加铺沥青面层在旧水泥混凝土路面改造中的应用
摘要：水泥混凝土路面随着使用年限增长、交通量增加等原因渐渐产生破坏，需对原有路面进行适当修复和改造，从经济、方便、合理的角度考虑，在原有路面上加铺沥青面层是其中一种行之有效的方法。本文主要从加铺沥青面层的设计和施工方面提出一些个人看法与建议，与同行专家探讨。
关键词：水泥混凝土路面，加铺，沥青面层，设计，施工
一引言
目前我国已建成的公路中水泥混凝土路面约20万km。水泥混凝土路面作为高级路面的一种主要结构形式，具有强度高、稳定性好、使用寿命相对较长和前期养护费用较低等优点。但随着使用年限增长、交通量增加和超载车作用，以及设计、施工等方面的原因，水泥混凝土路面损坏日益严重，出现露骨、开裂、断板、错台、破碎、板底脱空等病害，影响了道路的使用功能，面临着修复工作。
与沥青路面相比，水泥混凝土路面的修复比较困难，常用的修复方法有更换破碎板、加铺新水泥混凝土面层和加铺沥青面层三种。更换破碎板和加铺新水泥混凝土面层不仅工程量和耗资巨大、大量的建筑垃圾难以安置，而且过长的建养周期严重影响交通；而加铺沥青面层在有效地改善旧水泥混凝土路面使用性能的同时，充分利用了旧水泥混凝土路面，工期较短，施工方便，对交通、环境影响小，是旧水泥混凝土路面改造工程中应用较多的方法。
二加铺沥青面层的设计原则
反射裂缝是水泥混凝土路面上加铺沥青面层设计中必须重视的问题，由于水泥混凝土路面的应力在接缝或裂缝处不连续，在车辆荷载及气温变化的影响下，作用在加铺层底面的拉应力超过了沥青面层的抗弯拉强度并使其底面开裂，裂缝逐渐向上延伸，直到穿透面层，形成所谓的反射裂缝。反射裂缝对道路的破坏不是简单的裂缝问题，更严重的是反射裂缝产生后，地表水会沿着裂缝向下渗透至路基，引起路基损坏。虽然我国有些省份在采用沥青加铺层技术改造水泥混凝土路面方面进行了许多有益的尝试和艰苦的技术探索，但不可否认的是水泥混凝土路面的反射裂缝一直是影响加铺层使用寿命与使用性能的最根本的原因。因此，针对反射裂缝这个问题，设计上应注意以下几点：
1、旧水泥混凝土路面处治方案的选择
对旧水泥混凝土路面的损坏情况和结构状况进行正确的评价是解决反射裂缝和保证加铺层成功至关重要的一环，一般采取先对旧水泥路面的病害按段落桩号进行统计，然后用探地雷达、弯沉仪等仪器对混凝土路面的脱空及结构的均匀情况、路面承载能力等进行检测评价，再根据检测结果选择相应的处治方案。对于软弱地基、板底脱空、沉陷、错台等病害可用采用压浆补强处理；对于严重的断板和破碎板可采用多锤头破碎机，将水泥混凝土路面破碎成混凝土块、压稳后，作为基层使用；原有的板块分缝、裂缝应重新进行清缝、灌缝；对于非结构性破坏，如脱皮、露骨、剥落、麻面等对整个路面结构承载力影响甚小，可不作处理。
2、加铺层中采用应力吸收层
为了防止和减少沥青土面层中的各种裂缝，应在面层中加设应力吸收层。土工合成材料是一种人工合成的高分子聚合物，具有很高的耐热性，优异的耐寒性，良好的整体性、连续性和耐久性，作为水泥混凝土路面与沥青加铺层中间层，可有效地改善路面结构应力分布，抵抗和延缓由路面基层裂缝引起的沥青路面反射裂缝的发生，从而提高路面的使用寿命。玻璃纤维土工格栅的抗拉强度高，但不能解决防水问题；聚脂玻纤布的抗拉强度相对较低，但综合性能好于前者，既能起到防止反射裂缝的作用，又能在浸渍沥青后形成一个理想的防渗透层，在旧混凝土路面加铺沥青面层中较常用这一材料。
应力吸收层还可采用改性沥青，按2kg／m2左右的洒布量，形成大约2mm的沥青膜。通过这层改性沥青的弹性恢复性能，可有效地吸收部分反射裂缝。
3、沥青加铺层厚度的确定
沥青加铺层厚度设计由行车荷载和防反射裂缝两个因素控制，适当加厚可以延缓路面的开裂。相关资料显示，加铺层最小厚度宜为8～12cm。当然从经济的角度而言，一味地加厚面层并不经济，这时需综合考虑原路面水泥板块的处理情况，因地制宜采用相应的面层。
4、选用抗裂性好的沥青混合料
对面层而言采用合适的改性沥青,可以提高沥青加铺层的高温稳定性、低温抗裂性，还能保证良好的抗车辙、抗滑、防水等性能，显著减少和延缓病害的产生，延长路面使用寿命。另外，沥青混合料中加入相应的抗裂外加剂，合理的材料级配，适宜的孔隙率等，可以提高加铺层的抗拉强度，同时也减缓车辙及反射裂缝的出现。
三旧混凝土路面的处治
1、灌缝
原有旧水泥混凝土路面的接缝、裂缝均要重新进行清缝，并用灌缝料或改性沥青材料进行灌缝，以有效防止路面水从路面渗入基层，保证基层有足够的强度和稳定性。
2、板底压浆
对于原混凝土路面的软弱地基、板底脱空、沉陷、错台等病害可用采用压浆补强处理，利用灰浆泵的压力将水泥浆液通过预先钻好的孔洞直接压入板下，填充板下出现的空洞，使地基或基层重新稳定。施工方法如下：
（1） 布孔：呈梅花型，（2） 每板3~5孔。
（3） 钻孔：根据检测结果，（4） 软弱路基段钻孔深度一般为2ｍ左右。板底脱空主要存在于混凝土板底与基层顶面之间和基层底部与底基层顶面之间，（5） 所以钻孔深度必须穿透基层，（6） 以确保浆液能灌入到所有可能的脱空界面，（7） 钻孔深度根据原路面结构层厚度确定。使用5cm钻头钻孔，（8） 并安排有专人量深，（9） 做好记录。
（10） 预埋法兰螺帽：为了压浆管枪头能固定于压浆孔口上，（11） 形成整体，（12） 有足够的压力压浆，（13） 在孔口内壁用环氧树脂预埋上法兰螺帽。应注意的是，（14） 预埋上螺帽后，（15） 需临时封上孔，（16） 以防杂物落入。
（17） 浆液配制∶浆液应具备（18） 下列特点∶初凝时间长，（19） 施工和易性好，（20） 早期强度高，（21） 不（22） 发生收缩，（23） 因此应在水泥浆液中加入适量的减水剂、早强剂和膨胀剂。
（24） 压浆：压浆前应进行清孔，（25） 用空气高压枪，（26） 插入压浆孔中，（27） 吹出杂物。压浆采用冲程式压浆机，（28） 压力由压力表指（29） 示。压浆压力应根据压浆机械、路面状况等来控制，（30） 一般以2~4Mpa为宜；抬板时根据抬板难易情况增压1~2Mpa，（31） 使压浆后错台≤5mm。压浆关键是要压浆枪头与板块上的压浆孔能联接牢固，（32） 不（33） 漏浆，（34） 保证压浆压力，（35） 并要密切（36） 注意现场，（37） 以免水泥浆从其他地方流失。
（38） 封孔养生：压浆后，（39） 应立即用木塞封孔，（40） 养生3d后，（41） 才能开放交通。
3、水泥混凝土路面碎石化处理
对于严重的断板和破碎板，可采用水泥混凝土路面碎石化处理技术，即采用多锤头破碎机，将水泥混凝土路面破碎成混凝土块，其中表面部分最大尺寸不超过7.5厘米，中间部分不超过22.5厘米，底部部分不超过37.5厘米。混凝土路面破碎后，采用Z型钢轮压路机（20-25吨）进行振动压实，Z型钢轮压路机的波纹凸出条可保证水泥混凝土颗粒不至于向外挤出，确保碾压效果和表面的平整。在Z型压路机压实后再用普通震动压路机碾压2-3遍，为铺筑路面加铺层提供较为平坦的工作面。碎石化处理完成后，可洒灌乳化沥青，以增强碎石化基层与面层的粘结、并提高路面整体强度。
水泥混凝土路面碎石化处理技术是修复严重损坏水泥路面的一项新技术，能够较好解决旧水泥路面加铺沥青层所产生的反射裂缝问题，具有工程造价较低，施工方便，对交通影响小等优点。2004年，广西在国道324线隆安至百色二级公路混凝土路面维修改造工程中首次采用该项技术，并取得了良好的效果。
四、加铺沥青面层的施工要点
1、土工布的铺设
旧水泥混凝土路面处理完后，可以进行土工布的铺设。铺设步骤为：
（1）施工前应用清洗和清扫干净已处理好的旧水泥混凝土路面，保证路面无污染。
（2）洒布沥青乳液：沥青乳液的用量将直接影响土工布防治反射裂缝的能力。用量过大，则会降低土工布表面的摩擦系数，车辆通过时易打滑，其与沥青加铺层的粘结力也将降低；用量过少，土工布与旧水泥混凝土路面和沥青加铺层将不能形成一个良好的整体，从而影响其缓解应力集中的效果。沥青乳液洒布用量一般为0.6～0.8kg／m2。
（3）铺设土工布：土工布可采用机械或人工铺设，待改性乳化沥青即将完全破乳时，将土工布横向、纵向拉展紧压在水泥砼路面上，并碾压至土工织物呈黑色。铺设后要安排工作人员及时检查、处理打皱和被轮胎粘起的土工布。土工布横向搭接宽度为8～10cm，并根据摊铺方向，将后一幅端部压在前一幅的末端之下；纵向搭接宽度为4～5cm。纵向搭接和横向搭接处可采用固定器固定，也可采用粘层油固定。
（4）注意事项：土工布铺设前，除了对土工布进行一般性能测试外，还应进行沥青浸透，线性收缩、界面剪切等试验；土工布铺设过程中，应封闭交通，除施工车辆外，其他车辆只有在紧急情况下才允许在铺好的土工布上缓慢通过，避免车辆在土工布上转弯或急刹车。
2、加铺沥青面层的施工要点
（1）沥青面层摊铺前应再洒布一次粘层油，用量约为0.5～0.6kg/m2。
（2）沥青混合料的拌和：在沥青混合料拌和过程中要从混合料级配、沥青用量、拌和温度和时间等进行全方位的控制，以提高混合料的摊铺效果。
（3）平整度的控制：为了控制摊铺时的平整度，摊铺机熨平板的自动找平装置需要有一个准确的基准面。目前公路工程中常用的基准面（线）控制的方法有：基准钢丝绳法、浮动基准梁法等。摊铺机工作时应保持匀速缓慢前进，严禁时慢时快或中途停顿；否则会破坏熨平板受力平衡系统，引起熨平板上下波动，直接影响路面平整度。
（4）温度控制：为确保沥青加铺层的质量，沥青混合料出厂温度应控制在120～165℃；摊铺时的温度不得低于110～130℃，也不得高于165℃；碾压温度控制在110～140℃，碾压终了温度不低于70℃。
（5）沥青混合料的碾压：压实分为初压、复压和终压，压路机应以均匀速度行驶。初压采用轻型钢轮压路机碾压，初压后检查平整度和路拱，必要时应予以修整。复压紧接在初压后进行，复压宜采用重型的轮胎压路机。终压紧接在复压后进行，应采用钢轮压路机或关闭振动的振动压路机碾压。在碾压期间，压路机不得中途停留、转向或制动，不得停留在温度高于50℃的已经压实过的混合料上。
（6）接缝的处理：相邻两幅及上下层的横向接缝，均应错位1m以上，上面层接缝应采用垂直的平接缝。平接缝应做到紧密粘结，充分压实连接平顺，可采用切缝机切齐接头，洒粘层油后接着摊铺。当半幅施工不能采用热接缝时，宜加设挡板或采用切刀切齐，也可在混合料尚未完全冷却前用镐刨除边缘留下毛茬的方式，但不宜冷却后采用切割机切缝作纵向冷接缝。
五、结束语
旧水泥混凝土上加铺沥青混凝土面层,是改造旧水泥混凝土路面行之有效的方法，国内在近年来对这种改造方法进行了较多的探讨，广西曾在国道322线全州至桂林段、国道324线隆安至百色段、桂海高速来宾段等线路进行了旧混凝土路面加铺沥青面层的改造，均取得了较好的效果。但从实践经验看，水泥混凝土路面加铺沥青面层牵涉到多方面的技术因素，反射裂缝防治措施只能延缓或减少反射裂缝，不能从根本上消除，尚有待进一步的理论和试验研究。
参考文献：
[1]李宇峙.旧水泥混凝土路面上沥青砼加铺设计及应用技术研究.中南公路工程，2002(4)
[2]金志强.水泥混凝土路面养护维修手册.北京：人民交通出版社，2003
[3]陈琳.水泥混凝土路面破碎稳固技术.中外公路,2007,(8)
