常州地区旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的几种做法

常州地区旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的几种做法吴祖德摘要本文结合常州地区“白改黑”多种改造方案，对目前常用的防治反射裂缝的措施进行了分折，以及对旧水泥混凝土路面进行破碎利用技术应用于白改黑工程中，也作了简介。在此基础上结合常州地区工程实例，以及外省市的已有经验，进行分折对比，提出参考意见，供相关专业技术人员参考讨论。关键词城市道路旧水泥路面沥青混凝土加铺层反射裂缝防治措施工程实例1前言旧水泥混凝土路面改造一般可有三种情况：（1）完全挖除：翻修一般仅适用于旧水泥混凝土路面破损已经十分严重，无法进行水泥混凝土加铺、或沥青混凝土加铺、或路面标高受到限制的路段；（2）破碎利用：在旧水泥混凝土面层的结构损坏较严重，断板率较高，对损坏板进行修复后再采取其他措施已不经济时，才采用对旧水泥混凝土板进行破碎利用；（3）不破碎利用：加铺沥青混凝土，即所谓“白改黑”加铺改造，造价较低、施工方便、对交通影响小，同时有效地改善了原水泥混凝土路面的行车条件，是目前经常采用的水泥路面修复措施。旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土层后，路面形成了刚柔相济的复合结构路面。两种材料性能差异大，又由于旧路面板上存在接缝和裂缝，并常常伴有错台、脱空现象，这使其路面结构内部应力分布极其不均匀。在温度和交通荷载的作用下，沥青加铺层在原有接（裂）缝处出现裂缝，即所谓的反射裂缝。反射裂缝本身对加铺层的使用性能影响不大，但是环境因素的负面影响（雨水、氧化等）使得裂缝迅速向四周扩散，同时随着雨水的进入，造成路面结构内部的破坏，从而引起加铺层的病害，如龟裂、坑洞等。反射裂缝的发生将严重影响沥青加铺层的使用寿命，造成“白改黑”工程的失败。反射裂缝是“白改黑”工程的常见病害和主要问题，很多旧水泥混凝土路面沥青加铺层在通车1至2年内路面就出现了开裂，有的4至6年后，路面局部出现反射裂缝和损害。如何控制与防止反射裂缝已成为旧水泥混凝土路面沥青加铺层设计与研究的关键技术。2沥青加铺层防反射裂缝措施一般认为温度变化而产生的水平位移导致接缝与沥青加铺层出现拉应力集中，以及交通荷载作用而产生的竖向弯沉使接缝上沥青加铺层经受较大的剪切应力。通常认为，温度应力引起反射裂缝的产生并参与了最初的扩展，而荷载应力加速了裂缝的进一步扩展。基于反射裂缝机理的研究，国内外研究人员先后尝试了各种方法和材料以防止或延缓反射裂缝。2.1旧水泥板的修补与加固对旧水泥板的处治是共同采用的一种基本措施。但是这种措施的效果是有限的，首先它对于温度型反射裂缝基本起不到作用，其次由于这种处治方法不可能完全消除板块间弯沉差异，而且注浆区域原来就是基层病害区，其注浆强度在水等作用下会遂步下降。虽然“白改黑”工程均采用了对旧版处治，但仍然出现了反射裂缝等病害。所以旧板处治肯定要做，加铺前把水泥混凝土板按公路养护技术规范要求处治好，尽量减少原水泥混凝土板接缝处的竖向和水平相对位移。强度上能满足通行汽车的要求，但还不能解决反射裂缝等的病害。2.2增加沥青罩面层厚度国际上通用的结论是需要将沥青面层厚度增加至15cm～25cm。同济大学基于有限元的方法计算研究表明每增加1cm沥青层厚度，可减少加铺层底面弯沉差5%左右；但是增加到一定厚度，防治反射裂缝的效果不明显，而会将大幅度增加路面造价，也不经济。有关资料表明：5cm厚的加铺层，当年冬季就有部分反射裂缝发生，使用4年后有加铺层全部发生反射裂缝；10cm厚加铺层，使用4年后有95%反射裂缝；15cm厚加铺层，使用4年只有24%的反射裂缝；另一方面可能会受到路面标高的限制，而且夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙，而会削弱由于旧水泥混凝土板作基层而产生的强基薄面的优势，故这一方法有很大的局限性。2.3设置应力或应变吸收夹层在旧水泥混凝土路面和加铺层之间设置夹层，可以使沥青层底面应力或应变离开应力集中的接缝或裂缝端部而减低，同时也改变了加铺层结构（包括夹层在内）的抗拉和抗剪能力。其主要类型有橡胶沥青应力吸收夹层（SAMI）、土工织物夹层、土工格栅夹层等三大类，这种结构一般设置于加铺层底部，其目的是减少裂缝尖端的拉应力，起到应力缓解和加筋作用。能消散裂缝或接缝在荷载作用下的应力集中，也缓解来自车辆荷载的应力。同时可解决新建路面半刚性或刚性基层后期产生温缩、干缩裂缝引发路面早期反射裂缝的问题。SAMI是一层柔韧的应力吸收层，内应力水平很低，只有0.074MPa，但是应变很大，可以达到969个微应变。它是一种高弹性、低劲度的软夹层，其作用是降低旧水泥混凝土与沥青加铺层之间的粘附阻力，从而减少温度下降引起的反射裂缝；它的弹性恢复好，变形能力强，可吸收水泥混凝土板接缝或裂缝的应力、应变。力学分析表明，设置应力吸收层后，接缝处剪应力减少为不设应力吸收层时的1/2，拉应力减少1/3，能有效减缓水泥混凝土板加铺层反射裂缝。它采用层铺法施工，目前已经实现了全机械施工，是一项成熟的技术。SAMI实现从阻隔反射裂缝到消散反射裂缝的转变，着重从防裂机理上解决问题，符合辩证的思维方式。既考虑材料的特殊性，又分析路面结构对反射裂缝形成的影响。从材料和结构两方面解决沥青加铺层反射裂缝问题。应力吸收层防裂技术是在深入分析反射裂缝成因的基础上，提出的防裂措施，从粘弹—流变的角度消除裂缝处的应力集中，吸收了来自交通荷载的应力，缓解了层间的张拉或剪切作用，具有显著的防裂效果。近年来采用同步碎石方法施工，有效地保证施工质量，提高了作业效率。采用土工格栅和土工布作为夹层其防反射裂缝机理是土工织物和纤维格栅内应力通常随着降温速率的减少而增大；自身具有较高的抗拉模量，可以消散裂缝尖端的应力集中。另外土工织物和纤维格栅在一定程度上破坏了层间的连续状态，降低了结构的整体性，影响土工织物和格栅防裂作用的发挥。故采用土工织物时，一定要做到铺设平整，粘层油洒布均匀。2.4设置裂缝松弛/延缓层在沥青加铺层和旧水泥混凝土路面之间设置一层由开级配沥青碎石混合料或级配碎石组成裂缝缓解层。经试验检测表明，其防裂效果良好。实践效果也是很好的。2.5沥青层锯切横缝在罩面层上，对准旧水泥混凝土路面上的横缝位置锯切新横缝，并灌缝，可控制随意裂缝的出现。实践统计，锯缝和灌缝可以减少反射裂缝64%。施工关键在于切缝位置，必须在原有接缝25mm范围内切缝，否则会出现次生反射裂缝，因此对施工工艺要求较高，这种措施在我国几乎没有应用。3旧水泥混凝土路面破碎稳固技术研究表明，采用以上这些措施只是尽量推迟产生早期裂缝的时间，以及一旦裂缝产生后，如何减缓其向上面发展的速度，从而达到延长其使用寿命的目的。因此，以上防反射裂缝措施不可能彻底消除反射裂缝。当旧水泥混凝土路面结构破坏严重，断板率较高，出现大量错台、翻浆和角隅破坏时，采用一种原位利用水泥混凝土路面的破碎稳固技术。破碎稳固技术先利用混凝土破碎机将水泥面板破碎，随后用重型压路机在碎块上碾压，形成小粒径嵌挤颗粒作为基层，并在上面加铺沥青罩面层。此种方法，消除了水泥板块的竖向位移，从而有效地防止反射裂缝的发生，特别适合于严重破碎的水泥路面加铺沥青罩面层。破碎稳固技术主要包括冲击压实、打裂压稳以及碎石化技术三种技术。经美国试验，认为冲击压实和打裂压稳技术只能延缓而不能消除反射裂缝。碎石化技术是将水泥混凝土面板较为均匀地破碎成10～20cm的颗粒，并经过压实稳定形成一种类似级配碎石结构的柔性基层，从而可以从根本上解决沥青混凝土加铺层反射裂缝的问题。摘要本文结合常州地区“白改黑”多种改造方案，对目前常用的防治反射裂缝的措施进行了分折，以及对旧水泥混凝土路面进行破碎利用技术应用于白改黑工程中，也作了简介。在此基础上结合常州地区工程实例，以及外省市的已有经验，进行分折对比，提出参考意见，供相关专业技术人员参考讨论。关键词城市道路旧水泥路面沥青混凝土加铺层反射裂缝防治措施工程实例1前言旧水泥混凝土路面改造一般可有三种情况：（1）完全挖除：翻修一般仅适用于旧水泥混凝土路面破损已经十分严重，无法进行水泥混凝土加铺、或沥青混凝土加铺、或路面标高受到限制的路段；（2）破碎利用：在旧水泥混凝土面层的结构损坏较严重，断板率较高，对损坏板进行修复后再采取其他措施已不经济时，才采用对旧水泥混凝土板进行破碎利用；（3）不破碎利用：加铺沥青混凝土，即所谓“白改黑”加铺改造，造价较低、施工方便、对交通影响小，同时有效地改善了原水泥混凝土路面的行车条件，是目前经常采用的水泥路面修复措施。旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土层后，路面形成了刚柔相济的复合结构路面。两种材料性能差异大，又由于旧路面板上存在接缝和裂缝，并常常伴有错台、脱空现象，这使其路面结构内部应力分布极其不均匀。在温度和交通荷载的作用下，沥青加铺层在原有接（裂）缝处出现裂缝，即所谓的反射裂缝。反射裂缝本身对加铺层的使用性能影响不大，但是环境因素的负面影响（雨水、氧化等）使得裂缝迅速向四周扩散，同时随着雨水的进入，造成路面结构内部的破坏，从而引起加铺层的病害，如龟裂、坑洞等。反射裂缝的发生将严重影响沥青加铺层的使用寿命，造成“白改黑”工程的失败。反射裂缝是“白改黑”工程的常见病害和主要问题，很多旧水泥混凝土路面沥青加铺层在通车1至2年内路面就出现了开裂，有的4至6年后，路面局部出现反射裂缝和损害。如何控制与防止反射裂缝已成为旧水泥混凝土路面沥青加铺层设计与研究的关键技术。2沥青加铺层防反射裂缝措施一般认为温度变化而产生的水平位移导致接缝与沥青加铺层出现拉应力集中，以及交通荷载作用而产生的竖向弯沉使接缝上沥青加铺层经受较大的剪切应力。通常认为，温度应力引起反射裂缝的产生并参与了最初的扩展，而荷载应力加速了裂缝的进一步扩展。基于反射裂缝机理的研究，国内外研究人员先后尝试了各种方法和材料以防止或延缓反射裂缝。2.1旧水泥板的修补与加固对旧水泥板的处治是共同采用的一种基本措施。但是这种措施的效果是有限的，首先它对于温度型反射裂缝基本起不到作用，其次由于这种处治方法不可能完全消除板块间弯沉差异，而且注浆区域原来就是基层病害区，其注浆强度在水等作用下会遂步下降。虽然“白改黑”工程均采用了对旧版处治，但仍然出现了反射裂缝等病害。所以旧板处治肯定要做，加铺前把水泥混凝土板按公路养护技术规范要求处治好，尽量减少原水泥混凝土板接缝处的竖向和水平相对位移。强度上能满足通行汽车的要求，但还不能解决反射裂缝等的病害。2.2增加沥青罩面层厚度国际上通用的结论是需要将沥青面层厚度增加至15cm～25cm。同济大学基于有限元的方法计算研究表明每增加1cm沥青层厚度，可减少加铺层底面弯沉差5%左右；但是增加到一定厚度，防治反射裂缝的效果不明显，而会将大幅度增加路面造价，也不经济。有关资料表明：5cm厚的加铺层，当年冬季就有部分反射裂缝发生，使用4年后有加铺层全部发生反射裂缝；10cm厚加铺层，使用4年后有95%反射裂缝；15cm厚加铺层，使用4年只有24%的反射裂缝；另一方面可能会受到路面标高的限制，而且夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙，而会削弱由于旧水泥混凝土板作基层而产生的强基薄面的优势，故这一方法有很大的局限性。2.3设置应力或应变吸收夹层在旧水泥混凝土路面和加铺层之间设置夹层，可以使沥青层底面应力或应变离开应力集中的接缝或裂缝端部而减低，同时也改变了加铺层结构（包括夹层在内）的抗拉和抗剪能力。其主要类型有橡胶沥青应力吸收夹层（SAMI）、土工织物夹层、土工格栅夹层等三大类，这种结构一般设置于加铺层底部，其目的是减少裂缝尖端的拉应力，起到应力缓解和加筋作用。能消散裂缝或接缝在荷载作用下的应力集中，也缓解来自车辆荷载的应力。同时可解决新建路面半刚性或刚性基层后期产生温缩、干缩裂缝引发路面早期反射裂缝的问题。SAMI是一层柔韧的应力吸收层，内应力水平很低，只有0.074MPa，但是应变很大，可以达到969个微应变。它是一种高弹性、低劲度的软夹层，其作用是降低旧水泥混凝土与沥青加铺层之间的粘附阻力，从而减少温度下降引起的反射裂缝；它的弹性恢复好，变形能力强，可吸收水泥混凝土板接缝或裂缝的应力、应变。力学分析表明，设置应力吸收