旧水泥路面加铺沥青罩面的施工技术

　　旧水泥路面加铺沥青罩面的施工技术
　　朱晚军
　　（湖南娄底路桥建设有限责任公司湖南娄底417000）
　　摘要：结合工程实践，对沥青罩面层的结构特点及工程路况进行了分析，介绍了旧水泥混凝土路面病害及接缝的施工工艺，并对预防沥青反射裂缝提出可行的防治措施。
　　关键词：旧水泥路面沥青罩面施工工艺
　　前言
　　目前，我国现有的水泥混凝土路面，有相当一部分已经接近或超过设计年限，有的虽未达到设计年限，但由于交通流量的剧增、汽车轴载的重型化或由于设计、施工等方面原因，出现许多病害，影响到路面行车的舒适性。由于采用沥青加铺能有效地改善旧水泥路面的使用功能和道路的景观效果，同时能充分利用旧水泥路面，施工周期短、工程造价低、施工方便、对现有道路交通影响最小，因此，沥青加铺罩面的做法在对旧水泥路面的改造中应用最多。
　　l沥青罩面层的结构特点
　　沥青罩面是一种特殊的路面结构型式，罩面层的基础为刚性的水泥砼路面，而不是通常采用的半刚性水泥稳定粒料基层，其应力应变与常规的沥青路面的弹性层状体系差别较大。
　　沥青罩面层加铺后，由于汽车行驶荷载的作用，旧水泥砼路面的板边会产生较大的弯拉应力，相邻板块间出现弯沉差，在砼板接缝处产生竖向相对位移，受到该位移的作用，接缝上方的沥青混合料内部会出现较大的剪应力，当剪应力大于沥青路面的抗弯强度时，沥青罩面层易产生裂缝。同时，因为沥青罩面层与水泥砼面板的膨胀系数不同，在外界温度变化的影响下，罩面层与水泥砼板之间胀缩不同步，水平方向的相对位移会导致铺筑于其上的沥青连续罩面层内部产生水平应力，水泥砼板的板缝收缩时，水平应力在罩面沥青内部表现为拉应力，当拉应力大于沥青路面的抗拉强度时，沥青罩面层也会产生裂缝。
　　罩面沥青的使用阶段，在剪应力和拉应力的共同反复作用下，旧水泥路面的接缝位置之上的沥青层极易开裂，并沿着该薄弱位置向上扩展至表面，即为反射裂缝。采取罩面施工的旧路面往往是因为水泥砼板病害较多，不能满足行车的舒适性，原有的病害大多也会在罩面层上产生反射裂缝。
　　反射裂缝的出现会缩短罩面层的使用寿命，所以沥青罩面施工最大的难点是如何处理好旧水泥路面的接缝和会导致沥青开裂的旧水泥路面病害，提高沥青路面的自身抗裂性能，预防反射裂缝的产生和延缓裂缝向上扩展。砼路面接缝处理、病害处治应建立在详细的路况调查的基础上。
　　2路况调查
　　由于造成水泥路面病害的因素较多，病害表现形式呈多样化。在沥青罩面施工之前，应重视做好旧水泥路面现有路况的调查和评价。现以“南昌市红谷滩中心区沥青罩面改造工程”和“湖南省衡阳市衡枣高速衡阳西连接线路面改造工程”为例，红谷滩中心区已有道路“三横十纵”l3条路均为水泥路面，该工程将每条道路做为一个子单位工程分别进行罩面的施工和评定。由于数据的归纳和整理的需要，本文以其中的一个子单位工程“赣江中大道”的沥青罩面为例，道路路况调查主要有以下几个方面。
　　2.1路面破损状况
　　实地调查，采用目测确定接缝填料损坏及路面病害的类型和轻重程度，量测各病害的数据参数，在旧路面竣工图纸上逐一板块的标注和绘制该板块已有病害的类型、破损程度、病害的发展方向、是否存在几种以上病害同时出现等(该道路的具体病害分类、数量及处理方法在下文中叙述，此处略)。
　　2.2砼板承载能力
　　通过无破损检查，如采用贝克曼梁(5.4m)测定水泥路面的板边回弹弯沉，推算相应板块的基层顶面的模量。
　　由于砼路面的接缝较多，承载力的测定主要用于判断接缝的传荷能力及对旧路面路况的整体评价。本次调查采取抽检方式，按机动车道每车道约100m左右的距离，取一条水泥板的横缝，测定横缝相邻前、后板的板边弯沉，共检测224组，计448个点。经计算最大弯沉值为0.38mm，最小弯沉值为0.02mm，平均弯沉值为0.08mm，标准差为0.06，弯沉代表值为0.18mm。本设计对罩面基层的弯沉值要求为小于0.392mm，旧路面的承载能力能较好，符合沥青道路基层的要求。
　　2.3接缝传荷能力
　　通过弯沉的抽检数据，计算在接缝位置相邻板块的板边弯沉差，判断砼路面的接缝的传荷能力。该道路的板边弯沉差值数据整理如表1。
　　表1板边弯沉检测弯沉差统计表
　　板边弯沉差/mm ≤0.01 0.01～0.02 0.02～0.04 0.04～0.06 ≥0.06 小计
　　组数（224） 18 105 57 41 3 224
　　比例/% 8.0 46.9 25.5 18.3 1.3 100
　　根据相关资料，相邻板边弯沉差≥0.06mm的可判为有板底脱空现象，须进行压浆处理。由于本工程水泥路面使用年限较短，路面的整体况状况较好，调查的板边弯沉差≥0.06mm的仅占1.3％，考虑到全面的弯沉检查对现有路面交通影响较大，也不经济。故仅对已查明的板底脱空进行压浆处理，对于未查明的板底脱空造成的沥青裂缝，可在缺陷责任期及后期营运的路养护中进行处理。
　　2.4砼板块强度
　　采用破损检查，如钻芯取样，检查砼板厚度，进行劈裂试验，测定其弯拉强度。
　　调查按机动车道单幅每200m钻取Φ100mm砼芯样1个，共抽取芯样36个。砼板厚度误差范围为原设计的－2.3cm～+1.9cm，砼的平均抗折强度为5.2Mpa。原路面的厚度、抗折强度均满足水泥砼路面城市I级主干道的要求。
　　2.5路面状况评价
　　通过对砼板的板边弯沉值、相邻板的弯沉差及平均厚度和弯拉强度等指标的分析，旧路面的整体结构性能较好，仅须对存在的局部病害进行处理后，在原有路面上进行沥青加铺改造。
　　3旧水泥路面的接缝处理和病害处治
　　3.1接缝处理
　　水泥路面的接缝包括横缝(胀缝、缩缝)、纵缝和施工缝。设置目的是减少或避免由于水泥混凝土热胀冷缩产生的应力对路面板的破坏作用。
　　罩面工程施工前，对于水泥路面接缝通常的处理办法是恢复其原有的功能。即对原有的接缝逐一检查，对于填缝料损坏的接缝进行重新处理。具体做法是将旧路面所有填料破损及内混杂砂石的接缝中的旧缝填料、杂物、尘土清除，而后用空压机吹净，采用聚氨酯橡胶填充，在胀缝位置，还须用热沥青均匀涂刷缝壁，将填缝板压人缝内，对填缝板接头及填缝板与传力杆之间的间隙，用沥青填平，填缝板上部采用聚氨酯橡胶填实。如胀缝位置出现有因热胀导致的顶紧或砼板破损现象，则须按水泥砼路面的要求，重新设缝处理。
　　聚氨酯橡胶可在较宽的硬度范围具有较高的弹性及强度、优异的耐磨性、耐油性、耐疲劳性及抗震动性，是一种较好的灌缝填料。采用该材料灌缝能有效地减小接缝位置沥青混合料的应力集中，减少反射裂缝的出现。
　　旧水泥路面的接缝除了填缝材料的损坏外，还存在其它的接缝处水泥砼病害，主要有接缝错台、接缝啃边和剥落、唧泥等多种形式，可结合路面病害一并处治。
　　3.2病害处治
　　旧水泥砼路面的病害处理妥当，可有效地预防反射裂缝、延缓早期裂缝。因此，必须严格按照路况调查资料和相应的路面养护技术规范，采取多种措施逐一板块的进行病害处理。
　　也以赣江中大道为例，通过对该道路的路面状况调查数据，病害情况的分类、数量及处理方法详见表2。
　　表2路面状况的分类、数量及处理方法
　　旧路病害分类 数量 处理方法
　　裂缝病害 轻度裂缝：缝宽≤3mm 46 扩缝灌沥青封缝
　　 中等裂缝：缝宽3mm～15mm 46 两侧各50cm宽，平行缩缝全深度切除，布置双层钢筋网浇注C35砼
　　 严重裂缝：缝宽≥15mm 7 整板翻修更换
　　 两条以上的裂缝、网状和交叉裂缝 37 整板翻修更换
　　板边板角病害 板角断裂 71 断角处切除，沥青填平压实
　　拱起病害 板块整体拱起 2 整板翻修更换
　　错台病害 ≤1mm 9 磨平机或人工凿平
　　 ≥1mm 17 喷洒粘层油，沥青石屑填补，压路机压实
　　接缝砼病害 接缝处啃边、剥落 119 凿除缝两侧啃边和剥落的松散砼，沥青混合料填平夯实
　　砼坑洞 坑洞板 23 沥青混合料填平夯实
　　突起 水泥砼路面有尖锐、凸起物体 41 将尖锐、凸起物体凿平
　　其它病害 如板块脱空、唧泥、沉陷 5 拆除旧板、进行压浆处理，再浇注C35砼
　　4沥青罩面的“防反”措施
　　由于本工程为罩面工程，在沥青路面施工工艺的基础上还增加以下的防反射裂缝的措施。
　　4.1设置中间应力夹层
　　在沥青罩面层与水泥砼路面之间设置中间应力夹层可以吸收旧水泥砼板接缝处的部分剪切应力和接触面上的部分水平拉应力，削减应力峰值。本工程采用的中间应力夹层为在旧路面上喷洒乳化沥青，满铺玻纤聚酯防裂布或土工布类织物，其主要作用表现为：(1)防止和延缓反射裂缝。玻纤聚酯防裂布通过吸收沥青材料后，在沥青罩面和水泥路面之间形成一个结构层，减小了因水泥路面温度位移而传递给沥青罩面的拉应力；同时，它特有的低延伸率和瞬时抗拉强度高，有效地减小了砼板接缝处的应力集中，防止砼板接缝处的沥青层底部裂缝产生，并延缓裂缝的扩展和向上反射。而土工布类可以直接分散应力。
　　(2)防渗透性能。玻纤聚酯防裂布由玻纤和聚脂制造，能经受沥青混合料的高温施工，从而形成一道不变形的防水层，有效防止砼“基层”底的水份渗入，减少沥青罩面层在反射裂缝处发生剥离破坏，土工布类也具有反渗作用。
　　（3）玻纤聚酯防裂布和土工布类的选择使用具体按当地材料价格、机械组合等，进行比较分析后选择用。如赣江中大道使用的是前者，湖南省衡阳市衡枣高速衡阳西连接线采用的是后者。
　　4.2提高沥青罩面层的抗裂性能
　　汽车荷载和旧路面传递的剪、拉应力最终是通过作用于沥青罩面层而使其产生裂缝，如何有效地提高沥青罩面层的抗拉强度和抗变形能力，提高沥青罩面层自身的抗裂性能是罩面工程的关键。提高抗裂的主要措施如下。
　　(1)面层沥青应用SBS改性沥青，改性沥青面层具有较好的低温抗裂、高温抗车辙能力，增强了路面的承载能力，更为有效地避免了反射裂缝的产生、延缓其向上发展。
　　(2)增加罩面层的总厚度，薄层沥青对预防剪切变形的能力有限，工程的罩面层采取4cmAC-13(SBS改性)+6cmAC-20的路面结构形式，而不是通常采取的一层，增加了加铺厚度，提高了沥青的抗剪切能力。
　　(3)调整沥青配比。由于是加铺工程，沥青混合料的原材料及配比不同于常规做法，选取了低稠度(针入度270)的优质沥青，有效延缓反射裂缝。同时，增加了沥青的含量，提高沥青混合料抗疲劳开裂能力。
　　(4)加强对沥青碾压质量的控制，压实效果好的沥青混合料可以延缓裂缝的展开。
　　5结束语
　　沥青罩面改造工程采取了以上的施工工艺和措施，保证了工程的质量，沥青罩面竣工后通车1年的观测显示，反射裂缝目前还未出现，行车舒适性极大提高。
　　通过对该工程的实践，探索和总结了一套关于调查和评价旧水泥路面状况、处理旧路面接缝和病害的办法，提出一系列预防沥青反射裂缝的技术措施，可给类似罩面改造工程提供借鉴。
　　参考文献：
　　[1]JTGD50—2004.公路沥青路面设计规范[s].
　　[2]JTGF40-2004.公路沥青路面施工技术规范[s].
　　[3]JTJ073.1-2001.公路水泥混凝土路面养护技术规范[s]

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