一市政与交通建设 福建建设科技２０１３．Ｎｏ．４ 旧水泥混凝土路面加铺沥青面层关键技术探讨 林持谋（福州市规划设计研究院［摘福建福州３５０００３） 要］ 通过对沥青加铺路面反射裂缝成因的分析，提出旧水泥混凝土路面加铺沥青面层的关键技术，并结合３２４国道 白改黑反射裂缝关键技术 莆田城区段道路改造的工程实例，阐述道路“白改黑”的路面结构设计思路及方案比选，对类似项目有一定的参考价值。 ［关键词］ 沥青加铺Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｂｏｕｔ Ｐａｖｉｎｇ Ａｓｐｈａｌｔ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｄｄｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ Ｏｌｄ Ｃｅｍｅｎｔ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｏａｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｃｉｎｇ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｃｉｎｇ ａｓｐｈａｌｔ ｓｕｒｆａｃｅ ａｄｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｏｌｄ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｒｅｃｏｎ— ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ３２４ ｎａｔｉｏｎａｌ ｈｉｇｈｗａｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｕｒｂａｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｕｔｉａｎ Ａｒｅａ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｃｈｅｍｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｄｄ—ｓｕｒｆａｃｉｎｇ ＡＣ ｌａｙｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ＰＣＣ ｗａｓ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｔｏ ｓｉｍｉｌｒａ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｌａｃｉｎｇ ａｓｐｈａｌｔ；Ａｄｄ—ｓｕｒｆａｃｉｎｇ ＡＣ ｌａｙｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ＰＣＣ；Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｒａｃｋｉｎｇ；ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ０引言 加铺层经过温度和交通荷载的反复作用，反射裂缝最终贯穿 整个沥青加铺层。 在我国，由于水泥混凝土路面具有承载能力高、成本低、 取材方便等诸多优点，在很长一段时间内被广泛应用于干线 公路及城市道路。但是随着使用年限的增加及用户使用要求 的提高，其行车舒适性差、噪声大、养护不便等缺点也逐渐暴 露出来。目前，越来越多的水泥混凝土路面都将改造成行驶 性能更优的沥青混凝土路面。如何有效防止和控制老路面的 反射裂缝是旧水泥混凝土路面改造过程中的设计重点…。 １反射裂缝的成因分析 水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝主要是由于温度应 力和交通荷载以及它们的耦合作用引起的 Ｊ。交通荷载主 要引起加铺层的剪切型反射裂缝，在车轮荷载的作用下，接缝 两侧的弯沉差过大而引起沥青加铺层的剪切破坏并逐步向上 扩展，形成荷载型反射裂缝（如图１所示）。温度变化主要引 图１荷载型反射裂缝的形成 沥青加铺层表面 ＾裂缝形成 起加铺层张开型反射裂缝。温度变化使得路面结构产生两种 变形，第一种是由于温度下降使得接缝处沥青加铺层及水泥 混凝土路面板产生收缩而引起张开型反射裂缝。第二种是由 于昼夜温差导致各结构层存在温度梯度，且不同材料具有不 同的热膨胀系数，造成水泥混凝土路面板及沥青加铺层的收 缩及翘曲而导致加铺层的反射裂缝（如图２所示）。 导致水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝形成的因素较 为复杂，不论是单一因素还是多种因素综合作用，所引起的反 射裂缝通常都经历三个阶段：第一阶段为起裂阶段，沥青加铺 层由于旧水泥混凝土路面接缝或裂缝处存在原始的缺陷，使 路面结构不完整。路面结构在温度荷载或交荷载或其耦合作 用下产生的应力和位移在接缝处不再连续，并产生较大的应 图２温度型反射裂缝的形成 ２旧水泥混凝土路面加铺沥青面层关键技术 根据反射裂缝的成因，本文提出了旧水泥混凝土路面加 铺沥青面层的三个关键技术： ２．１旧水泥混凝土路面病害处理 旧水泥混凝土面板处理是工程成败的关键，目前，旧水泥 混凝土路面病害处理主要有三种方式：一是旧板处治，对旧板 进行病害处治后利用为基层；二是旧板破碎，对旧板进行病害 处治后利用为基层或垫层；三是旧板破除废弃。旧水泥混凝 土路面采用哪种方式处理，主要取决于旧混凝土路面的损坏 状况和接缝传荷能力评定结果，因此，旧路面板块处理前应对 旧水泥混凝土路面进行检测调查。 力集中。第二阶段为稳定扩展阶段，沥青加铺层在外力的反 复作用下引起的应力集中使裂缝在加铺层的厚度方向纵向向 上扩展和其表面的横向扩展。第三个阶段为破裂阶段，沥青 作者简介：林持谋（１９７８．３一），男，大学本科，工程师，研究方向：市政 路桥工程。 当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为 优良、中、次时，可采用旧板处治方案，处治合格后，再加铺沥 青面层。否则，应采用旧板破碎或旧板破除废弃方案。 常见的旧板破碎的主要做法是旧路面打裂压稳、冲击压 福建建设科技２０１３．Ｎｏ．４ ■市政与交通建设 实及旧板碎石化处理。打裂压稳改建方案，打裂后应使７５％ 以上的旧混凝土板产生不规则开裂，相邻裂缝形成的块状面 积为０．４—０．６ｍ 。冲击压实改建方案，打裂后应使７５％以 上的旧混凝土板断裂成４０ｃｍ一６０ｃｍ碎块并交错咬合成稳固 的整体。碎石化改建方案，破碎后应使７５％以上的旧混凝土 板破碎成最大尺寸小于４０ｃｍ的颗粒。 常见的旧板处治方法如下表 ： 表１旧路面板块处治方法 病害类型 程度 处治方法 宽度＜３ｍｍ 扩缝灌浆 裂缝 ３ｍｍ≤宽度≤１５ｍｍ 条带罩面 宽度＞１５ｒａｍ 全深补块 断板 裂缝贯穿，板分为两块以上 换板 角隅断裂 断裂处距板角￣５０ｃｍ 切除重筑 断裂处距板角＞５０ｃｍ 换板 板角弯沉＜２０（０．０１ｍｍ） 不处治 板块脱空 ２Ｏ≤板角弯沉≤４５（０．０１ｍｍ） 压浆 板角弯沉＞４５（０．０１ｍｍ） 换板 接缝失效 接缝弯沉差＜６（０．０１ｍｍ） 不处治 接缝弯沉差９６（０．叭ｍｍ） 压浆、重设传力杆 错台高差＜３ｍｍ 不处治 错台 ５ｍｍ≤错台高差≤１０ｍｍ 磨平 错台高差＞１０ｍｍ 灌浆顶升 沉陷 局部沉陷 灌浆顶升 局部沉陷并破碎 换板 旧水泥混凝土路面采用上述方法处治后，须进行路面弯 沉检测，其质量控制标准为：经综合处治后的旧混凝土路面应 满足接缝或裂缝处的板边弯沉小于２０（０．０１ｍｍ），弯沉差小 于６（０．ｏｌｍｍ），错台小于５ｍｍ，若上述三项弯沉指标均满足 要求，则可直接加铺沥青面层，若不满足，应在加铺前修补处 治旧路面不满足要求的路段至合格。 国内外的研究资料表明，旧板处治后沥青加铺层的反射 裂缝无法避免，只能延缓和减少，要根治反射裂缝唯有把旧路 破碎化，但旧路破碎却不能充分利用现有旧路的剩余强度，造 成投资浪费。为了延缓和减少沥青加铺层的反射裂缝，可通 过合理设置水泥混凝土面板和沥青面层之间的夹层。 ２．２旧水泥混凝土路面与沥青混凝土面层间夹层的设计 在旧水泥混凝土路面板和加铺层之间设置夹层，可以使 沥青加铺层底面的应力或应变因偏离应力集中的接缝（或裂 缝）端部而降低，同时也可以改变包括夹层在内的加铺层结 构的抗拉和抗剪能力，目前，常用的夹层种类较多，可分为四 大类 。 ２．２．１应力吸收层 应力吸收层，在旧混凝土路面上设置一层高弹性低劲度 的沥青软夹层，包括美国Ｋｏｃｈ公司的Ｓｔｒａｔａ系统（价格昂 贵），中国自主研制的应力吸收层如：普通基质沥青应力吸收 层、层布法应力吸收层、同步碎石封层、橡胶应力吸收层等。 其作用为降低旧混凝土面层与沥青加铺层之间的粘附阻力， 使二者易于蠕动和滑移，从而减少温度下降引起的反射裂缝； 同时，由于隔开了接缝（裂缝）端部，也可以降低加铺层底面 的荷载应力。 ２．２．２土工格栅 包括聚丙烯或聚酯土工格栅、玻璃格栅和金属格栅。既 有较高拉伸强度，又有一定变形延展能力，对于温度和荷载引 起的反射裂缝都有一定的抑制作用。常用的材料有聚酯土工 格栅、玻璃纤维格栅等。 ２．２．３土工织物夹层 包括聚丙烯或聚酯织物以及聚乙烯、聚酯无纺织物，其作 用原理与橡胶沥青应力吸收夹层相同，而织物由于模量稍高， 可对加铺层起少量加筋作用。常用的材料有防水卷材贴缝和 抗裂贴等。 ２．２．４裂缝缓解层 主要为大粒径开级配沥青碎石和级配碎石。大粒径沥青 碎石的厚度，一般为８０—１２０ｍｍ，级配碎石的厚度一般为１００ —１５０ｍｍ。其作用为削弱拉应力、拉应变的传递能力，并且能 消散、吸收由交通荷载及温度变化产生的荷载应力和温度应 力。 ２．３沥青加铺层的设计 根据反射裂缝的机理，为延缓和减少反射裂缝，沥青加铺 层主要应从结构和材料两方面进行综合考虑。 ２．３．１加铺层结构组合设计 以国内沥青路面设计理论为依据，以弹性层状连续体系 理论为基础，利用钻孔和弯沉检测得到的结构参数进行分析， 并按沥青路面的设计指标（路表弯沉值、层底拉应力和沥青 层剪应力）计算确定所需厚度 。 根据国内经验表明，沥青混凝土面层的最小厚度为８— １０ｃｍ比较理想，面层厚度超过１０ｃｍ，可有效防止受拉疲劳产 生的裂缝，还可以降低车辆荷载引起的剪应力。 ２．３．２加铺层的材料选择 原材料是影响沥青混凝土质量的根本所在，严格把好进 场材料关对沥青混凝土生产质量将产生至关重要的影响。生 产沥青混凝土所需材料为沥青、石料、填料。关键的材料沥青 要选重交通道路石油沥青、改性沥青或橡胶沥青，其性能、指 标必须符合高等级路面施工要求。材料中适当增加沥青用 量，减小混合料空隙率，可延缓裂缝的扩展。 ３工程实例分析及应用 ３２４国道莆田市主城区段道路改造工程的设计标准：城 市主干路，设计速度６０ｋｍ／ｈ，道路规划红线４０ｍ，本次改造范 围道路全长５．１６ｋｍ，全线采用双向六车道，并设置非机动车 道和人行道。 ３．１旧路概况及检测情况 本段道路现状为水泥砼路面，经检测，旧水泥混凝土路面 损坏状况及传荷能力的评定等级均为中级，各项指标如下表： 表２ 旧水泥混凝土路面的损坏状况表 指标 断板率 平均错台量 路面损坏 状况评定 接缝传荷 接缝传荷 （％） （ｍｍ） 等级 系数ｌ【ｊ 能力分级 实测值 ５．２ｌ ４．３ 由 ７６ 中 根据本段道路旧水泥混凝土路面结构层的钻孔取芯检 测，本路段的旧水泥混凝土原结构为：厚２４ｃｍ水泥混凝土面 层＋厚１５ｃｍ ５％水泥稳定碎石基层＋厚１２ｃｍ级配碎石底基 层。根据本段道路旧水泥混凝土路面回弹弯沉检测报告：本 段道路水泥混凝土路面弯沉范围主要集中在１０—３０ 一市政与交通建设 福建建设科技２０１３．Ｎｏ．４ （０．０１ｒａｍ），实测弯沉的平均值为１５．５（０．０１ｍｍ），标准差为 ｌ０．８９。旧水泥混凝土路面结构参数检测结果如下表 表３ 旧水泥混凝土路面的结构参数检测表 旧面层厚 旧面层弯拉 旧面层弯拉弹 旧路面基层顶面 参数 度标准值 强度标准值 性模量标准值 的当量回弹模量 （ｍｍ） （ＭＰａ） （ＭＰａ） 标准值（ＭＰａ） 实测值 ２３８ ４．５４ ３３１７２ ５２３ 根据上述分析，表明本段道路旧水泥砼路面还剩余较高 的承载能力，为了充分利用旧路面，降低工程造价，本段道路 不宜采用旧板破碎和旧板破除废弃的处治方案，因此，本段道 路采用旧板处治合格后加铺沥青面层方案。 ３．２交通量调查及路面结构计算 路面设计采用双轮组单轴载１００ｋＮ作为标准轴载（ＢＺＺ 一１００），本段道路路面设计基准期为１５年。根据调查、预测 的交通量数据及旧水泥混凝土路面检测结果，计算得出设计 基准期内一个车道上的累计当量轴次为７１５万次，沥青路面 加铺层的厚度为１０ｃｍ可满足设计要求。 ３．３路面结构方案比选 ３．３．１面层材料的选择 目前，沥青路面表面层常使用的材料有：橡胶沥青、改性 沥青和普通沥青。各种材料的发展、材料组成及其性能的对 比如下： （１）橡胶沥青 橡胶沥青起源于上世６０年代，在美国的亚利桑那州、加 州、德州、佛州都地区，橡胶沥青已经成为最常用的道路材料。 经过５０多年的发展应用证明，把橡胶沥青应用于道路工程 中，可以在提高道路各种使用性能的同时大大降低建造成本 与养护费用，降低行车噪音。 橡胶沥青是由基质沥青、回收的废旧轮胎橡胶粉和某些 添加剂掺和成的混合物，其中至少有混合物总质量１５％的橡 胶成分，并在热的基质沥青中充分反应而使橡胶颗粒溶胀。 （２）改性沥青 从最初的普通沥青发展到后来的改性沥青，现在已经有 多种改性沥青面世，但其中应用最为广泛还是ＳＢＳ改性沥 青。 （３）橡胶沥青与改性沥青、普通沥青相比，体现以下特性 与优点： ①抗反射裂缝。橡胶沥青粘度高，混合料油膜较厚而不 会析漏，可加强层问粘结，原路面的各种裂缝难以穿透加铺层 反射出来，可延缓反射裂缝。同时，橡胶沥青在高温下具有较 大的弹性和弹性恢复能力，可以改善路面抗变形能力和抗疲 劳开裂的性能；具有较好的高低温性能，减轻沥青对温度的敏 感性。 ②抗低温脆裂。由于橡胶本身的可塑性和延展性，使得 橡胶沥青低温延度增大，橡胶沥青路面抗低温脆裂能力大大 增强。 ③抗高温车辙。橡胶沥青本身拥有较强的高温稳定性和 粘性，所以用于路面结构中的橡胶沥青胶结料具有高粘性与 不易流动性。另外碎石外层所裹附的橡胶沥青胶结料中含有 大颗粒的橡胶粉，可产生较大的磨阻力，也使碎石不易滑动， 可减少车辙形成，同时保证结构能力。 ④是城市道路降低噪音的新材料，与普通沥青相比，可降 低行车噪音，提高人居舒适环境。 ⑤提高行车安全性。路面摩擦力增大，刹车阻力增大，提 高了行车安全。 ⑥节约能源和自然资源，有利于环境保护。橡胶沥青的 生产可利用废旧轮胎，符合国家提倡的“建立节约型社会”、 “发展循环经济”等。 经综合比较，本项目加铺沥青表面层采用橡胶沥青混和 料。 ３．３．２旧水泥混凝土路面与沥青混凝土面层间夹层处理 方案的比选 目前，旧水泥混凝土路面与沥青混凝土面层间夹层最常 用的材料有：橡胶应力吸收层、玻璃纤维格栅、抗裂贴、开级配 沥青碎石裂缝缓解层等。本项目采用四种方案进行比选： （１）方案一：橡胶沥青应力吸收层ＳＡＭＩ 橡胶沥青应力吸收层是指铺筑于水泥混凝土路面与沥青 路面之间，将单一粒径的石料均匀的满铺在橡胶沥青层上，用 胶轮压路机进行嵌挤碾压，橡胶沥青被挤压到石料的约３／４ 高度，石料嵌锁形成后将构成结构性支撑，这时所形成碎石封 层模式的路面即为橡胶沥青应力吸收层。应力吸收层材料具 有较低的弹性模量、非常好的柔韧性和弹性，橡胶沥青应力吸 收层示意图如下所示： 图３橡胶沥青应力吸收层示意图 橡胶沥青应力吸收层优点是具有很强的应力吸收和防水 作用。缺点是施工工艺术较复杂。 （２）方案二：玻璃纤维格栅 玻璃纤维格栅有较高的抗拉强度和弹性模量高的特点， 弹性和耐疲劳性。优点是对温度模式反射裂缝较好。施工简 单，造价较低。缺点是荷载模式（偏荷载）反射裂缝作用不明 显；很难与水泥板形成良好的粘结，容易产生沥青层的推移； 没有防水功能。 （３）方案三：抗裂贴 高分子抗裂贴是由沥青基的高分子聚合物、高强抗拉胎 基、耐高温并与沥青相容的高强织物复合而成。沥青砼加铺 层与旧路面块板之间的缝上铺设抗裂贴作为应力应变消散夹 层，具有延缓或抑制反射裂缝产生以及防治水损害的效果。 优点是高分子抗裂贴施工最简单。缺点是对路面要求较高， 较易遭到破坏，造成结构性漏水。造价较高。 （４）方案四：开级配沥青碎石裂缝缓解层 采用开级配沥青碎石和级配碎石，厚度为８０ｍｍ，但本项 目位于主城区，两侧建筑对加铺后路面标高要求较为严格，因 此，本方案不适合于对路面标高控制较严的道路改造工程。 经综合比较，采用橡胶沥青应力吸收层。 经多方案经济技术比选，本项目采用的路面结构如下表 所示： （下转第５８页）
