水泥混凝土路面白加黑反射裂縫的原因分析及防治措施

程思勝

（徐州市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江蘇 徐州221000）

水泥混凝土路面白加黑反射裂縫的原因分析及防治措施

程思勝

（徐州市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江蘇 徐州221000）

結(jié)合水泥混凝土路面白加黑出現(xiàn)的反射裂縫進(jìn)行分析，根據(jù)裂縫產(chǎn)生原因及機(jī)理，針對性地提出防治措施。結(jié)合徐州市泉新路工程實例，提出反射裂縫的解決方法和工程施工要點，按此方法施工的道路運(yùn)行良好。

城市道路；水泥混凝土路面；瀝青加鋪層；反射裂縫；原因分析；防治措施；防裂貼；應(yīng)力吸收層

0 引言

在20世紀(jì)七八十年代，水泥混凝土路面作為高等級路面是常見的路面結(jié)構(gòu)形式，它具有強(qiáng)度高、使用壽命相對較長，施工成本及前期養(yǎng)護(hù)成本低的優(yōu)點。隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市交通量的劇增，交通荷載的累積增多，水泥混凝土路面的缺點日益顯露，如板縫處的顛簸跳車、行車噪聲大、養(yǎng)護(hù)施工周期長等。近年來全國各地城市水泥混凝土路面紛紛采用白加黑模式（在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層），大大改善了路面的使用性能，不僅避免了混凝土板塊整體挖除的成本，而且施工速度快，平整度較好，行車干擾小。但是，隨著時間的推移，瀝青加鋪層反射裂縫逐漸出現(xiàn)，因此瀝青加鋪層的反射裂縫處理得是否成功，成為舊水泥混凝土路面改造成敗的關(guān)鍵衡量指標(biāo)之一。

反射裂縫不僅導(dǎo)致行車的舒適性大大降低，裂縫迅速擴(kuò)散還會大大縮短瀝青面層的壽命，影響道路的質(zhì)量。

1 反射裂縫的類型、形成原因

所謂反射裂縫，是指水泥混凝土路面加鋪瀝青面層后，水泥混凝土板塊的脹縮縫會在加鋪的瀝青面層表面反映出來，通常分為兩種：溫度型反射裂縫和荷載型反射裂縫。

1.1 溫度型反射裂縫

溫度型反射裂縫是由于路面受氣溫溫差變化的影響而產(chǎn)生周期性脹縮，產(chǎn)生溫度應(yīng)力集中，進(jìn)而產(chǎn)生水平位移。由于水泥混凝土板塊在接縫處表面不連接，產(chǎn)生的應(yīng)力在接縫處也不連接，因此瀝青加鋪層同時承擔(dān)它本身及水泥混凝土板塊所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。瀝青加鋪層會因為裂縫對應(yīng)處的拉應(yīng)力過大而產(chǎn)生開裂，產(chǎn)生水平位移，形成溫度型反射裂縫，一般瀝青加鋪層過薄更容易出現(xiàn)此類情況。

1.2 荷載型反射裂縫

車輛行駛通過水泥混凝土板塊時，瀝青加鋪層受到豎向交通荷載的作用，傳遞給下面的水泥混凝土板塊，混凝土板塊預(yù)留縫隙（脹縫、縮縫、施工縫）兩側(cè)板塊因受荷載大小不同產(chǎn)生不等的剪切應(yīng)力或因瀝青下的混凝土板下基礎(chǔ)強(qiáng)度不同導(dǎo)致混凝土板在承受豎向荷載時受到較大剪切應(yīng)力，從而產(chǎn)生豎向位移差，導(dǎo)致混凝土板預(yù)留縫隙的擴(kuò)大進(jìn)而傳遞到瀝青面層上面，長期反復(fù)的作用后就會形成反射裂縫。

通常以溫度應(yīng)力引起的反射裂縫形成最初的裂縫，而長期的荷載作用加速了裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。

2 反射裂縫的危害機(jī)理

瀝青加鋪層出現(xiàn)反射裂縫后，水從裂縫進(jìn)入，滲入瀝青加鋪層與混凝土板塊之間的界面上，在車輛荷載的作用下，產(chǎn)生動水壓力作用，使瀝青加鋪層與水泥混凝土板塊間黏結(jié)力降低，瀝青混合料逐漸與水泥混凝土路面剝離，甚至成為滑動的界面狀態(tài)。瀝青加鋪層作為一個單獨受力的層次，會出現(xiàn)很大的水平剪應(yīng)力和底部彎拉應(yīng)力，將導(dǎo)致瀝青加鋪層的迅速破壞。水若不能排出，將通過水泥板之間的縫隙逐漸向下滲漏到剛性的水泥板塊底部，不能排走，長期在荷載作用下，形成灰漿，導(dǎo)致混凝土板塊基礎(chǔ)弱化，進(jìn)而削弱混凝土板塊的抗彎拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度，從而加速瀝青面層的破壞。從路面薄弱的地方首先產(chǎn)生唧漿，隨著滲水量的增多，積聚面積擴(kuò)大，在水損害及車輛持續(xù)不斷的疲勞作用下，有的成為網(wǎng)裂，有的成為坑槽，有的形成斷板，將會造成瀝青加鋪層的嚴(yán)重破壞及行車的嚴(yán)重不適。

3 結(jié)合工程實例探討瀝青路面反射裂縫的防治措施

3.1 工程概況

徐州市泉新路原為水泥混凝土道路，建于2000年，全長3 297 m，紅線寬50 m。道路斷面為：22.5 m（機(jī)動車道）+2×3.0 m（機(jī)非分隔帶）+2×3.5 m（非機(jī)動車道）+2×3.0 m（人行道）+2×4.25 m（綠化帶）=50 m。原道路結(jié)構(gòu)層為：24 cm水泥混凝土路面+18 cm二灰碎石+18 cm二灰土。道路整體狀況良好，局部有掉角、角隅斷裂、斷板、錯臺、唧泥等病害，降低了使用性能，車輛行駛在上面會有跳車、噪聲大等不適感。新路道路斷面不變，結(jié)構(gòu)層（由上到下）為：4 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土AC13-C（玄武巖）+黏層瀝青+6 cm中粒式瀝青混凝土AC-20C+2 cm砂粒式改性瀝青混凝土AC-5（應(yīng)力吸收層）+黏層瀝青+改性防裂貼。

3.2 利用彎沉值分析道路病害種類

對于表面無破損或角隅處破損很微小的板塊可采用貝克曼梁法對每一塊混凝土板塊進(jìn)行彎沉檢測。首先對所有板塊在圖紙上進(jìn)行編號，將彎沉值標(biāo)在圖紙上，再針對破損情況在圖紙上描述。通過檢測能反映水泥混凝土板塊三個方面的性能狀況：（1）整體承載能力，主要通過板中彎沉測試和剛度組成分析計算下承層的彈性模量來反映。（2）板角脫空情況，通過板角彎沉測試，根據(jù)彎沉值來判斷。（3）接縫傳荷能力評價，通過跨過橫縫的兩個彎沉傳感器計算彎沉差的傳荷系數(shù)。

3.3 水泥混凝土路面板塊碎裂、斷板、掉角板的處理

對于明顯破損嚴(yán)重，喪失承載力的斷板、角隅斷裂板采用整板破碎下挖，根據(jù)基底承載力情況，回填18 cm級配碎石墊層，澆筑18 cm貧混凝土底層，再澆筑24 cm面層混凝土（抗彎拉強(qiáng)度不小于4.5 MPa）。新澆筑的水泥混凝土與老混凝土同標(biāo)號或高一標(biāo)號。新澆筑的面層混凝土與四周老的混凝土相連時，要在老混凝土板植入拉桿、傳力桿，保證新老混凝土結(jié)合良好。

3.4 板底脫空的處理

根據(jù)水泥混凝土路面板板角單點彎沉值的大小進(jìn)行判斷板底的脫空情況，并進(jìn)行相應(yīng)的處理（見表 1）。

表1 水泥混凝土路面彎沉值評價標(biāo)準(zhǔn)[1]

（1）單點實測彎沉值Lr≥40時，將水泥板破碎后重新澆筑，可按照本文第3.3節(jié)進(jìn)行處理。

（2）單點實測彎沉值20≤Lr＜40時，對水泥板進(jìn)行鉆孔壓漿處理，注漿完成養(yǎng)護(hù)三天后，進(jìn)行單點彎沉檢測。如果20≤Lr＜40時要重新壓漿，注漿完成還要進(jìn)行彎沉檢測，達(dá)不到要求則要進(jìn)行破板處理或地基深層壓漿處理。

（3）單點實測彎沉Lr﹤20時，水泥板可不進(jìn)行處理。但是相鄰板塊彎沉值差超過6（0.01 mm），要進(jìn)行注漿處理。

3.5 對于脫空板采用壓漿處理

每塊板5孔，孔邊距板邊距離為0.5 m，呈梅花狀布置（見圖 1）。

圖1 鉆孔壓漿示意圖（單位：mm）

壓漿順序從沉降量大的地方開始，由大到小，由遠(yuǎn)及近。鉆孔深度應(yīng)穿透基層達(dá)到底基層中，注漿壓力控制在1～3 MPa，并停留3～5 min。壓漿時當(dāng)漿液從接縫處或另一注漿孔冒出，就可認(rèn)為完成該孔注漿，即停止注漿，用木塞堵孔，壓完后養(yǎng)護(hù)三天，然后采用貝克曼梁法測定板角彎沉，必須小于20（0.01 mm）方可視為合格，若彎沉大于20（0.01 mm）時，做好標(biāo)記，進(jìn)行補(bǔ)孔，重新注漿，直至單點彎沉小于20（0.01 mm），待所注砂漿強(qiáng)度達(dá)到3 MPa時，方可用水泥砂漿堵孔。

3.6 彎沉值小于20（0.01 mm）的板塊處理

如果橫縫或縱縫處出現(xiàn)啃邊、角隅處掉角等現(xiàn)象，要將角隅啃邊處切割成不小于30 cm的矩形，用風(fēng)鎬破除破損部分，鑿成垂直面，并在鑿好的混凝土槽內(nèi)植筋（30～50 cm）進(jìn)行澆筑混凝土（見圖 2）。

圖2 板角斷裂處理示意圖（單位：mm）

3.7 板縫的處理[2]

在水泥混凝土路面彎沉都達(dá)到要求后，方可對板縫進(jìn)行處理。正常的橫縫、縱縫（縮縫、施工縫）寬度應(yīng)保證3～8 mm，深度保證30～40 mm，脹縫寬度應(yīng)保證20～25 mm，深度保證30～40 mm。在保證干燥干凈的情況下，用鼓風(fēng)機(jī)將原縫內(nèi)垃圾清除并灌注聚氨酯或硅酮類嵌縫料。

（1）對于不規(guī)則的裂縫，如溫度收縮縫或沉降縫，在測試彎沉滿足要求的情況下，要對各種裂縫進(jìn)行修復(fù)。寬度小于5 mm輕微裂縫可采取擴(kuò)縫灌漿，即用切割機(jī)將縫口擴(kuò)寬成8～10 mm縫寬，縫深不超過2/3板厚，清理干凈用路面灌封機(jī)灌注聚氨酯或硅酮類嵌縫料進(jìn)行嵌縫[3]。

（2）對于大于5 mm的裂縫，一般是因為沉降不均造成，應(yīng)破除板塊。在處理好路基的情況下，澆筑好混凝土路面，并設(shè)置相應(yīng)的拉桿或傳力桿，在新澆筑的混凝土與原混凝土接觸處應(yīng)切槽灌注嵌縫材料。

3.8 防裂貼的鋪設(shè)

縫隙嵌縫材料處理好后，沿著橫縫、縱縫及處理好的裂縫處鋪設(shè)防裂貼（抗裂貼）。防裂貼一般寬50 cm，騎縫鋪設(shè)，它具有以下作用：（1）加筋作用。它具有較大抗拉強(qiáng)度及耐高溫作用，能有效抵消層間裂縫處拉應(yīng)力，限制裂縫寬度發(fā)展，起到加筋作用。（2）消能緩沖作用。它具有良好的低溫柔韌性，裂縫處的拉應(yīng)力通過良好的黏彈性復(fù)合層的擴(kuò)展并逐漸衰減到更寬范圍，能起到吸收拉伸能量的作用，減少溫縮應(yīng)力。（3）隔水防滲作用。防裂貼由瀝青復(fù)合物構(gòu)成，鋪設(shè)在層間裂縫表面，形成一個完整的隔水防滲層，防止水從縫隙滲透到水泥板底。（4）它具有自黏性能，能與水泥混凝土路面黏結(jié)良好、牢固、無推移（見圖3）。

圖3 防裂貼鋪設(shè)圖

3.9 應(yīng)力吸收層[4]鋪設(shè)

鋪設(shè)完成防裂貼后，在水泥混凝土路面上撒布黏層瀝青，加鋪應(yīng)力吸收層，以消解應(yīng)力，減少反射裂縫的發(fā)生。應(yīng)力吸收夾層采用2 cm厚的SBS改性瀝青AC-5型瀝青砂，其作用主要為降低舊混凝土面層與瀝青加鋪層之間的黏結(jié)阻力，從而減少溫度下降引起的反射裂縫。

經(jīng)過以上每道工序的細(xì)致處理后，最后進(jìn)行瀝青面層的鋪設(shè)。經(jīng)過兩年多的通車運(yùn)行后，泉新路整體效果良好，沒有發(fā)現(xiàn)反射裂縫現(xiàn)象。

4 結(jié)語

舊混凝土路面加鋪瀝青面層形成的反射裂縫的原因是多方面的，本文以具體工程為例，進(jìn)行分析和總結(jié)：施工過程中只要嚴(yán)格按照行業(yè)規(guī)范，嚴(yán)格控制各工序操作水平，就能使反射裂縫延緩發(fā)生并控制在最小范圍內(nèi)。

[1]FTG H20-2007，公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]FTG F30-2003，公路水泥砼路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]FTG/TF30-2014，公路水泥砼路面施工技術(shù)細(xì)則[S].

[4]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范[S].

U418.6

B

1009-7716（2017）10-0048-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.014

2017-04-17

程思勝（1977-），男，江蘇徐州人，高級工程師，從事道路、橋梁施工技術(shù)管理工作。