旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的几种做法

1 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 常州市建设工程施工图设计审查中心 江苏 摘摘 要要 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 2 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 32 3 设置应力或应变吸收夹层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 42 4 设置裂缝松弛设置裂缝松弛 延缓层延缓层 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 52 5 沥青层锯切横缝沥青层锯切横缝 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 3 旧水泥混凝土路面破碎稳固技术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 3 图 1 IMPACTOR 2000 四边形冲击压路机 图 2 ANTIGO 8600 水泥混凝土路面破碎机 图 3 多锤头式破碎机 图 4 共振式破碎机 4 4 沥青加铺层防反射裂缝措施小结沥青加铺层防反射裂缝措施小结 沥青混凝土罩面是旧水泥路修复改造的一种重要措施 但反射裂缝一直是 白改黑 工程的顽疾 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 多种防反射裂缝措 施 应用于 白改黑 工程中 并取得一定效果 为更加有效地控制反射裂缝 对于严重破损的水泥 路面 可考虑采用破碎稳固技术 但值得注意的是旧水泥板破碎后 破坏了其整体性 造成这个结构 层次结构强度的大幅度降低 同时这个结构层次的模量受到破坏程度 压实状况 原水泥板厚度和破 损情况的影响 模量变化较大 另外 由于整体性的丧失而形成碎石结构层 容易诱发水损坏 这些 问题在沥青加铺层结构设计时应给予充分重视 总之 白改黑 是一个系统工程 必须根据实际情况综合考虑 各种反射裂缝措施适用性和经济 性 同时努力提高沥青加铺层材料的抗裂性能 重视对基层及土基进行加固处理 才能取得较好的效 果 5 对旧水泥混凝土道路现状调查与评价对旧水泥混凝土道路现状调查与评价 5 15 1 旧水泥混凝土道路状况评价标准旧水泥混凝土道路状况评价标准 水泥路面破损状况根据 公路技术状况评定标准 JTG H20 2007 规定 采用路面状况指数 PCI 和断板率 DBL 进行评价 路面状况指数由水泥路面的病害类型 轻重程度和出现的范围或 密度计算得出 断板率则由交叉裂缝 角隅断裂 纵横斜向裂缝的破损率计算而得 水泥路面破损状 况评价标准见下表 1 表 1 水泥路面破损状况评价标准 评价指标优良中次差 路面状况指数 PCI 90 80 9070 8060 70 50 50 30 50B 2 L 250L 2 50 B 2 50 6 图6 板角断裂处理示意图 6 46 4 裂缝维修裂缝维修 当水泥混凝土板上裂缝程度较轻时 不作为断板处理 但必须对其裂缝采取措施进行维修 根据裂缝的损坏程度 施工技术等具体情况选择适当的修补材料和方法 粘结剂或填缝料可用聚 氯乙烯胶泥 环氧砂浆 聚胺脂等 对于较宽的裂缝 3mm 应先清除缝内杂物 并在上口适当扩 展成倒梯形 顶宽15 20cm 底宽5 15cm 深度为板厚1 3 左右 再灌缝粘结 对于较细的裂缝 进行 灌缝处理 并适当把缝扩成V 字形 顶宽5 15 cm 深度为板厚1 3左右 对于轻微的裂缝且缝宽小于 1mm 可不作处理 6 56 5 传荷能力差的处理传荷能力差的处理 对于相邻两板弯沉差大于或等于6 1 100mm 的接缝 在接缝两边各50cm进行全深度切割 清除 切割的旧板 目测基层 老基层板体性差 则下挖至板体性好的层面 用C20 贫砼修复基层 然后浇 筑C35砼与原有道面平齐 新浇注部分与旧板间接缝要设置传力杆 传力杆间距30cm 最外侧传力杆距 纵向接缝或自由边距离为10cm 采用光面钢筋 直径28mm 长度40cm 6 66 6 错台错台 横缝错台根据错台程度采取措施处理 对于高差小于1cm的轻微错台 可采用磨平机磨平或人工凿 平 高差大于1cm的错台 则在低侧板加铺沥青砂进行处治 其纵坡变化应不大于1 沥青砂填补前清 除路面杂物 灰尘 喷洒一层乳化沥青 沥青用量为0 3 0 5L m2 6 76 7 坑洞修补坑洞修补 坑洞修补先将坑洞凿成形状规则的直壁坑糟 并用钢丝刷将破坏处的尘土 碎屑清除 用压缩空 气吹干净修补面 然后用C35水泥混凝土重新浇筑 6 86 8 接缝维修接缝维修 板块维修好后 为防止地下水侵入加铺层 应对全线每块板之间每条纵 横缝用清缝机进行清缝 并用灌缝机填缝 填缝料技术要求应满足 公路水泥混凝土路面养护技术规范 JTJ 073 2001 A 2 3有关要求 7 7 常州地区及外省市已建工程的调查和分析常州地区及外省市已建工程的调查和分析 表 3 常州地区 白改黑 已建工程调查表 序 号 项目名称改造 年代 加铺沥青路面结构路面 抬高 备 注评 价 1 金坛东门大街2008 年 4cmAR AC13 8cmSup20 改性 粘层油 1cmSAMI 处治后的水泥砼路面 13cm 铺筑橡胶沥青的路 面及橡胶沥青应力 吸收层 市政科技 2008 年 7 月 第 4 期 水 泥混凝土路 面白改黑技 术应用 介 绍 2 常州市常武路2006 年 4cmAR AC13 8cmSup20 改性 粘层油 1cmSAMI 处治后的水泥砼路面 13cm 铺筑橡胶沥青的路 面及橡胶沥青应力 吸收层 市政科技 2008 年 3 月 第 2 期 旧 水泥混凝土 路面新型沥 青加铺层方 案研究 介 绍 7 3 常州市汉江路 龙江路 通 江路 2010 年 4cmAR AC13 8cmSup20 改性 高性能聚脂布 2 5cmAC 10 改性 找平层 处治后的水泥砼路面 14 5 cm 铺筑橡胶沥青的路 面及高性能聚脂布 后 均未发现反射 裂缝 行车舒适性 良好 2013 年观察 4 长江路2010 年 4cmSMA 13 8CM sup20 改性 粘层油 1cm SAMI 20cm 水泥稳定碎石 旧水泥路破碎稳固 33cm 破碎稳固技术 未 发现反射裂缝 行 车舒适性良好 2013 年观察 5 峨嵋山路2011 年5cm 橡胶沥青 AR AC13 粘层油 1cm SAMI 防裂贴 处治后的水泥砼路面 6cm 铺筑橡胶沥青的路 面及橡胶沥青应力 吸收层后 均未发 现反射裂缝 行车 舒适性良好 2013 年观察 6 盘龙苑三期道 路 2011 年5cm 橡胶沥青 AR AC13 高性能聚酯布 处治后的水泥砼路面 5cm 铺筑橡胶沥青的路 面及高性能聚脂布 后 均未发现反射 裂缝 行车舒适性 良好 2013 年观察 7 香山路2011 年5cm 橡胶沥青 AR AC13 2 5cmAC 10C 调节层 粘层油 防裂贴 2cm 处治后的水泥砼路面 7 5cm 铺筑橡胶沥青的路 面及防裂贴后 均 未发现反射裂缝 行车舒适性良好 2013 年观察 8 泰山路2010 年4cmSMA 13 改性 6CM sup20 改性 聚脂纤维布 2cmAC 10 改性 找平层 处治后的水泥砼路面 12cm 铺筑沥青马蹄脂路 面及高性能聚脂布 后 均未发现反射 裂缝 行车舒适性 良好 2013 年观察 表 4 部分外省市 白改黑 已建工程调查表 序 号 项目名称改造年代加铺沥青路面结构路面抬高备 注评 价 1 江苏省宁连公 路南京段 2002 年 4cmSMA 13 6cmSup20 改性 10cmLSM 25 处治后的水泥砼路面 20cm 设置裂缝松弛 延缓 层 沥青碎石层 经 4 年运行 路面结构 完好且无反射裂缝 2006 年 观察无 裂缝 2 江苏省宁杨公 路 1998 年4cmSMA 13 改性 8cmSup20 改性 粘层油 1cmSAMI 处治后的水泥砼路面 13cm 6 年运行后 路面局 部路段出现了反射裂 缝和损害 2004 年 观察有 裂缝 3 G328 国道仪1998 年4cmSMA 16 改性 14 5cm 经四年运行 总体应2002 年 8 征段 6cmAC 25I 玻璃纤维格栅 2 5cmAC 10 调平层 APP 改性沥青油毡 纵 横缝上 处治后的水泥砼路面 用效果良好 8 年后 局部路段出现了不同 程度的纵 横向裂缝 翻浆等病害 又翻挖 设置传力杆 压浆处 理 观察无 裂缝 2006 年 观察有 裂缝 4 苏州某市政道 路工程 2010 年4cm 中粒式橡胶沥青 8cm 粗粒式橡胶沥青 纵缝处土工格栅 橡胶沥青粘层油 0 6cm 纵横缝防水处理 灌 油膏 贴两层 SBS 防 水卷材 处治后的水泥砼路面 13 5cm 2010 年工程 12cm 橡胶沥青面层 纵缝土工格栅 纵横 缝贴防水卷材 建成后 未有观 察报道 5 107 国道清远 段 2 2km 2006 年5cm 橡胶沥青 AR AC13 粘层油 1cm SAMI 处治后的水泥砼路面 6cm 2006 年工程铺筑橡胶 沥青的路面及橡胶沥 青应力吸收层 建成后 未有观 察报道 附注 材料名称代号 AR AC13 为橡胶沥青抗滑表层 SAMI 为橡胶沥青应力吸收层 LSM 25 为 大粒径沥青碎石基层 1cmSAMI 橡胶沥青应力吸收层上面为单粒径碎石层 上面应有粘层油与上层沥青混凝土连接 常州地区工程材料估价表 供参考 表 5 常州地区路面工程材料估价表 序号名称平均价 元 cm 1沥青混凝土 细 AC 13C11 10 2沥青混凝土 粗 中 AC 20C AC 25C9 60 3沥青玛蹄脂碎石混合料 SMA 1315 00 4橡胶沥青混凝土 AR AC1318 00 5橡胶沥青应力吸收层 SAMI20 00 6沥青碎石 LSM 2515 00 7SUP 20 沥青混合料10 00 8土工布 玻纤布 聚酯布 21 26 00 元 9防裂贴2mm 厚 19 80 元 元 3mm 厚 34 20 元 元 8 8 常州地区建议推荐方案常州地区建议推荐方案 8 18 1 在经过处治后的水泥砼路面上 加铺沥青路面时 考虑采用何种加铺沥青路面结构 因素如下在经过处治后的水泥砼路面上 加铺沥青路面时 考虑采用何种加铺沥青路面结构 因素如下 1 经调查的旧水泥砼路面的完好率 损坏程度 以及对病害维修的质量情况有关 就是处治后 的旧水泥砼板接缝的竖向和水平相对位移可能的大小 2 当地使用过 效果好的加铺材料和技术 尽量降低加铺的厚度 3 旧水泥砼路面上容许路面抬高的高度 4 结合改造路面 采用新材料 新技术 改善行车安全 降低噪音等 8 28 2 常州地区建议推荐方案常州地区建议推荐方案 1 橡胶沥青混凝土路面 最早始于 20 世纪 40 年代的美国 经研究发现 在道路工程中应用 这种材料后 沥青路面的抗滑性能 抗磨损性能 抗疲劳性能和抗车辙性能有了一定的提高 如果是 9 同样的道路设计寿命年限 橡胶沥青路面的厚度至少可减薄 1 2 可节约大量的建设费用 同时还可缩 短施工工期 橡胶沥青 AR AC13 的性能特点 1 能抗高温车辙 抵抗重交通 2 能提高沥青抗老化 抗疲劳性能 耐磨损 有资料表明 可使路面使用寿命提高 2 3 倍 见 图 10 3 能抗水损坏 防止雨水下渗 同时可减少水漂 水雾 有利行车安全 见图 9 4 能降低行车噪音 京沪高速公路测试 可降低噪音 5 7db 是国际公认的噪音最小的道路路 面结构层 被誉为消音沥青 5 能减薄路面厚度 降低造价成本 图 7 利用废旧轮胎粉的橡胶沥青 图 8 沥青混合料中的橡胶颗粒 图 9 潮湿天气的安全行驶 左右对比 图 10 橡胶沥青抗疲劳性能明显改善 10 2 橡胶沥青同步碎石应力吸收层是减少反射裂缝的一种造价适中 阻裂效果良好的方法 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 根据断力学的理论 低弹性模量 高韧性的应力吸收层 可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 国内外对此 类防裂措施开展了不少试验研究 并取得了一定的研究成果 橡胶沥青应力吸收层 SAMI 的技术优势 1 能对裂缝防治与延缓作用 见图 11 图 12 特别是采用同步碎石封层车施工后 将碎石及橡 胶沥青同步铺筑在路面上 质量效果比应比非同步碎石施工方法时更好 是目前较为公认的抗反射裂 缝最有效的解决方案 其下层路面的各种裂缝难以穿透该应力吸收层向上传播 2 能有层间粘结作用 固化后仍能有一定的韧性 即使上 下层在一定限度内变形时 仍能保持 良好的整体部分 其性能指标均不受外界影响 3 能有层间封水和防水作用 对下面层起到保护作用 4 抗疲劳 耐久性好 能抗低温脆裂 高温车辙 图 11 应力吸收层技术结构 图 12 应力吸收层防治反射裂缝的机理 图 13 橡胶沥青应力吸收层结构 3 建议采用 白改黑 路面结构 1 快速路 主干路 11 表 6 快速路 主干路 白改黑 路面结构 6cmAR AC13 橡胶沥青混凝土 粘层油 1cm 橡胶沥青同步碎石应力吸收层 新路面抬高路面 7cm 处治后的水泥混凝土路面原路面高度 注 6cmAR AC13 橡胶沥青混凝土可相当于 AC 1