舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層技術(shù)研究

陳巧利

（張家口路橋建設(shè)集團有限公司，河北 張家口075000）

1 引言

我國水泥路面數(shù)量巨大，其中不少路面出現(xiàn)不同程度破損，嚴(yán)重影響行車安全與舒適，而水泥混凝土路面瀝青加鋪層能夠保留原路面，降低施工成本[1]。在舊水泥路面攤鋪一層瀝青混合料并進行壓實可以解決水泥路面的破損問題，但瀝青加鋪層與水泥路面模量不同，路面易出現(xiàn)反射裂縫，因此，為解決路面反射裂縫問題，本文依托實際工程對瀝青加鋪層技術(shù)進行研究。

2 工程概況

某道路為水泥混凝土路面，設(shè)計車道為雙向4 車道，全長86 km，起點樁號為K00+000，終點樁號為K86+000。由于車流量逐年遞增，原水泥路面已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重破損現(xiàn)象。為了保證道路行車舒適性和駕駛安全性，決定對舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層。

3 原路面質(zhì)量評定

3.1 水泥板斷裂率

對城市道路水泥混凝土路面質(zhì)量進行評定，對原路段K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范圍內(nèi)水泥板斷裂率進行調(diào)查，調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 城市道路水泥板斷裂率統(tǒng)計表

由表1 可知，根據(jù)GBJ 97—1987《水泥混凝土路面施工及驗收規(guī)范》對原路面進行水泥板斷裂率進行評價，路段K55+000～K56+000 和路段K81+000～K82+000 評價等級為次等，路段K62+000～K63+000 評價等級為差，原路面已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的交通安全隱患，急需對舊水泥混凝土路面進行改造。

3.2 路面狀態(tài)指數(shù)（PCL）

對 原 水 泥 混 凝 土 路 段 K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范圍內(nèi)路面狀態(tài)指數(shù)（PCL）進行調(diào)查檢測，PCL 采用網(wǎng)絡(luò)自動化檢測車對原路面狀況進行檢測，檢測結(jié)果如表2 所示。

表2 城市道路路面狀態(tài)指數(shù)統(tǒng)計表

由表2 可知路段K55+000～K56+000 的PCL 為75.1，評定等級為中；路段K62+000～K63+000 的PCL 為62.1，評定等級為差；路段K81+000～K82+000 的PCL 為71.2，評定等級為中；原路面質(zhì)量狀況較差，暴露出很多問題，主要是結(jié)構(gòu)性的路面損壞。

3.3 彎沉值

對原水泥混凝土路段K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范圍內(nèi)舊水泥路面承載力進行檢測，彎沉值可以判斷水泥板脫空情況。彎沉值不滿足規(guī)范要求，導(dǎo)致板底脫空會引起兩塊水泥板之間加鋪瀝青混合料，兩塊接縫處會豎向位移導(dǎo)致瀝青加鋪層開裂，因此，需要對原水泥路面彎沉值進行檢測，水泥板板底脫空主要檢測方法如表3所 示。 對 原 水 泥 混 凝 土 路 段 K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范圍內(nèi)路面彎沉值進行調(diào)查檢測，檢測結(jié)果如表4 所示。

表3 板底脫空檢測方法

由表4 可知，路段K55+000～K56+000 脫空度為4 500 cm3，彎沉值為19.5（0.01 mm），評定等級為輕；路段K62+000～K63+000 脫空度為5 600 cm3，彎沉值為24.5（0.01 mm），評定等級為差；路段K81+000～K82+000 脫空度為5 100 cm3，彎沉值為21.4（0.01 mm），評定等級為中；舊水泥路面基層及以下部分病害較輕，修復(fù)完善后即可瀝青面層加鋪。

表4 城市道路彎沉值統(tǒng)計表

4 瀝青加鋪層技術(shù)

4.1 加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計

對舊水泥混凝土路面破損進行修繕工作后便進行瀝青加鋪層施工，加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮荷載疲勞應(yīng)力和溫度應(yīng)力確定瀝青加鋪層厚度，最佳加鋪層厚度設(shè)計如下。

4.1.1 荷載疲勞應(yīng)力

根據(jù)GBJ 97—1987《水泥混凝土路面施工及驗收規(guī)范》水泥混凝土路面與地基、水泥混凝土路面與瀝青加鋪層完全連續(xù)接觸，受力方向不發(fā)生改變。荷載應(yīng)力的計算公式如式（1）：

式中，σp為荷載疲勞應(yīng)力，MPa；kr、kf、kc分別為應(yīng)力折減系數(shù)、疲勞應(yīng)力系數(shù)、疲勞損壞系數(shù)；σps為標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下水泥板接縫處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力，MPa。

4.1.2 溫度疲勞應(yīng)力

溫度對瀝青加鋪層影響很對，故加鋪層施工時要考慮溫度應(yīng)力對舊水泥混凝土路面與瀝青加鋪層之間的影響。溫度疲勞應(yīng)力的計算公式如式（2）：

式中，σt為溫度疲勞應(yīng)力，MPa；kt為累計溫度應(yīng)力作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)；σtm為最大溫度作用下水泥板產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，MPa。

4.1.3 加鋪層厚度的確定

根據(jù)上式對瀝青加鋪層荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力的計算，結(jié)合JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求，本文采用的鋪層厚度為10 cm，滿足施工規(guī)范要求。

4.2 加鋪層材料設(shè)計

1）基質(zhì)瀝青。本文試驗用瀝青選擇東海牌橡膠瀝青，其技術(shù)指標(biāo)測試結(jié)果見表5。

表5 橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果

2）粗集料。為瀝青加鋪層路用性能，對粗集料的壓碎值和洛杉磯磨耗損失等指標(biāo)有著更高的要求，同時還需要棱角分明。本試驗選用了玄武巖碎石進行檢測，檢測結(jié)果如表6 所示。

表6 粗集料檢測結(jié)果

由表5 可知，粗集料壓碎值為19.3%，小于26%，洛杉磯磨耗損失為25.1%，小于26%，堅固性為9.1%，小于15%，均滿足規(guī)范要求，可作為瀝青加鋪層的原材料。

3）細(xì)集料。瀝青加鋪層細(xì)集料需要保持干燥，使用前需要在恒溫恒壓箱內(nèi)干燥2 h，細(xì)集料要求顆粒均勻且與瀝青具有良好的黏附能力。為了減小細(xì)集料級配對試驗帶來的誤差，細(xì)集料需要通過機器初篩和人工手篩。試驗選用的細(xì)集料為玄武巖機制砂，并對其進行檢測，檢測結(jié)果均滿足施工要求[2]。

4）級配設(shè)計。瀝青加鋪層合理的級配設(shè)計既可以有效改善水泥路面的溫度變化，減少水泥混凝土路面板底開裂，又可以大大緩解加鋪層的溫度應(yīng)力。因此，本文瀝青加鋪層上面層為4 cm 的SMA-13，下面層為6 cm 的A-20[3]。

上面層設(shè)計：SMA-13 選擇粒徑為4.75～9.5 mm 和9.5～16 mm 不同粒徑的玄武巖，再根據(jù)JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》瀝青采用改性瀝青，最佳油石比為6.2%、瀝青飽和度為79.6%。確定最佳級配設(shè)計為粗集料∶細(xì)集料∶石屑∶礦粉=48∶26∶15∶9，此時級配曲線出現(xiàn)S 形，非常貼近規(guī)范設(shè)計中值曲線。

下面層設(shè)計：AC-20 擇粒徑為4.75～9.5 mm、9.5～16 mm和9.5～19 mm 不同粒徑的玄武巖，再根據(jù)JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》瀝青采用橡膠瀝青，最佳油石比為5.8%、瀝青飽和度為76.9%。確定最佳級配設(shè)計為粗集料：細(xì)集料∶石屑∶礦粉=29∶15∶21∶5，此時級配曲線出現(xiàn)S 形，非常貼近規(guī)范設(shè)計中值曲線[4]。

4.3 加鋪層抗裂設(shè)計

反射裂縫是瀝青加鋪路面最主要的問題，為了抑制反射裂縫的產(chǎn)生，本文在試驗路段A 直接鋪筑瀝青加鋪層，試驗路段B 在舊水泥路面和瀝青加鋪層之間鋪設(shè)土工布，試驗路段C 在舊水泥路面和瀝青加鋪層之間鋪設(shè)玻纖格柵。

5 質(zhì)量驗收

為研究舊水泥路面與瀝青加鋪層之間鋪設(shè)不同材料對路用性能的影響，本文在試驗路段采用3 種瀝青加鋪層進行施工，竣工后對試驗路段A、B、C 彎沉值進行檢測。

試驗路段A 直接鋪筑瀝青加鋪層彎沉值為11.6（0.01 mm），試驗路段B 在舊水泥路面和瀝青加鋪層之間鋪設(shè)土工布彎沉值為8.5（0.01 mm），試驗路段C 在舊水泥路面和瀝青加鋪層之間鋪設(shè)玻纖格柵彎沉值為7.4（0.01 mm），據(jù)JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求瀝青加鋪層彎沉值應(yīng)小于14（0.01 mm），試驗路段A、B、C 均滿足要求，但加鋪玻纖格柵能夠有效減少彎沉，提高加鋪層抗反射裂縫能力。

6 結(jié)語

舊水泥混凝土路面瀝青加鋪技術(shù)是一種易于施工的路面養(yǎng)護技術(shù)，本文依托實際工程從原路面檢測、瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料設(shè)計以及抗反射裂縫設(shè)計對瀝青加鋪層技術(shù)進行研究，以期對后續(xù)研究者提供有利的理論知識。