水泥混凝土路面瀝青加鋪層反射裂縫處治措施

高久眾 桐柏縣公路管理局

水泥混凝土路面在公路施工中應(yīng)用的比較廣泛，在長(zhǎng)期運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)不同程度的病害現(xiàn)象，不利于車輛的正常通行，必須加強(qiáng)維修改造施工。舊路加鋪瀝青面層技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成本較低、養(yǎng)護(hù)時(shí)間短、力學(xué)性能和反光性能好，既能保留原有水泥混凝土面層的強(qiáng)度，還能增強(qiáng)整體路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但是，由于一些因素的影響，容易出現(xiàn)反射裂縫，需要采取相應(yīng)的措施，增強(qiáng)路面的使用性能，實(shí)現(xiàn)理想的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

一、瀝青加鋪層反射裂縫成因分析

（一）反射裂縫機(jī)理

舊水泥路面加鋪瀝青層具有一定的特殊性，性能較強(qiáng)。瀝青加鋪層反射裂縫指的是，大量接縫及裂縫出現(xiàn)在下層水泥混凝土板體中，存在大量接縫及裂縫，瀝青層加鋪到表面后，由于溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，縮脹反應(yīng)產(chǎn)生在加鋪層與舊路面板之中，形成路面內(nèi)的溫度應(yīng)力。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)中應(yīng)力接縫是不連續(xù)的，加鋪層需要承擔(dān)自身應(yīng)力和外部溫度應(yīng)力的雙重作用，尤其冬季溫度較低，接縫位置應(yīng)力逐漸加大，時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)裂縫。另外，由于車輛的反復(fù)碾壓，在外部載荷的持續(xù)作用之下，板塊發(fā)生平移，剪切應(yīng)力增大，三維應(yīng)力狀態(tài)置于瀝青混凝土加鋪層上，反射效果出現(xiàn)在裂縫位置。

（二）反射裂縫類型

1.溫度濕度作用裂縫

反射裂縫產(chǎn)生的一個(gè)重要原因是溫度及濕度變化引起的水平位移，對(duì)面板造成了一定的損害。溫差表現(xiàn)為晝夜氣溫不均、周期性氣溫變化等，在下層舊水泥混凝土板體水平方向上，位移逐漸產(chǎn)生，較大的拉應(yīng)力出現(xiàn)在裂縫位置。上層瀝青抗拉強(qiáng)度的恒定數(shù)值被下層產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)時(shí)，由于強(qiáng)度不均，作用力增大，就會(huì)造成反射裂縫。在溫度較高的環(huán)境下，瀝青和水泥混凝土?xí)霈F(xiàn)不同程度的膨脹，瀝青加鋪層膨脹較大，水泥混凝土膨脹量較小，由此作用到上層，反射裂縫隨之出現(xiàn)。

2.交通荷載作用裂縫

交通荷載的增大，剪切變形作用到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，由于豎向位移造成了反射裂縫。接縫和裂縫存在于下層舊水泥混凝土板體中，降低了板體整體的強(qiáng)度，車輛荷載作用到瀝青加鋪層，在直接承受的過(guò)程中，車輛的豎向荷載會(huì)沿著以直線方式向下傳遞，豎向位移產(chǎn)生在接縫、裂縫兩側(cè)，產(chǎn)生的剪切應(yīng)力與瀝青加鋪層抗剪強(qiáng)度不均勻，接縫、裂縫等位置出現(xiàn)反射裂縫。

二、反射裂縫防治技術(shù)

（一）應(yīng)力吸收層

在加鋪瀝青層上均勻滿鋪單一粒徑的石料，嵌擠碾壓使用膠輪壓路機(jī)，以石料高度為基準(zhǔn)，擠壓瀝青到約3/4 的位置，形成嵌鎖后，結(jié)構(gòu)性支撐隨即出現(xiàn)，形成瀝青應(yīng)力吸收層。其中，瀝青用量較高，碎石是單一粒徑，兩者在物化作用下強(qiáng)力粘結(jié)，裂縫反射結(jié)構(gòu)層逐步形成，厚度約為1cm。此結(jié)構(gòu)層能夠有效抵擋舊水泥路面的各種裂縫，避免出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，對(duì)裂縫的反射進(jìn)行有效遏制。

（二）破碎舊水泥混凝土路面

對(duì)于舊路面斷板和錯(cuò)臺(tái)等部位的嚴(yán)重病害，應(yīng)破碎舊路面，碾壓之后，將瀝青面層加鋪在下承層。破碎后，板厚被塊體之間的裂縫貫穿，對(duì)應(yīng)變、應(yīng)力等進(jìn)行分散和消減，將裂縫寬度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，降低行車荷載的負(fù)面影響，集中裂縫處的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。實(shí)踐證明，不同舊路面板破裂尺度會(huì)影響瀝青加鋪層荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力，主要表現(xiàn)為明顯影響溫度應(yīng)力，對(duì)瀝青加鋪層的荷載應(yīng)力影響較小。破裂尺寸越小，溫度應(yīng)力下降越快，結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度也相應(yīng)減小，因此，50～80cm 為破碎舊水泥混凝土路面板的破裂尺度范圍，減少瀝青加鋪層反射裂縫的數(shù)量，提升新加鋪瀝青層基層的承載力。

（三）瀝青加鋪層厚度

瀝青加鋪層厚度對(duì)反射裂縫的影響也非常明顯，可以通過(guò)增加瀝青加鋪層厚度的方法，降低反射裂縫出現(xiàn)和發(fā)展的速度，保持舊水泥混凝土路面板體的溫度，減少板體水平位移現(xiàn)象的發(fā)生，保持其完整性與固定性。同時(shí)，增加路面整體厚度，延長(zhǎng)了裂縫由面層底部擴(kuò)展到瀝青加鋪層表面的時(shí)間，增加了路面結(jié)構(gòu)的彎曲剛度，提升路面結(jié)構(gòu)層的抗彎拉能力，接縫處的彎沉量和彎沉差、裂縫接縫處的豎向位移等明顯減少，達(dá)到良好的控制效果。通常來(lái)講，9～15cm 為加鋪層的正常厚度范圍，10cm 為瀝青加鋪層的常態(tài)數(shù)值，裂縫尖端應(yīng)力會(huì)明顯減少，瀝青加鋪層壽命得以延長(zhǎng)。

（四）設(shè)置裂縫緩解層

新型瀝青混合料一般選擇大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM），骨架由粒徑為25～62mm 的單粒徑集料形成，填充使用足量的細(xì)集料，最終以骨架型瀝青混合料的形式出現(xiàn)。嚴(yán)格設(shè)計(jì)LSPM 級(jí)配，經(jīng)過(guò)配比、嵌擠、填充等操作，使混合料的耐久性得到提升，不僅能夠有效排水，混合料的空隙率也能明顯降低，在15%左右。級(jí)配良好的LSPM，塑性較強(qiáng)，承載力較高，能有效抵抗剪切變形現(xiàn)象，使瀝青路面的高溫穩(wěn)定性得到顯著提升，便于車輛的正常通行。承受重載交通的作用，具有較好的抗車轍能力，提高了瀝青路面的高溫穩(wěn)定性；特別是對(duì)于重車低速路段，相較于傳統(tǒng)的瀝青混凝土，設(shè)計(jì)良好的LSPM 由于粒徑和空隙較大，抗永久形變能力非常突出，能夠滿足較長(zhǎng)的持荷時(shí)間需求，最終使反射裂縫的數(shù)量有效減少。

（五）鋪設(shè)玻纖格柵

在瀝青加鋪層中，玻纖格柵是硬夾層，剛性較大，能夠?qū)?yīng)力進(jìn)行抑制，對(duì)應(yīng)變進(jìn)行釋放，使瀝青混凝土的性能得到強(qiáng)化，加鋪層結(jié)構(gòu)的抗剪和抗拉性能得到提升，裂縫的數(shù)量大大減少。實(shí)踐表明，水平裂縫的方向改變，斷裂情況，以起始點(diǎn)為基準(zhǔn)，能夠出現(xiàn)大約0.6m 的移動(dòng)，如果增強(qiáng)材料的寬度在1.5m 以上，完全耗散斷裂兩側(cè)的能量。同時(shí)，鋪設(shè)玻纖格柵之后，拉應(yīng)力和壓應(yīng)力能夠被有效分散，相應(yīng)的緩沖帶在兩個(gè)應(yīng)力區(qū)之間形成，將突發(fā)變化轉(zhuǎn)為逐漸變化，瀝青面層的損傷得到有效控制。

三、施工質(zhì)量控制措施

（一）采用SMA 配合比設(shè)計(jì)

為了有效防止或者避免加鋪層出現(xiàn)反射裂縫，通過(guò)分析之后發(fā)現(xiàn)，面層瀝青的低溫抗裂性和高溫穩(wěn)定性較強(qiáng)，加鋪層的反射裂縫將明顯減少，結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本，改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）是最佳選擇。融合了瀝青、礦粉、纖維穩(wěn)定劑，嵌擠性、抗滑性、抗疲勞性以及抗水損害能力都較強(qiáng)。同時(shí)，這種材料能夠耐高溫、抗低溫，減少車轍現(xiàn)象，以較少的維修成本達(dá)到良好的路面應(yīng)用效果。另外，使用該材料，能夠逐步對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，以空間網(wǎng)格的貫穿形式呈現(xiàn)，形成一個(gè)非常堅(jiān)固的骨架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的整體性得到提升，綜合性能大大提升，減少反射裂縫的數(shù)量。

（二）舊水泥板塊的修補(bǔ)與加固

在瀝青加鋪層施工之間，對(duì)原有水泥混凝土路面進(jìn)行病害修補(bǔ)。特別是對(duì)于嚴(yán)重破碎的板塊進(jìn)行加注與補(bǔ)板，對(duì)接縫與裂縫進(jìn)行灌縫施工。此外，還要對(duì)板塊間彎沉差較大的板塊，有錯(cuò)臺(tái)、裂縫等病害板塊進(jìn)行注漿穩(wěn)固處理等。這樣可以顯著降低由于水泥路面缺陷而引發(fā)的瀝青加鋪層裂縫。這是因?yàn)樾扪a(bǔ)與加固舊有水泥板塊可以降低板塊在載荷作用下的豎向變形，為瀝青加鋪層提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的施工基礎(chǔ)，有效降低瀝青加鋪層層中的剪切應(yīng)力和彎拉應(yīng)力，可以延緩裂縫發(fā)生。

（三）舊水泥混凝土路面修補(bǔ)

對(duì)于舊水泥混凝土路面，裂縫、錯(cuò)臺(tái)、脫空等現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，必須及時(shí)修補(bǔ)路面病害，采取加注、補(bǔ)板、灌縫施工等，增強(qiáng)其穩(wěn)固性。結(jié)合以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，改造加鋪瀝青層的時(shí)候，應(yīng)使用加筋或者消除應(yīng)力的方式，既不對(duì)豎向平移產(chǎn)生影響，還能保證路面在水平位移下的性能良好。具體改造過(guò)程中，應(yīng)對(duì)板塊的單點(diǎn)實(shí)測(cè)彎沉值進(jìn)行確定，在此基礎(chǔ)上，合理控制豎向平移現(xiàn)象，逐一測(cè)量整個(gè)板塊，整改其中的每個(gè)部分，降低板塊在載荷作用下的豎向變形，從而延緩裂縫發(fā)生速度，起到良好的控制效果。

（四）鋸切橫縫

鋸切橫縫能夠有效抵擋瀝青加鋪層的裂縫，具體施工中，對(duì)于瀝青加鋪層，將新的橫縫鋸切在舊有水泥混凝土面層上，完整填充封縫料并及時(shí)密封，對(duì)垃圾雜物等進(jìn)行有效隔離，同時(shí)起到良好的防水作用。鋸切橫縫的效果非常明顯，經(jīng)過(guò)實(shí)際操作，在溫度收縮作用下，因阻力增加而產(chǎn)生的壓拉應(yīng)力，能夠得到有效釋放，避免隨機(jī)裂縫的產(chǎn)生。為增強(qiáng)施工效果，需要對(duì)接縫采取必要的養(yǎng)護(hù)措施，前提是原有水泥混凝土的結(jié)構(gòu)完整，路面彎量較小，結(jié)果證明，采取鋸切橫縫的方法，能夠有效控制瀝青加鋪層裂縫，效果非常顯著。

四、結(jié)語(yǔ)

由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量明顯增加，路面的荷載持續(xù)加大，對(duì)于水泥混凝土路面板體來(lái)講，很容易出現(xiàn)破損，不利于車輛的正常通行，舒適性、便捷性和安全性大大降低。加鋪瀝青層，能夠?qū)⑺嗷炷梁蜑r青材料融合，實(shí)現(xiàn)良好的改造效果，提高舊路的質(zhì)量，滿足車輛的通行需求。因此，把握反射裂縫的成因，研究其機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，做好整個(gè)施工工作，通過(guò)完善的措施，減少反射裂縫的數(shù)量，延緩裂縫的擴(kuò)展速度，能夠延長(zhǎng)道路的使用壽命，促進(jìn)交通事業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。