旧水泥混凝土路面直接加铺薄层沥青罩面方案选择分析

旧水泥混凝土路面直接加铺沥青薄层罩面是一种应用广泛的路面修复技术，它具有造价低、施工方便、对环境影响小等优点，现已成为旧水泥路改建的常用措施。薄层罩面，是指在旧水泥混凝土面板上加铺2～100px沥青混合料罩面层，即“白加黑”技术，其也是道路预防性养护的重要措施。

由于旧水泥混凝土路面能提供较高抗压强度的面板，且稳固、坚实的基层，而薄层沥青罩面又能提供良好抗滑、封水效果的面层，从而延长路面的使用寿命，同时又消除旧水泥混凝土路面接缝的不利影响，改善了路面的使用功能，提高了路面行驶舒适性，提升了路面服务水平。然而，旧水泥混凝土面板接缝处在车轮荷载、温度应力及复合疲劳应力作用下不协调形变产生的反射裂缝，使薄层沥青罩面层使用寿命缩短，增加道路养护处治的费用。国内陈拴发、周富杰、倪富健等对反射裂缝产生的机理与防治措施进行了大量的室内试验，但未对旧水泥混凝土路面加铺薄层沥青罩面方案选择进行过分析。反射裂缝的存在会严重影响薄层沥青罩面层寿命，所以如何选择合适的薄层沥青罩面层方案来处治旧水泥混凝土路面就显得尤为重要。

旧水泥混凝土路面状况调查及性能评价

水泥混凝土路面由于设计、施工、养护和交通量增加的原因，导致路面出现病害，同时在雨水与车辆荷载作用下，使水泥混凝土路面出现唧泥、脱空、错台和断板等结构性病害。为了避免选择结构性病害的路段加铺薄层沥青罩面层，一般要对旧水泥混凝土路面状况进行全面调查与检测，主要分为旧水泥混凝土路面结构性能评价与使用性能评价。

首先要判断旧水泥混凝土面板是否具有结构性破坏，可通过测定弯沉值(FWD落锤式弯沉仪或贝克曼梁)，得到相对累计弯沉最大值或弯沉差来判断路面结构承载能力，即以基层和路基没有出现严重失稳作为可以直接进行薄层沥青罩面的前提。结合路面使用性能调查内容:断裂类病害、竖向位移类病害、板底脱空情况、路面状况指数(PCI)、断板率(DBL)等，依据旧路面结构与性能评价结论对旧水泥路面采取处治措施。

旧水泥混凝土路面反射裂缝产生原因及类型

反射裂缝主要是由旧水泥混凝土面板的接缝与裂缝引起。一般认为，导致旧水泥板接缝或裂缝间开合的主要原因是温湿的变化、车轮荷载、沥青混合料老化、水泥稳定基层的收缩等。接缝与裂缝在这些因素作用下，在对应旧水泥混凝土面板接缝处产生反射裂缝。非荷载型反射裂缝对沥青加铺层使用性能影响不大，但环境(温度、雨水等)因素常导致反射裂缝向周围扩展，加速沥青罩面层结构损坏，大大缩短沥青加铺层的寿命。反射裂缝产生机理主要分为2种类型:①温度引起的疲劳破坏，即温度变化导致旧板收缩、膨胀或者翘曲引起裂缝张合，导致沥青加铺层出现裂缝，裂缝扩展方向有自下而上和自上而下两种。②交通荷载引起的疲劳破坏，即在车辆轴载作用下旧板错台及板底脱空引起板块在裂缝处上下位移，形成自下而上的裂缝发展。

旧水泥混凝土路面罩面前处治措施

罩面前旧路面处治措施。加铺沥青罩面前，首先要对旧路面板病害进行处治，消除反射裂缝的产生根源，主要包括以下3种措施:①接缝填充。对旧路面板接缝与裂缝进行有效的填料和封缝，避免路表水进入路面结构，减小水对基层的损坏。②碎石化。碎石化是指采用多锤头破碎机或共振式破碎机对旧水泥混凝土面板进行破碎，使得旧水泥板上部约1/2厚度范围变成级配碎石状，而下部约1/2部分只是形成裂纹，旧水泥混凝土碎石层可以作为沥青加铺层的柔性基层。③纹裂稳固。通常采用冲击压路机低速作用于旧水泥板1～2遍，使得旧板形成横向裂纹，但不破坏基层;或采用门板式破裂机，每隔80～2500px间距作用一次，形成横向裂纹，使旧板块由大尺寸化为小尺寸，由于破裂板块间的嵌锁作用，破裂板体仍能保持整体性，而且接缝间板体尺寸变小(约1m×1m)，使得温度变化引起的水平位移均化到路面板中，且由于冲击能的作用，使致裂的小板块与基层紧密贴合，消除了板底脱空现象。

工程实际应用的处治措施。针对旧水泥混凝土路段的不同工况，下面是一些实际工程采取的处治措施:①无错台;无脱空;旧面板传荷能力较好(LTE＞80%);断板率DBL＜5%的路段。方案:直接加铺4～125px沥青混合料面层(或25px碎石封层+100px橡胶沥青混合料面层)②少量脱空;微小错台;旧面板传荷能力中等(70%＜LTE＜80%);断板率DBL＜10%的路段。方案:对旧水泥面板进行致裂处理(冲击压路机纹裂稳固)后铺筑找平层+4～125px沥青混合料面层(橡胶沥青混合料面层)③少量脱空;微小错台;旧面板传荷能力较差(LTE＜70%);断板率DBL=10%～20%的路段。方案:对旧水泥面板进行破裂稳固处理(冲击压路机)后铺筑找平层+4～125px沥青混合料面层(橡胶沥青混合料面层);或对旧水泥板进行碎石化处理后铺筑找平层+125px沥青混合料面层(橡胶沥青混合料面层)。④大量板底较严重脱空;断板率DBL=20%～30%的路段。方案:采取板底注浆填充脱空，则注浆后对旧板进行致裂处理+找平层+4～125px沥青混合料面层;如不进行板底注浆，则对旧板进行碎石化处理+水稳层+4～125px沥青混合料面层⑤有大量而且严重的板中裂缝，甚至有交叉裂缝或局部沉陷，此种情况可能是基层或路基失稳造成;或者只有少量板中裂缝，但错台严重(＞10px)。一般不建议直接加铺100px沥青面层。方案:旧板碎石化处治后+找平层+缓冲层(沥青碎石)+4～125px沥青混凝土面层。

薄层沥青罩面层防治反射裂缝解决方案分析

采用合理的薄层沥青罩面层混合料。为了防止反射裂缝产生，改善沥青加铺层的混合料性能，即采用防裂效果更好的沥青加铺层，改善加铺层的抗剪切性能与抗疲劳性能是较好的选择，推荐以下特殊沥青混合料。①缓释反射裂缝混合料CAM(Crack Attenuating Mixture)。CAM(Cracking AttenuatingMixes)，中文译为缓释反射裂缝混合料。CAM是一种嵌挤密实型热拌沥青混合料，具有良好的抗车辙性能和抗反射裂缝性能。CAM薄层沥青罩面是用厚度≤62.5px的热拌沥青混合料铺筑而成的面层，可用作高速公路的面层或作为预防性养护措施加铺在无结构性破坏的旧水泥混凝土面板上。CAM沥青混合料配合比设计采用平衡设计理论设计。平衡设计体系采用体积设计法选取同时能够满足抗车辙性能和抗反射裂缝性能的最佳沥青含量和级配。现行的美国德州规范要求采用汉堡机验证沥青混合料抗车辙性能，要求试件的车辙深度＜12.5mm;采用Overlay Tester试验机验证沥青混合料的抗反射裂缝性能，要求试件直接拉伸循环750次时应力衰减＜93%。②Novachip超薄粘结磨耗层。Novachip是典型的断级配混合料，主要由70%～80%的单一粒径碎石、20%～30%的细集料和填料组成。其级配曲线和SMA相似，但结合料和填料含量低一些，含有更多细集料，具有很好的力学稳定性和抗剪能力。Novachip超薄粘结磨耗层采用2～75px断级配热拌沥青混合料，铺筑于乳化沥青粘层上，用专用粘层洒布和混合料摊铺一体化设备，经压路机压实后成型。Novachip薄层罩面有3种矿料级配A、B、C类型，最大粒径分别为4.75、9.5、12.5mm。A型主要用于修补机场路面，使用不普遍;B型最为常用。③橡胶沥青混合料。橡胶沥青是一种新型的筑路材料，具有良好的高低温性能、水稳定性、疲劳性能和降噪功能，应用前景广阔。其中改性橡胶沥青SAMI作为加铺层的中间应力吸收层，有优良的弹性恢复性能、抗疲劳性能，对防止反射裂缝产生和扩展起到很大作用。

改善沥青罩面层性能。改善沥青罩面性能可通过改变沥青类别(改性或非改性沥青)及其用量或选择不同粒径集料来改变混合料类型。此外，沥青混合料中加入纤维具有一定的加筋作用，能提高抗拉强度，改善加铺层的抗变形性能，可以延缓反射裂缝产生。另外，增加罩面层厚度，可提高路面结构的弯曲刚度，减小裂缝两侧由车轮荷载引起的竖向位移差。适当增加罩面层的厚度对于防止或延缓反射裂缝是有效的，但当沥青加铺层厚度增加到300px后，再通过增加加铺厚度是不经济的，防治效果也不甚显著。

冲击压实技术处治旧水泥混凝土板块。冲击压实技术原理是利用冲击压路机行驶时反复升落产生高冲击能作用于路面，使旧路面板破裂成嵌锁状态的板块，同时使破裂板块与旧基层紧密贴合，共同形成稳定均匀的支承体系，即形成纹裂稳固、破裂稳固、破碎稳固的作用效果。它能消除旧路面板因脱空所产生的竖向位移，使破碎板与旧基层紧密接触。同时，该技术能使旧破碎板块间的水平位移减小，消除影响反射裂缝产生的温度应力。

加强旧水泥混凝土路面与薄层沥青罩面的层间结合。薄层沥青罩面厚度较薄，加强加铺层与旧水泥混凝土板的有效粘结就显得很重要。层间结合改善主要有3种途径:①将旧水泥板表面打毛;②洒布足够粘度的改性沥青粘层油。如在薄层沥青罩面层与旧水泥板间铺设应力吸收层，则不需要喷洒粘层油。③应力吸收层在路面结构中能依靠自身的塑性变形来吸收应力。根据断裂力学理论，低弹性模量，高韧性的应力吸收层，可以缓解裂缝尖端的应力集中现象，因而能起到较明显的防裂作用。应力吸收层的在还能将旧板的水平位移与加铺层隔离开，并且隔断基层或路基水汽上升浸入加铺层，同时阻止地表水下渗。

设置土工合成织物或者格栅。设置土工合成织物或者格栅，提高抗开裂，耐疲劳能力。常用的防反射裂缝的土工材料主要有玻纤格栅与聚酯玻纤布等。玻纤格栅具有抗疲劳开裂、抗低温缩裂、耐高温车辙与延缓减少反射裂缝等特点，在旧路补强、路基加固及软基处理方面得到了广泛应用。由于其在沥青加铺层中能提高加铺层结构的抗拉与抗剪强度能力，同时，扩散了温度应力与车轮荷载，延缓了旧水泥混凝土裂缝的扩展和贯通，提高了路面的抗裂能力。其适用于旧水泥混凝土没有结构破坏的路段(即基层无损坏)，也适用于对路面标高有严格限制的路段;聚酯玻纤布是一种复合型土工合成材料，具有较强的抗拉强度，能与粘层油可以形成防水层，有效阻止水的下渗，也具有延伸率低、高温与化学稳定性好、可再生等特点，近几年在长三角地区得到了很大的推广。

结语

当前我国公路建设发展迅速，随之而来的旧水泥混凝土路面修复或改建不可避免，旧水泥混凝土路面处治方法很多，根据具体的工程条件、施工环境和经济因素，合理选用旧水泥砼路面处治方法非常重要，这不仅影响旧水泥混凝土路面的处治效果，还影响工程投资的大小。在具体处治方案确定之前，应根据旧水泥混凝土路面状况、反射裂缝防治的原理、及以往工程设计与施工经验，提出多种可行性方案，进而对多种方案进行进度、技术、经济等方面的综合分析以及其对环境的影响分析，最终确定经济可行、安全有效的旧水泥混凝土路面处治方法。