(shí)，路面整體厚度提高后，使得路面結(jié)構(gòu)層的抗彎拉能力明顯提升，可有效減少由于交通荷載作用下在裂縫、接縫處的豎向位移，從而達(dá)到有效防治反射裂縫的目的。普遍認(rèn)為加鋪層的合理厚度范圍為9～15cm，為防止或延緩加鋪層反射裂縫的出現(xiàn)，瀝青協(xié)會(huì)建議瀝青加鋪層不應(yīng)低于10cm[5]。

2.4 設(shè)置裂縫緩解層

大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）是一種新型的瀝青混合料，通常由較大粒徑（25～62mm）的單粒徑集料形成骨架由一定量的細(xì)集料形成填充而組成的骨架型瀝青混合料[6]。LSPM 級(jí)配經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)，其形成了單一粒徑骨架嵌擠，并且采用少量細(xì)集料進(jìn)行填充，提高混合料模量與耐久性，在滿足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，其空隙率一般為13%～18%，因此其既具有良好的排水性能又具較高模量與耐久性。級(jí)配良好的LSPM 可以抵抗較大的塑性和剪切變形，承受重載交通的作用，具有較好的抗車轍能力，提高了瀝青路面的高溫穩(wěn)定性；特別是對(duì)于低速、重車路段，需要的持荷時(shí)間較長時(shí)，設(shè)計(jì)良好的LSPM 與傳統(tǒng)的瀝青混凝土相比，顯示出十分明顯的抗永久變形能力，由于LSPM 有著較大的粒徑和較大的空隙，它可以有效地減少反射裂縫。

2.5 鋪設(shè)玻纖格柵

玻纖格柵在瀝青加鋪層中作為剛性較大的硬夾層，起到了抑制應(yīng)力、釋放應(yīng)變的作用。作為瀝青混凝土的增強(qiáng)材料，可以提高加鋪層結(jié)構(gòu)的抗拉、抗剪性能，從而減少裂縫。實(shí)踐表明，改變方向的水平裂縫對(duì)應(yīng)的斷裂能從起始點(diǎn)移動(dòng)0.6m，寬度大于1.5m 的增強(qiáng)材料可以保證斷裂兩側(cè)的能量完全耗散。同時(shí)，可以分散上述壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，在兩個(gè)應(yīng)力區(qū)之間形成一個(gè)緩沖帶，應(yīng)力不是突然變化而是逐漸變化的，減少了應(yīng)力突變對(duì)瀝青面層的損傷。

3 結(jié)語

由于交通量的增長，大量的水泥混凝土路面板體出現(xiàn)破損，嚴(yán)重影響了行車舒適性和安全性，在舊水泥路面上加鋪瀝青層由于可兼具水泥混凝土和瀝青材料的優(yōu)勢，是目前最有效的舊路改造形式，但是在溫度和荷載的雙重作用下，會(huì)出現(xiàn)反射裂縫，不僅增加了維修保養(yǎng)成本，而且嚴(yán)重影響了使用壽命。文章對(duì)反射裂縫的成因及機(jī)理進(jìn)行分析研究，提出了設(shè)置應(yīng)力吸收層、破碎舊水泥混凝土路面作為下承層、增加加鋪層厚度、設(shè)置大粒徑透水性瀝青裂縫緩解層、鋪設(shè)玻纖格柵等措施防治反射裂縫的出現(xiàn)和延緩反射裂縫的發(fā)展，從而有效的增加了道路的使用壽命。