公路维修工程“白加黑”技术与工程应用

公路维修工程“白加黑”技术与工程应用摘要我国早期修建的公路以水泥混凝土路面为主，随着时代发展，大部分路面已经达到设计年限，无法满足人民群众日益增长的出行需求。旧水泥路面加铺沥青面层（即“白加黑”）是现阶段水泥路面维修改造的主流工艺。本文以省道十永线蔡甸城关至永安段大修改造工程为依托，对公路维修工程“白加黑”技术进行研究和应用分析。主要研究内容如下：设计十永西公路维修工程“白加黑”方案，最终确定以碎石化为主，部分原路况较好且不适合碎石化的路段采用设置应力吸收夹层的加铺方案。同时，研究了反射裂缝的防治问题，论证了依托工程采用的防治反射裂缝措施的合理性。关键词：公路维修；沥青罩面；反射裂缝一、工程基本情况省道十永线蔡甸城关至永安段（桩号：K19+590〜K35+830,简称十永西）起于蔡甸区蔡甸大街，止于汉宜高速下穿通道，全长约16.24km。原为二级公路，设计时速60km/h，路幅宽度18m，双向四车道水泥混凝土路面。项目路段是1995年由老汉沙公路改扩建成的，已达到设计年限。本文依托该工程，研究探讨了沥青罩面设计以及实际效果检测问题。二、加铺方案设计（一）设计原则根据十永西原水泥路面路况的检测评价结果和《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2011），结合十永西交通量、自然条件，以及当地施工技术、养护水平，提出合理的维修方案，设计原则如下：1、必须考虑反射裂缝对加铺罩面的影响；2、加铺方案应该根分地段、分片区合理制定，同时参考武汉市近年来成功经验，确保方案安全可靠、经济合理；3、设计时合理考虑推广新技术、新工艺。（二）罩面层方案比选本项目设计方案主要根据原路面的破损状况合理选用。方案一：设应力吸收夹层。即水泥路面病害处治后加铺沥青层，这种方法适用于原路面破损不严重路段。设应力吸收夹层主要是防止反射裂缝的产生。方案二：碎石化方案。即旧水泥面板全部打碎后作为路面底基层，再加铺基层和面层。根据武汉市类似地区使用经验，两种加铺方案设计对比情况见表2.1。表2.1水泥路面加铺沥青层方案比选表方案一（设应力吸收夹方案二（碎石化方案）层）方案4cmAC-13改性沥青砼4cmAC-13改性沥青砼+8cmAC-+8cmAC-25沥青砼+2cm应力吸25沥青砼+18cm水稳基层收层+抗裂贴优应力吸收层和抗裂贴能有有效利用旧水泥路面，结构效抑制反射裂缝问题；原路面强度较高；能比较彻底解决反射要求路况较好，对沿线居民干裂缝问题。扰较小。缺反射裂缝处治不彻底；对碎石化振动噪音、灰尘对沿点原路面要求高。线居民影响较大；造价高。单224元/平方米258元/平方米价估算项目原为二级公路，纵坡拟合能力差，能设置应力吸收夹层的路段少，而且因业主要求路面拼宽，采用设应力吸收夹层方案，工后容易产生沉降［1］。采用碎石化方案可以设调平层，克服设应力吸收夹层的缺陷，但碎石化方案不适宜建筑物距道路较近的路段。综合项目特点，并结合周边地区类似项目改建经验，本工程以碎石化方案为主，原路面状况较好的集镇路段，采用沥青同步碎石封层技术、粘贴抗裂贴等方式设置应力吸收夹层，防治反射裂缝。三、防治减缓反射裂缝的措施研究水泥混凝土路面加铺沥青后形成了半刚性复合路面，在温度应力和交通荷载的反复作用下，旧路面的裂缝极易反射到沥青加铺层，形成的新的裂缝，这种新裂缝我们称为反射裂缝。因为外部环境因素的负面影响以及复合路面本身的缺陷是客观存在的，所以反射裂缝不可避免，只能采取措施延缓反射裂缝出现，延长道路使用寿命。（一）国内相关研究我国相关研究起于上世纪80年代中后期。1985年到1991年期间，姚祖康、倪明、周德云等同济大学学者运用有限元分析法（其中倪明、姚祖康采用了半解析有限元方法和平面有限元方法，周德云和姚祖康采用了三维空间有限元方法），计算分析出沥青罩面层在荷载和温度作用下的受力情况；1988年，长沙理工大学的张起森等学者采用光弹性法，对理想状态下已有裂接缝的路面进行研究，探讨了破损路面受力情况以及反射裂缝的扩展路径。1994年到1998年期间，同济大学的孙立军、周富杰等学者又对反射裂缝的防治措施进行了研究和试验，他们模仿美国学者铺筑试验路，研究了使用特殊金属网作为夹层防治反射裂缝的效果。2005年，长沙理工大学的周志刚运用疲劳损伤力学有限元方法研究加筋对延缓反射裂缝的作用，得出加筋材料在宽10cm区域内可以有效延缓反射裂缝扩展的结论。2008年，汤文等学者通过多项对比实验，分析了薄沥青应力吸收夹层（简称SAMI）防治反射裂缝的优势。（二）依托工程防治反射裂缝措施论证参考十永西旧路面检测和评定结果，并结合了目前较成熟的“白加黑”施工方案及防治反射裂缝措施，设计了两种加铺方案。两种方案具体反射裂缝措施的论证如下：武汉属于亚热带温润季风气候，日照充足，四季分明，昼夜温差不大，水资源丰富。近30年来，年平均降雨量1269毫米，属于多雨地区，且雨水集中在6到8月份。因此水损坏是反射裂缝扩展的重要原因之一。1、路面破损状况较好的路段（桩号：K19+590〜K19+823和K26+571〜K27+578），将旧水泥板病害处治后加铺12cm沥青面层。采用了沥青同步碎石封层技术、粘贴抗裂贴等方式设置应力吸收夹层，防治反射裂缝。沥青同步碎石封层因为工期短、性价比高等优点，在世界范围的公路建设和维修工程中广泛应用。该工艺将碎石及热橡胶沥青同步铺洒在路面上，实现了两道工序同步进行，过程中不存在沥青和骨料的拌合，所以能形成连续的沥青薄膜，具有良好的防渗水性能⑵。同时，沥青同步碎石封层的组成符合SAMI结构⑶，可以作为SAMI应力吸收层，适合水资源丰富的武汉地区。抗裂贴融合了高强防水胎基和耐高温复合织物的优点，能形成完整的防渗水层，对比普通土工格栅材料具更强的防水效能，能有效防止反射裂缝的产生。下面层采用AC-25沥青碎石这种多孔隙结构作为裂缝缓解层，能减缓作用在裂接缝尖端的应力，降低裂缝两侧的弯沉差，并且吸收部分由行车荷载和温度荷载产生的应力［4］。上面层采用AC-13改性沥青混凝土结构，抑制反射裂缝的同时主要起到密水、抗滑及提高路面行驶质量等作用［5］。2.碎石化技术适用于路面破损严重且沿线居民房屋相对较少的路段，碎石化路段将22cm旧水泥面板进行多锤头碎石化后，加铺18cm水稳基层和12cm沥青砼面层。施工前要修复处理严重病害路段，旧水泥混凝土路面经过锤击、破碎、稳固等过程，变成了新路面的基层。这样形成的基层没有接缝、裂缝等应力集中点，也消除了脱边、板底空洞等病害。因此，加铺沥青面层后，反射裂缝出现概率大大降低。有关专家建立有限元模型，验证碎石化层作为基层时拉应力明显小于一般级配碎石基层，并且能有效防止反射裂缝［6］。另外，本工程碎石化施工的关键技术是加强路面边缘排水。采取的措施是对原土路肩超挖，换填碎石层，以排除碎石化层上路面渗水。综上所述，十永西大修改造工程采用的反射裂缝防治措施是科学有效的。实际上，从工程完工后铺筑效果和检验结果来看，该路段路面性能提升明显。竣工三年后，没有明显反射裂缝产生。参考文献［1］刘朝晖，周婷，李盛，etal.现行规范旧水泥混凝土路面加铺层设计的若干问题研究［J］.公路交通科技，2014,31(5).［2］苏金花.同步碎石封层技术在G312线公路养护维修工程中的应用［J］.甘肃科技，2015,31(5):111-112.［3］覃峰.同步碎石封层技术的应用研究［D］.桂林工学院，2008.