摘要：隨著服役年限的不斷增加，部分舊水泥混凝土路面漸漸無法滿足實際的需要。在此背景下，舊水泥混凝土路面的加鋪即“白加黑”逐漸引起了業(yè)內(nèi)人士的重視。本文對舊水泥混凝土路面的加鋪技術(shù)展開研究和探討，結(jié)合某道路改造工程的實施，闡述了舊水泥混凝土路面處治的方法和加鋪瀝吉混凝土方案，供同行參考。

關(guān)鍵詞：瀝青加鋪；白加黑；反射裂縫；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：U416.216

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-0422（2014）07-0178-02

1 引言

在我國，由于水泥混凝土路面具有承載能力高、成本低、取材方便等諸多優(yōu)點，在很長一段時間內(nèi)被廣泛應(yīng)用于干線公路及城市道路。但是隨著使用年限的增加及用戶使用要求的提高，其行車舒適性差、噪聲大、養(yǎng)護不便等缺點也逐漸暴露出來。目前，越來越多的水泥混凝土路面尤其是城市道路都將改造成行駛性能更優(yōu)的瀝青混凝土路面（俗稱“白加黑”）。如何有效防止和控制老路面的反射裂縫是舊水泥混凝土路面改造過程中的重點。

2 反射裂縫的成因分析

水泥混凝土路面瀝青加鋪層反射裂縫主要是由于溫度應(yīng)力和交通荷載以及它們的耦合作用引起的。交通荷載主要引起加鋪層的剪切型反射裂縫，在車輪荷載的作用下，接縫兩側(cè)的彎沉差過大而引起瀝青加鋪層的剪切破壞并逐步向上擴展，形成荷載型反射裂縫（如圖1所示）。溫度變化主要引起加鋪層張開型反射裂縫。溫度變化使得路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生兩種變形，第一種是由于溫度下降使得接縫處瀝青加鋪層及水泥混凝土路面板產(chǎn)生收縮而引起張開型反射裂縫。第二種是由于晝夜溫差導(dǎo)致各結(jié)構(gòu)層存在溫度梯度，且不同材料具有不同的熱膨脹系數(shù)，造成水泥混凝土路面板及瀝青加鋪層的收縮及翹曲而導(dǎo)致加鋪層的反射裂縫（如圖2所示）。

導(dǎo)致水泥混凝土路面瀝青加鋪層反射裂縫形成的因素較為復(fù)雜，不論是單一因素還是多種因素綜合作用，所引起的反射裂縫通常都經(jīng)歷三個階段：第一階段為起裂階段，瀝青加鋪層由于舊水泥混凝土路面接縫或裂縫處存在原始的缺陷，使路面結(jié)構(gòu)不完整。路面結(jié)構(gòu)在溫度荷載或交荷載或其耦合作用下產(chǎn)生的應(yīng)力和位移在接縫處不再連續(xù)，并產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。第二階段為穩(wěn)定擴展階段，瀝青加鋪層在外力的反復(fù)作用下引起的應(yīng)力集中使裂縫在加鋪層的厚度方向縱向向上擴展和其表面的橫向擴展。第三個階段為破裂階段，瀝青加鋪層經(jīng)過溫度和交通荷載的反復(fù)作用，反射裂縫最終貫穿整個瀝青加鋪層。

3 舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)反射裂縫的成因，本文提出了舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層的三個關(guān)鍵技術(shù)：

3.1 舊水泥混凝土路面病害處理

舊水泥混凝土面板處理是工程成敗的關(guān)鍵，目前，舊水泥混凝土路面病害處理主要有三種方式：一是舊板處治，對舊板進行病害處治后利用為基層：二是舊板破碎，對舊板進行病害處治后利用為基層或墊層：三是舊板破除廢棄。舊水泥混凝土路面采用哪種方式處理，主要取決于舊混凝土路面的損壞狀況和接縫傳荷能力評定結(jié)果，因此，舊路面板塊處理前應(yīng)對舊水泥混凝土路面進行檢測調(diào)查。

當(dāng)舊混凝土路面的損壞狀況和接縫傳荷能力評定等級為優(yōu)良、中、次時，可采用舊板處治方案，處治合格后，再加鋪瀝青面層。否則，應(yīng)采用舊板破碎或舊板破除廢棄方案。

常見的舊板破碎的主要做法是舊路面打裂壓穩(wěn)、沖擊壓實及舊板碎石化處理。打裂壓穩(wěn)改建方案，打裂后應(yīng)使75%以上的舊混凝土板產(chǎn)生不規(guī)則開裂，相鄰裂縫形成的塊狀面積為0.4-0.6m²。沖擊壓實改建方案，打裂后應(yīng)使75%以上的舊混凝土板斷裂成40cm-60cm碎塊并交錯咬合成穩(wěn)固的整體。碎石化改建方案，破碎后應(yīng)使75%以上的舊混凝土板破碎成最大尺寸小于40cm的顆粒。

常見的舊板處治方法如表1。

舊水泥混凝土路面采用上述方法處治后，須進行路面彎沉檢測，其質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)為：經(jīng)綜合處治后的舊混凝土路面應(yīng)滿足接縫或裂縫處的板邊彎沉小于20（0.01 mm），彎沉差小于6（0.01mm），錯臺小于5mm，若上述三項彎沉指標(biāo)均滿足要求，則可直接加鋪瀝青面層，若不滿足，應(yīng)在加鋪前修補處治舊路面不滿足要求的路段至合格。

國內(nèi)外的研究資料表明，舊板處治后瀝青加鋪層的反射裂縫無法避免，只能延緩和減少，要根治反射裂縫唯有把舊路破碎化，但舊路破碎卻不能充分利用現(xiàn)有舊路的剩余強度，造成投資浪費。為了延緩和減少瀝青加鋪層的反射裂縫，可通過合理設(shè)置水泥混凝土面板和瀝青面層之間的夾層。

2.2 舊水泥混凝土路面與瀝青混凝土面層間夾層的設(shè)置

在舊水泥混凝土路面板和加鋪層之間設(shè)置夾層，可以使瀝青加鋪層底面的應(yīng)力或應(yīng)變因偏離應(yīng)力集中的接縫（或裂縫）端部而降低，同時也可以改變包括夾層在內(nèi)的加鋪層結(jié)構(gòu)的抗拉和抗剪能力，目前，常用的夾層種類較多，可分為四大類。

2.2.1 應(yīng)力吸收層

應(yīng)力吸收層，在舊混凝土路面上設(shè)置一層高彈性低勁度的瀝青軟夾層，包括美國Koch公司的Strata系統(tǒng)（價格昂貴），中國自主研制的應(yīng)力吸收層如：普通基質(zhì)瀝青應(yīng)力吸收層、層布法應(yīng)力吸收層、同步碎石封層、橡膠應(yīng)力吸收層等。其作用為降低舊混凝土面層與瀝青加鋪層之間的粘附阻力，使二者易于蠕動和滑移，從而減少溫度下降引起的反射裂縫；同時，由于隔開了接縫（裂縫）端部，也可以降低加鋪層底面的荷載應(yīng)力。

2.2.2 土工格柵

包括聚丙烯或聚酯土工格柵、玻璃格柵和金屬格柵。既有較高拉伸強度，又有一定變形延展能力，對于溫度和荷載引起的反射裂縫都有一定的抑制作用。常用的材料有聚酯土工格柵、玻璃纖維格柵等。

2.2.3 土工織物夾層

包括聚丙烯或聚酯織物以及聚乙烯、聚酯無紡織物，其作用原理與橡膠瀝青應(yīng)力吸收夾層相同，而織物由于模量稍高，可對加鋪層起少量加筋作用。常用的材料有防水卷材貼縫和抗裂貼等。

2.2.4 裂縫緩解層

主要為大粒徑開級配瀝青碎石和級配碎石。大粒徑瀝青碎石的厚度，一般為80-120mm，級配碎石的厚度一般為100-150mm。其作用為削弱拉應(yīng)力、拉應(yīng)變的傳遞能力，并且能消散、吸收由交通荷載及溫度變化產(chǎn)生的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力。

2.3 瀝青加鋪層

根據(jù)反射裂縫的機理，為延緩和減少反射裂縫，瀝青加鋪層主要應(yīng)從結(jié)構(gòu)和材料兩方面進行綜合考慮。

2.3.1 加鋪層結(jié)構(gòu)組合

以國內(nèi)瀝青路面設(shè)計理論為依據(jù)，以彈性層狀連續(xù)體系理論為基礎(chǔ)，利用鉆孔和彎沉檢測得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行分析，并按瀝青路面的設(shè)計指標(biāo)（路表彎沉值、層底拉應(yīng)力和瀝青層剪應(yīng)力）計算確定所需厚度。

根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗表明，瀝青混凝土面層的最小厚度為8-10cm比較理想，面層厚度超過10cm，可有效防止受拉疲勞產(chǎn)生的裂縫，還可以降低車輛荷載引起的剪應(yīng)力。

2.3.2 加鋪層的材料選擇

原材料是影響瀝青混凝土質(zhì)量的根本所在，嚴格把好進場材料關(guān)對瀝青混凝土生產(chǎn)質(zhì)量將產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。生產(chǎn)瀝青混凝土所需材料為瀝青、石料、填料。關(guān)鍵的材料瀝青要選重交通道路石油瀝青、改性瀝青或橡膠瀝青，其性能、指標(biāo)必須符合高等級路面施工要求。材料中適當(dāng)增加瀝青用量，減小混合料空隙率，可延緩裂縫的擴展。

3 工程實例分析及應(yīng)用

湖南婁底市湘陽街城市道路改造工程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：城市主干路，設(shè)計速度60km/h，道路規(guī)劃紅線55m，本次改造范圍道路全長5.16km，全線采用雙向六車道，并設(shè)置非機動車道和人行道。

3.1 舊路概況及檢測情況

本段道路現(xiàn)狀為水泥砼路面，經(jīng)檢測，舊水泥混凝土路面損壞狀況及傳荷能力的評定等級均為中級，各項指標(biāo)如表2。

根據(jù)本段道路舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)層的鉆孔取芯檢測，本路段的舊水泥混凝土原結(jié)構(gòu)為：厚24cm水泥混凝土面層+厚15cm 5%水泥穩(wěn)定碎石基層+厚12cm級配碎石底基層。根據(jù)本段道路舊水泥混凝土路面回彈彎沉檢測報告：本段道路水泥混凝土路面彎沉范圍主要集中在10-30（0.01mm），實測彎沉的平均值為15.5（0.01mm），標(biāo)準(zhǔn)差為10.89。舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)參數(shù)檢測結(jié)果如下表：

根據(jù)上述分析，表明本段道路舊水泥砼路面還剩余較高的承載能力，為了充分利用舊路面，降低工程造價，本段道路不宜采用舊板破碎和舊板破除廢棄的處治方案，因此，本段道路采用舊板處治合格后加鋪瀝青面層方案。

3.2交通量調(diào)查及路面結(jié)構(gòu)計算

路面設(shè)計采用雙輪組單軸載100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載（BZZ-100），本段道路路面設(shè)計基準(zhǔn)期為15年。根據(jù)調(diào)查、預(yù)測的交通量數(shù)據(jù)及舊水泥混凝土路面檢測結(jié)果，計算得出設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次為715萬次，瀝青路面加鋪層的厚度為10cm可滿足設(shè)計要求。

3.3 路面結(jié)構(gòu)方案比選

3.3.1 面層材料的選擇

目前，瀝青路面表面層常使用的材料有：橡膠瀝青、改性瀝青和普通瀝青。各種材料的發(fā)展、材料組成及其性能的對比如下：

（1）橡膠瀝青

橡膠瀝青起源于上世60年代，在美國的亞利桑那州、加州、德州、佛州都地區(qū)，橡膠瀝青已經(jīng)成為最常用的道路材料。經(jīng)過50多年的發(fā)展應(yīng)用證明，把橡膠瀝青應(yīng)用于道路工程中，可以在提高道路各種使用性能的同時大大降低建造成本與養(yǎng)護費用，降低行車噪音。

橡膠瀝青是由基質(zhì)瀝青、回收的廢舊輪胎橡膠粉和某些添加劑摻和成的混合物，其中至少有混合物總質(zhì)量15%的橡膠成分，并在熱的基質(zhì)瀝青中充分反應(yīng)而使橡膠顆粒溶脹。

（2）改性瀝青

從最初的普通瀝青發(fā)展到后來的改性瀝青，現(xiàn)在已經(jīng)有多種改性瀝青面世，但其中應(yīng)用最為廣泛還是SBS改性瀝青。

（3）橡膠瀝青與改性瀝青、普通瀝青相比，體現(xiàn)以下特性與優(yōu)點：

①抗反射裂縫。橡膠瀝青粘度高，混合料油膜較厚而不會析漏，可加強層間粘結(jié)，原路面的各種裂縫難以穿透加鋪層反射出來，可延緩反射裂縫。同時，橡膠瀝青在高溫下具有較大的彈性和彈性恢復(fù)能力，可以改善路面抗變形能力和抗疲勞開裂的性能：具有較好的高低溫性能，減輕瀝青對溫度的敏感性。

②抗低溫脆裂。由于橡膠本身的可塑性和延展性，使得橡膠瀝青低溫延度增大，橡膠瀝青路面抗低溫脆裂能力大大增強。

③高溫車轍。橡膠瀝青本身擁有較強的高溫穩(wěn)定性和粘性，所以用于路面結(jié)構(gòu)中的橡膠瀝青膠結(jié)料具有高粘性與不易流動性。另外碎石外層所裹附的橡膠瀝青膠結(jié)料中含有大顆粒的橡膠粉，可產(chǎn)生較大的磨阻力，也使碎石不易滑動，可減少車轍形成，同時保證結(jié)構(gòu)能力。

④是城市道路降低噪音的新材料，與普通瀝青相比，可降低行車噪音，提高人居舒適環(huán)境。

⑤提高行車安全性。路面摩擦力增大，剎車阻力增大，提高了行車安全。

⑥節(jié)約能源和自然資源，有利于環(huán)境保護。橡膠瀝青的生產(chǎn)可利用廢舊輪胎，符合國家提倡的“建立節(jié)約型社會”、“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟”等政策。

經(jīng)綜合比較，本項目加鋪瀝青表面層采用橡膠瀝青混和料。

3.3.2 舊水泥混凝土路面與瀝青混凝土面層間夾層處理方案的比選

目前，舊水泥混凝土路面與瀝青混凝土面層間夾層最常用的材料有：橡膠應(yīng)力吸收層、玻璃纖維格柵、抗裂貼、開級配瀝青碎石裂縫緩解層等。本項目采用四種方案進行比選：

（1）方案一：橡膠瀝青應(yīng)力吸收層SAMI

橡膠瀝青應(yīng)力吸收層是指鋪筑于水泥混凝土路面與瀝青路面之間，將單一粒徑的石料均勻的滿鋪在橡膠瀝青層上，用膠輪壓路機進行嵌擠碾壓，橡膠瀝青被擠壓到石料的約3/4高度，石料嵌鎖形成后將構(gòu)成結(jié)構(gòu)性支撐，這時所形成碎石封層模式的路面即為橡膠瀝青應(yīng)力吸收層。應(yīng)力吸收層材料具有較低的彈性模量、非常好的柔韌性和彈性，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層示意圖如圖3所示。

橡膠瀝青應(yīng)力吸收層優(yōu)點是具有很強的應(yīng)力吸收和防水作用。缺點是施工工藝術(shù)較復(fù)雜。

（2）方案二：玻璃纖維格柵

玻璃纖維格柵有較高的抗拉強度和彈性模量高的特點，彈性和耐疲勞性。優(yōu)點是對溫度模式反射裂縫較好。施工簡單，造價較低。缺點是荷載模式（偏荷載）反射裂縫作用不明顯；很難與水泥板形成良好的粘結(jié)，容易產(chǎn)生瀝青層的推移；沒有防水功能。

（3）方案三：抗裂貼

高分子抗裂貼是由瀝青基的高分子聚合物、高強抗拉胎基、耐高溫并與瀝青相容的高強織物復(fù)合而成。瀝青砼加鋪層與舊路面塊板之間的縫上鋪設(shè)抗裂貼作為應(yīng)力應(yīng)變消散夾層，具有延緩或抑制反射裂縫產(chǎn)生以及防治水損害的效果。優(yōu)點是高分子抗裂貼施工最簡單。缺點是對路面要求較高，較易遭到破壞，造成結(jié)構(gòu)性漏水。造價較高。

（4）方案四：開級配瀝青碎石裂縫緩解層

采用開級配瀝青碎石和級配碎石，厚度為80mm，但本項目位于主城區(qū)，兩側(cè)建筑對加鋪后路面標(biāo)高要求較為嚴格，因此，本方案不適合于對路面標(biāo)高控制較嚴的道路改造工程。

經(jīng)綜合比較，采用橡膠瀝青應(yīng)力吸收層。

經(jīng)多方案經(jīng)濟技術(shù)比選，本項目采用的路面結(jié)構(gòu)如表4所示。

4 結(jié)語

該路面“白加黑”改造后通車近一年，目前無反射裂縫產(chǎn)生，路面使用效果良好。舊水泥混凝土路面瀝青加鋪技術(shù)是公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，在我國現(xiàn)階段具有重要的現(xiàn)實意義。因此，針對舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層進行關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用，蘊涵巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，是順應(yīng)交通市政行業(yè)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。