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摘要:沥青加铺层改造旧水泥混凝土路面是一种实用的、高效的路面修复技术，得到广泛的应用。本文结合工程实例，对旧水泥混凝土路面加铺沥青层的改造设计进行了详细的介绍，分析了改造设计方案的对比选择，为类似工程施工提供参考。
关键词:水泥混凝土路面；加铺层；改造设计
0 引言
当前，我国许多水泥混凝土路面使用年限已经超过其设计年限，出现了不同程度的损坏，对这些路面进行改造修复，确保其使用性能十分必要。而在旧水泥混凝土路面上加铺沥青层是一种常用的方法，具有工期短、交通影响小、投资少等优点。但是，沥青加铺层使用中容易出现各种质量问题，对其改造设计展开探讨十分必要。
1 加铺层结构设计
1.1 加铺层结构设计的原则
在按规定对旧水泥混凝土面板进行处治的基础上，加铺层结构设计应满足表面抗滑性、高温稳定性、水稳定性、泛油问题，以及延缓和减少反射裂缝等几方面的要求。
1.2 水泥混凝土路面使用状况的调查和评定
1.2.1 路况调查的内容
路况调查的内容包括交通及经济调查、路面破损状况调查、路面结构承载力调查、路面的设计、施工和维修调查。
1.2.2 路段的划分
划分路段是为每一个路段设计一种适当的改造对策，通常可以采用:①按历史资料和目测调查分段；②根据使用性能测定结果，应用统计分析方法分段。
1.2.3 旧路面状况评定
在旧水泥混凝土路面加铺层设计时，应对旧路面使用情况采用路面状况指数、脱空值和接缝性能指数等指标进行详细的评定。
1.3 结构损坏的修复设计
铺筑加铺层之前，对旧路面可采取的对策和预防性措施列于表1。
1.4 沥青混凝土加铺层设计
1.4.1 反射裂缝的成因
在外力作用下，新铺沥青混凝土加铺层处于复杂的三维应力状态。旧水泥混凝土面层在接缝或裂缝附近的位移会使接缝或裂缝上方沥青加铺层内出现应力集中，这时，就会在加铺层上产生反射裂缝。由于环境温度的变化而引起的旧面层板的水平伸缩导致接缝(或裂缝)上方的沥青加铺层内出现较集中的拉应力；由于荷载作用而引起的旧面层板边缘的竖向弯沉则使接缝上方的沥青加铺层经受较大的弯拉应力和剪切应力。
总之，裂缝的产生原因有:①温度引起；②荷载作用引起；③温度和荷载共同作用引起。
1.4.2 预防和延缓反射裂缝的措施
(1)在沥青加铺层上锯切横缝(对应旧混凝土板接缝位置)。
(2)采用厚加铺层。减少旧板的温度变化，降低拉应力、弯沉差、剪应力。
(3)设置裂缝缓解层。用开级配沥青碎石(空隙率25％～35％)，厚度约9cm，沥青针入度40～50(0.1mm)，用量1.5％～3.0％。
(4)旧混凝土碎裂。旧板碎裂成60～100cm的小块，用重型轮胎压路机压碎。
(5)设置各种夹层。橡胶沥青应力吸收层、土工织物夹层和土工格栅等。
一般来说，为了减少荷载作用引起的反射裂缝，以较刚硬的夹层为好；为减少温度应力引起的反射裂缝，以较软的夹层为好。
1.4.3 沥青加铺层设计方法
旧水泥混凝土路面上沥青加铺层的设计方法在我国现行水泥路面设计规范中有详细明确的规定，目前主要有美国沥青协会(AI)弯沉法、美国陆军工程师部队(COE)经验法、美国AASHTO经验法和破碎－稳固法等4种。AI弯沉法主要依据混凝土板接缝处的板边弯沉测定值，考虑了面板接缝的传荷能力和接缝处基层的支承能力，但未考虑混凝土板的其他损坏，可用于板块纵横裂缝较少，板块整体性较好的加铺层设计。COE法和AASHTO法都是根据旧混凝土板裂缝类的损坏状况，按补足厚度缺额的概念计算加铺层的，而AASHTO法不但考虑了裂缝损坏的严重程度和裂缝的性质，还考虑了加铺沥青层前，是否对有损坏的接缝和裂缝进行修复以及未修复接缝和裂缝的数量。破碎－稳固法主要依据破碎层表面的弯沉值，加铺路面面层确定后，按半刚性基层沥青路面设计方法确定基层厚度。
2 加铺层工程实例
2.1 项目简况
某路面行车道宽7～10m，原路面结构为:16cm水泥混凝土面层＋20cm片石基层＋10cm砂垫层，横断面为“一块板”式。该路道路等级为轻交通，设计使用年限为20年。该路段已建成使用多年，致使原路面出现大量变形、断裂、麻面、坑槽等病害。近年对原路面进行了沥青混凝土面层加铺改造。
2.2 沥青加铺层设计方案
2.2.1 方案一
采用厚沥青加铺层的方法，但增加加铺层的厚度有其弊端:增加加铺层厚度就将增加路面造价；而且在夏季高温情况下，沥青混合料高温蠕变易产生车辙，也没有了由于旧水泥混凝土板做基层所产生“强基薄面”的优势。针对这一情况，国内外道路工程专家进行了大量的研究，结果表明，在旧水泥混凝土路面与沥青加铺层之间加铺一层弹性模量较高的应力夹层，对于抑制反射裂缝的产生和扩散具有一定的效果。故在本方案中建议铺设玻璃纤维土工格栅。它是一种性能优良的新型土工建材，具有很高的耐热性和优良的耐寒性，强度大、模量高、化学稳定性好、膨胀系数低等特点。设置玻纤格栅夹层能够起到减少车辙、推迟疲劳裂缝的产生及延缓反射裂缝发展的作用。同时，它的耐高温稳定性好，摊铺热沥青混凝土时不会产生变形，便于施工。
2.2.2 方案二
土工布防治水平位移比剪切位移更有效。本方案考虑在压浆填缝的基础上采用无纺织物土工布，仅在裂缝和接缝位置上铺设一层土工布以防止反射裂缝的产生，然后加铺８～12cm厚的沥青混凝土面层。
2.2.3 方案三
破碎板可以减少板长，从而减少温度及荷载应力引起的应力集中，防治反射裂缝。本方案考虑采用风炮机或混凝土破碎机先将旧水泥混凝土板破碎成40cm×40cm的小块，再加铺一层砂砾稳定层，然后再加铺沥青混凝土面层。
2.3 加铺层设计方案比选
方案一造价较高，虽然对道路改造有利，但其对旧水泥板的处理要求很高，施工工期较长，能否彻底解决板底脱空、不均匀受力、传荷能力差等病害是该方案的关键，其防治反射裂缝的效果和程度是由多种因素控制，故应慎重考虑。
方案三造价更高，成功与否的关键是如何有效地破碎水泥混凝土板和如何稳定已破碎的板块。对于强度和整体性较好的路面采用破碎旧水泥混凝土板技术，会破坏基层的整体性，处理不当易导致部分板块松动、沉陷，增加其他破坏类型的可能；由于旧水泥板破碎，雨水下渗引起局部基层强度降低，从而导致加铺层出现坑槽、龟裂等破坏现象。施工难度大，工程进度慢，对施工组织有很高的要求，故不宜采用。
方案二造价较合理，虽然施工工艺稍微复杂，但该方案同时利用了混凝土老路及沥青加铺层的优点，经过修补的混凝土路面成了稳定坚实的基层，且该方案防止反射裂缝的效果要比方案一好，施工难度比方案三低，施工质量也容易控制。
通过对以上3种加铺层方案进行经济、技术等方面的比较，最终选用方案二。
2.4 旧路面的修复设计
2.4.1 旧混凝土路面的修复
在加铺沥青混凝土面层前，对断裂较严重、脱空较多、接缝性能差的路段，将混凝土板全部挖除，再回填混凝土处理。对于断裂程度中等的路段进行水泥砂浆压浆处理，并在其上铺设土工布；对轻微程度的裂缝则只进行压浆填封处理。此外，对所有的横缝将松散的填缝料和杂物清理干净后用纯沥青重新封缝，且在其上铺设土工布。错台大于5mm的板块，将高出侧板边缘30～50cm范围内，凿成斜坡至与下沉板边缘平齐。
2.4.2 土工布
土工布要求:①良好的耐温性，沥青混合料热铺时温度达150℃左右，故要求土工布在该温度下不仅不能熔化或软化，且能保持正常工作；②良好的沥青胶油吸附性，表面均匀，渗透性好，可以均匀吸收沥青并达到饱和，使之与路面粘贴致密；③抗拉强度高；④抗老化；⑤耐酸碱；⑥厚度一般以小于2mm为宜，同时要求单面烧毛，使土工布铺放后不至于被车辆轮胎带起。该工程经多方比选，采用德国雷维检TREIRATYPE010/140土工布。
2.5 工程结果与现状
该路段施工后，使用至今数年，路面粘结仍非常牢固，没有出现反射裂缝，也没有出现路面不均匀沉降等问题，路面各项使用性能(平整度、抗滑能力、损坏状况和承载能力)均符合预期要求。
2.6 工程评价
水泥混凝土路面沥青加铺层具有造价适中，行车舒适，施工周期短，对行车的干扰小等优点。
在旧路面裂缝处加铺土工布和采用厚加铺层可减缓反射裂缝的发展速度，从而延长加铺层结构的使用寿命。
为了防止沥青混凝土与旧路面结合不牢固，在车轮摩擦力的作用下，沥青混凝土面层与旧水泥混凝土路面错位、剥落等现象的发生，可考虑在沥青混凝土中加入抗剥落剂来增强粘结作用，这样可有效降低新路面的维修费用。
采取掺加抗剥落剂，增加沥青混凝土与旧水泥路面的粘结，在裂缝处加铺土工布防止旧水泥路面反射的施工方法具有施工简单、成本低廉(一般只有重铺水泥路面的1/3～1/4造价)、工期短等优点，不失为公路水泥路面破损修补的一种好办法，更适合城市道路路面改造施工。
3 结语
综上所述，旧水泥混凝土路面加铺沥青层是一种高效、低成本、施工方便的路面改造措施。在旧水泥混凝土路面加铺沥青层改造设计中，设计人员要结合工程的实际情况，合理确定相关设计参数，选择最优的改造设计方案进行施工，从而确保水泥混凝土路面的使用性能，提高路面改造的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]高速公路水泥混凝土路面加铺沥青层技术的运用[J].许旭.科技与企业.2016(09).
[2]碎石化旧水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究[J].刘亚琳,陈健康.交通科技.2015(01).
论文作者:付毅
论文发表刊物:《防护工程》2017年第13期
论文发表时间:2017/11/15
标签：路面论文; 沥青论文; 混凝土论文; 裂缝论文; 水泥论文; 面层论文; 应力论文; 《防护工程》2017年第13期论文;