高速公路加鋪瀝青混凝土路面工程技術(shù)創(chuàng)新探討

陳耀華

文章以柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建工程為例，在分析其舊路面破壞常見因素、破壞形式及原因的基礎(chǔ)上，對該工程路面結(jié)構(gòu)上面層加鋪玻纖格柵、下面層加鋪聚酯單面燒毛土工布、中間加鋪瀝青混合料的防反射裂縫創(chuàng)新措施進(jìn)行了探討。

高速公路;加鋪瀝青混凝土;舊路面;技術(shù)創(chuàng)新

U416.217A060163

0?引言

高速公路舊水泥路面加鋪瀝青混凝土能有效提升路面使用性能和承載力，然而截至目前，我國柔性路面相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范中并未對高速公路舊路面瀝青混合料加鋪設(shè)計(jì)技術(shù)方法做出相應(yīng)規(guī)定。20世紀(jì)80～90年代修建的高速公路水泥路面由于設(shè)計(jì)、施工技術(shù)水平所限和超負(fù)荷使用等原因，當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模維修期。目前，舊水泥路面加鋪瀝青混凝土施工主要面臨舊路路況評價、加鋪層反射機(jī)理分析論證、原結(jié)構(gòu)物加固完善、防反射裂縫技術(shù)創(chuàng)新、使用壽命預(yù)估[1]等亟待解決的問題。

1?工程概況

柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建工程是由廣西壯族自治區(qū)發(fā)展與改革委員會核準(zhǔn)修建，項(xiàng)目投資人為廣西交通投資集團(tuán)有限公司，項(xiàng)目法人為廣西交通投資集團(tuán)南寧高速公路運(yùn)營有限公司（以下簡稱建設(shè)單位）。工程第Ⅱ總監(jiān)辦由廣西八桂工程監(jiān)理咨詢有限公司組建，負(fù)責(zé)土建№LNLM5、№LNLM6和№LNLM7三個合同段的施工監(jiān)理。起止點(diǎn)樁號為K1401+336～K1487+735，途經(jīng)賓陽、古辣、六景、伶俐、五合、三岸6個收費(fèi)站及伶俐、南寧2個服務(wù)區(qū)。本工程主線全長86.399 km，在原有水泥混凝土路面上進(jìn)行瀝青混凝土路面加鋪改建及對全線舊路路基路面病害進(jìn)行處治，包括舊路路面破碎板更換、路面裂縫修補(bǔ)、橋涵加固維修、交通安全設(shè)施改造、綠化工程改造等。設(shè)計(jì)行車速度為120 km/h，設(shè)計(jì)荷載為BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載，設(shè)計(jì)彎沉值為19.94（0.01 mm）。新路面為瀝青混凝土路面，結(jié)構(gòu)為在24 cm舊水泥混凝土路面+18 cm二灰穩(wěn)定碎石基層+18 cm級配碎石底基層上加鋪4 cm改性瀝青SMA-13瀝青混凝土+改性瀝青防水粘結(jié)層+6 cm改進(jìn)型AC-20改性瀝青混凝土+單面燒毛土工布+70#熱瀝青粘結(jié)層+1.5 cm砂粒式瀝青混凝土+70#熱瀝青粘層。路基寬28 m，中央分隔帶寬3 m，路面寬24 m。

2?高速公路加鋪瀝青混凝土路面工程技術(shù)

2.1?高速公路加鋪瀝青混凝土路面面臨的主要問題

加鋪層與新建道路受力特征不同，在交通荷載、溫度荷載等綜合作用下，加鋪前舊路面所存在的裂縫必然會引起加鋪層底面應(yīng)力過度集中，并隨裂縫和加鋪層厚度的變化而變化，最終因豎向剪應(yīng)力、拉應(yīng)力過大而開裂，并向上擴(kuò)大，引起加鋪層結(jié)構(gòu)性的破壞?？梢?，預(yù)防反射裂縫豎向荷載是高速公路加鋪瀝青混凝土路面施工所面臨的關(guān)鍵問題。在加鋪前必須對舊水泥路面破損率、平整性、摩擦系數(shù)和彎沉情況進(jìn)行評價，并對舊路面荷載傳遞、承載能力及反算彈性模量等進(jìn)行FWD測度[2]，評定剛性路面基礎(chǔ)脫空狀態(tài)和路面厚度[3]。

2.2?高速公路路面加鋪解決方案

舊水泥路面的常見破壞形式包括面層反射開裂、面層之間剪切破壞、嚴(yán)重的車轍變形等。對于反射裂縫的常見預(yù)防措施為：（1）優(yōu)化加鋪層設(shè)計(jì)，加厚瀝青面層，使用改性瀝青;（2）在舊路面層和加鋪層之間加鋪具有裂縫尖端應(yīng)力吸收和消散功能的中間層、應(yīng)力吸收層及土工合成料。

3?路面結(jié)構(gòu)防反射裂縫創(chuàng)新措施

柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建工程舊路為首次加鋪瀝青路面改造，全線共采用數(shù)十種不同配比的瀝青混合料以及瀝青路面加鋪組合結(jié)構(gòu)。

3.1?玻纖格柵

當(dāng)前國內(nèi)高速公路舊路面加鋪玻纖格柵以預(yù)防反射裂縫的措施十分普遍。玻纖格柵具有高抗拉強(qiáng)度、高伸長率等優(yōu)勢，但是難以有效防水。為此，玻纖格柵常常與防水層結(jié)合使用，以充分消散舊路溫縮應(yīng)力、提升路面抗車轍性能。但是玻纖格柵不具有抗接縫部位行車荷載豎向剪應(yīng)力的作用，只能加裝改性瀝青混合料罩面層來承擔(dān)剪應(yīng)力。就施工性能而言，玻纖格柵在20 ℃～35 ℃下性能穩(wěn)定;在<20 ℃的低溫環(huán)境下很難與舊路面有效粘結(jié);在>35 ℃的高溫環(huán)境下，容易被攤鋪機(jī)粘連而不利于加鋪施工。

3.2?聚酯單面燒毛土工布

聚酯單面燒毛土工布抗拉強(qiáng)度低、延伸率高，性能好，浸漬瀝青后便能形成較為理想的防滲層。其在柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建工程舊路改造加鋪瀝青路面施工中的應(yīng)用能有效預(yù)防反射裂縫，但是單面燒毛土工布對舊水泥路面混凝土板的處理有較高要求。

3.3?改性瀝青混合料應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建工程應(yīng)用瀝青混合料應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，專門為減少瀝青混凝土路面反射裂縫而設(shè)計(jì)運(yùn)用。其防反射裂縫吸收層由高彈性、無滲透的熱拌瀝青混合料層構(gòu)成，此應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層級配及所采用的瀝青材料能有效延緩反射裂縫裂應(yīng)力的傳遞，使應(yīng)力吸收層抗疲勞等性能得到顯著改善[4]。

本次改擴(kuò)建工程加鋪瀝青混凝土路面反射裂縫應(yīng)力吸收層攤鋪施工采用攤鋪機(jī)和壓路機(jī)，在罩面厚度和水泥板處置技術(shù)相同時，反射裂縫應(yīng)力得到有效控制。柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建工程舊路面試驗(yàn)路段裂縫、車轍觀測結(jié)果分別詳見表1和表2。

結(jié)合裂縫取芯具體分析，在舊路面加鋪應(yīng)力吸收層后，除本層外，中上瀝青面層全部開裂，但是玻纖格柵滿鋪和縫鋪對比段裂縫均出現(xiàn)了沿舊混凝土板縫反射的情況。此外，加鋪應(yīng)力吸收層的瀝青混凝土面層與舊路面粘結(jié)良好，但玻纖格柵滿鋪和瀝青混凝土縫鋪與舊路面粘結(jié)較差。應(yīng)力吸收層試驗(yàn)路段在2.5 cm吸收層之上加鋪8 cm厚度混凝土層，經(jīng)過長時間的運(yùn)行后，混凝土板塊間高度相當(dāng)不均衡，局部加鋪施工部位應(yīng)力吸收層僅有6～7 cm厚度。

本工程應(yīng)力吸收層瀝青含量高、孔隙率小，在應(yīng)力得到削減的同時促使封水層形成，對積水侵害路面有很大的抑制作用。但較小的孔隙率同時也會抑制路面加鋪層內(nèi)氣體的揮發(fā)，高溫情況下由于行車荷載將出現(xiàn)氣泡，進(jìn)而造成路面破壞。所以，舊路面加鋪瀝青混凝土施工時應(yīng)充分考慮孔隙率因素，盡可能使用天然砂，增大孔隙率。

3.4?應(yīng)力吸收層與土工合成材料性能對比

為了徹底解決舊路面面板層反射裂縫的問題，本工程采用了以下做法：將舊路面面板層徹底破碎為≤30 cm×30 cm尺寸的塊狀，并整平和壓實(shí)，在上部加鋪瀝青混凝土面層。這種處理方法施工復(fù)雜、造價高，且容易對原路面結(jié)構(gòu)造成不利影響。前述三種方案都充分利用了舊路面水泥面板的剩余壽命，對其進(jìn)行了綜合處置，提升承載力后加鋪瀝青混凝土。在此類方案中，格柵抗拉強(qiáng)度>應(yīng)力吸收層>聚酯單面燒毛土工布，應(yīng)力吸收層防水性能>聚酯單面燒毛土工布>格柵。各類加鋪層的性能比較詳見表3。

4?高速公路加鋪瀝青混凝土路面綜合處理

4.1?舊路面綜合處理的原因

舊水泥路面在長期使用過程中所出現(xiàn)的各種病害可以籠統(tǒng)劃分為結(jié)構(gòu)性破壞和非結(jié)構(gòu)性破壞兩類。如路面磨光、表層剝落、麻面、坑洼等非結(jié)構(gòu)性破壞對瀝青混凝土面層的長期使用并不會造成直接影響。但如錯臺、裂縫、唧漿、脫空等結(jié)構(gòu)性破壞必將直接影響路面瀝青混凝土面層的繼續(xù)使用，而且在對應(yīng)的舊水泥路面板接、裂縫位置的加鋪層上必將出現(xiàn)反射裂縫。如果舊路面荷載傳遞能力較差，則反射裂縫傳遞更快，且當(dāng)前并沒有有效的反射裂縫防治措施。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，加鋪層厚度≤10 cm時，反射裂縫在1年內(nèi)出現(xiàn)。所以，進(jìn)行舊路面加鋪瀝青混凝土前必須加強(qiáng)對舊路面的綜合處理。

工程實(shí)踐表明，舊路面加鋪瀝青混凝土之后，舊路面板縫位置的承載力是影響水泥板接縫處反射裂縫發(fā)生的主要因素。在行車荷載下，應(yīng)力傳遞至水泥面板并導(dǎo)致其變形，進(jìn)而加快裂縫反射速度。在舊路面水泥板接縫承載力既定的情況下，瀝青加鋪層厚度越大，則向水泥板傳遞的應(yīng)力越小，水泥板變形也越小，瀝青加鋪層應(yīng)力變小，反射裂縫形成的速度越慢[5]。

4.2?綜合處理原則

進(jìn)行舊路面加鋪瀝青混凝土施工時，必須以舊路面結(jié)構(gòu)和路基所喪失承載力的恢復(fù)為核心。水泥混凝土處置水平根據(jù)舊水泥路面單點(diǎn)彎沉實(shí)測值及板縫間彎沉實(shí)測值為依據(jù)，確保漿液灌注后相鄰板縫間彎沉實(shí)測值之差≤0.06 mm。具體處理原則詳見表4。

舊水泥路面如果出現(xiàn)混凝土表層剝落、坑洼、浮漿、麻面等問題，必須根據(jù)實(shí)際對加鋪結(jié)構(gòu)和所使用材料分別進(jìn)行處理。

4.3?改性瀝青混合料應(yīng)力吸收層與土工布合成材料

在舊路面加鋪瀝青混凝土前必須對水泥路面已有病害進(jìn)行綜合處置，但由于接縫部位彎沉值差異很大，為提升加鋪后路面結(jié)構(gòu)的耐久性，必須在設(shè)計(jì)時加強(qiáng)材料的選擇。改性瀝青混合料應(yīng)力吸收層除抗車轍性較差外其余性能優(yōu)良，在使用該材料時必須充分考慮其應(yīng)力層最小厚度值。而土工布、格柵由于存在明顯缺陷所以不能單獨(dú)使用，應(yīng)將混合料應(yīng)力吸收層與土工布結(jié)合使用，先在土工布和格柵之間加鋪瀝青混合料，然后用改性瀝青罩面，才能顯著提升施工效果。

4.4?瀝青混凝土加鋪層的控制

在舊路面加鋪約11 cm厚度的瀝青混凝土層后，舊路面板仍為主要的受力層，其殘余拉應(yīng)力的確定較為關(guān)鍵。而對于加鋪厚度≥15 cm的全厚度路面，舊路面混凝土板則并不為主要受力層。在加鋪瀝青混凝土施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)對改性瀝青混凝土防反射裂縫能力而非抗車轍能力的分析，最好加鋪雙層的改性瀝青，其抗裂能力將比單層厚度結(jié)構(gòu)至少提升5～6倍。

對于舊路面加鋪瀝青混凝土路面施工而言，玻纖格柵及土工布雖然防裂效果良好，但是如果施工不當(dāng)，必將形成夾層，所以應(yīng)妥善處理加鋪瀝青層與舊路面板、瀝青層間的連接界面。土工布浸漬改性瀝青后將形成一層性能穩(wěn)定的應(yīng)力吸收膜，能有效增強(qiáng)土工布的防裂性能。此外，由于路面車轍多出現(xiàn)于中面層，所以本工程路面加鋪層應(yīng)選用Saperpave設(shè)計(jì)的整體性強(qiáng)的AC-20Ⅰ瀝青混合料。其在路面加鋪施工前反復(fù)進(jìn)行混合料試驗(yàn)以便確定出最佳級配，施工時實(shí)施抽提監(jiān)測，確保級配的穩(wěn)定?？紤]到本工程車流量多、荷載大的實(shí)際運(yùn)行情況，為提升上面層的抗車轍性及抗水損性，還應(yīng)在上面層瀝青混合料中按一定配合比摻加聚酯纖維與抗剝落劑，預(yù)防早期破壞。

5?結(jié)語

舊路面加鋪瀝青混凝土施工技術(shù)在高速公路路

面工程施工中應(yīng)用日益廣泛，通過加鋪可以實(shí)現(xiàn)道路使用性能的改善、路基穩(wěn)定性的提升、路面使用壽命的延長。根據(jù)本文分析可知，柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建工程加鋪瀝青混凝土路面反射裂縫應(yīng)力吸收層攤鋪施工采用攤鋪機(jī)和壓路機(jī)，在罩面厚度和水泥板處置技術(shù)相同時，反射裂縫應(yīng)力得到有效控制。為加強(qiáng)舊路面加鋪施工質(zhì)量控制，必須重視舊路面結(jié)構(gòu)和路基已喪失承載力的恢復(fù)，還應(yīng)將混合料應(yīng)力吸收層與土工布結(jié)合使用，在土工布和格柵之間加鋪瀝青混合料，并用改性瀝青罩面，能顯著提升施工效果，對類似工程施工具有很大的參考借鑒價值。

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