旧水泥路面改造加铺沥青层的设计探讨

摘要：随着中国经济的快速发展，道路是经济发展的首要源头。汽车轴载日益重型化而出现路面损坏、使用品质下降的情况，影响了道路的使用功能。水泥路面在经过使用之后，其维修及养护时间较长及路面行车舒适性差等缺点逐渐暴露出来。旧水泥路面改造加铺沥青层得到广泛应用，本文就水泥路面加铺沥青层的设计进行论述。
　　关键词：水泥路面；沥青层；道路设计
　　前言
　　不清除旧水泥混凝土板,而直接在其上加铺沥青层的补强方法。这种补强措施,不仅节省清除旧路面的工作量、减少环境污染,而且提高了路面的承载能力,消除了原有缝隙的不利影响,改善了路面的使用功能,提高了路面的服务水平。但由于原水泥混凝土路面上有胀缝、缩缝、施工缝及裂缝等的存在,加铺沥青补强层后,往往会使面层产生反射裂缝,而一旦面层开裂,受车辆荷载和外界自然环境的影响,使裂缝进一步发展,将会缩短沥青加铺层的使用寿命。因此,延缓与防止反射裂缝是沥青混凝土加铺层设计的关键，也就是如何选择沥青层与原水泥混凝土路面间的防裂加层,以及如何选择加铺层的结构组合型式与厚度。下文以南方路军区段道路、人民大道道路为背景,探讨了旧水泥路面改造加铺沥青层的设计，并对方案作了评价。
　　一工程实例1
　　南方路军区段道路为城市次干道II级，原为水泥混凝土路面。随着当地社会、经济的快速的发展，交通量的剧增，以及大量过境重载车辆的行使，该道路出现了大量的混凝土面板裂缝、碎裂、唧泥、沉陷等病害。设计时首先针对旧水泥混凝土路面的破损情况，提出铣刨刻痕拉毛、切割或挖除旧板浇筑新板、板底压浆、沥青灌缝等处理措施。之后在旧路面上铺设沥青罩面。设计的沥青层面采用：①在经整修处治后的路面按0.1～0.2Kg／m2的数量洒布改性乳化沥青作为粘层；②在板块横缝纵缝处铺筑土工布；③铺筑6cm厚Ac一20I型中粒式沥青砼；④洒布改性乳化沥青作为粘层；⑤铺筑3cm厚AC-13I型SBS细粒式改性沥青砼。该设计为典型的“白加黑”型路面改建工程。首先处治“病根”，即破坏的混凝土路面补强及专门的破碎处治，从路面结构自身源头上防止新铺筑路面的破损；然后进行加铺沥青罩面的设计。
　　随着筑路材料的不断改进，施工技术的日益提高，在对以前设计工程的经验总结、对使用中加铺沥青罩面的改建道路调查研究的基础上，设计思路也有了新的改进和提高。
　　二、工程实例2
　　人民大道道路为城市主干道I级，承担着大量的城市交通和过境交通。通过现场查看，道路在营运多年的情况下，路面情况总体较为良好，适宜加铺沥青面层。但道路局部也存在着断板、错台、断角、破碎沉陷等病害。在加铺沥青罩面之前必须对路面病害进行整治，以确保沥青路面的使用质量及寿命。结合该道路的实际情况，从“生态化、人性化、现代化”等不同层面考虑。设计采用了：①对原水泥混凝土路面进行弯沉检测，对弯沉平均值20~45(0.01ram)者分别根据情况采用脱空板钻孔灌浆、修补开裂板块或者更换破碎板的方式补强，对弯沉平均值大于45(0.0lmm)者采用打裂、破碎、压实的方式补强：对整板沉陷者采用混凝土更换、补强基层，以与原道路相同标号混凝土重新浇筑路面板的处治方式进行旧路补强、处治；对路面进行铣刨刻痕拉毛，其目的为与上层沥青混凝土能够更好地进行结合，使得沥青混凝土摊铺后稳定性增加：对路面板横纵缝板差进行铣刨，其目的是保证沥青混凝土摊铺厚度基本均匀；对面板缝隙宽度小于3mm的细小裂缝，清缝后采用沥青灌缝处理。②在经整修处治后的路面按0.1～0.2Kg／m2的数量洒布改性乳化沥青作为粘层；③铺筑2cm厚AR—SAMI应力吸收层，并压实；④铺筑5cm厚的橡胶沥青面层。
　　在该“白加黑”型路面改建工程设计中，与之前的设计相同之处在于：首先处治“病根”，即破坏的混凝土路面补强及专门的破碎处治，从路面结构自身源头上防止新铺筑路面的破损。这也是进行道路加铺沥青罩面成功改建的首要步骤。在沥青混凝土加铺罩面之前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罩优良至关重要的一环。现阶段常用的对旧水泥路面的处治方法除以上的针对不同破损情况提出不同方法局部修复以外，也有采用专用破碎设备对旧水泥路面进行比较彻底的破碎的方法。这种碎石化方式减少了混凝土板的有效尺寸，充分降低水泥混凝土板的接缝处由于荷载、温度等引起的位移，从而防止或减缓反射裂缝的产生。个人认为这是对防止反射裂缝最有效的最彻底的处理方法，但由于现有碎石化技术的水泥混凝土板破碎程度把握问题，需加铺l0～15cm较厚的沥青碎石应力吸收层问题以及环境影响等问题，在城市道路的改建中运用尚较少。
　　三、两个实例比较分析
　　本次设计与之前设计最大的区别是在进行加铺沥青罩面的设计中采用了橡胶沥青。采用了结构性加强设计，设置了橡胶沥青应力吸收层(AR—sAMI)，将路面向上传递的应力(水泥混凝土板裂缝处产生的集中应力)吸收、分散在较大的面积上，从而达到延缓和避免沥青罩面层反射)裂缝的产生。再在其上铺设高黏弹性橡胶沥青混合料(AR一0AP)。橡胶沥青是向基质沥青加入15％以上的橡胶粉粒，并在1800C以上的温度下共炼反应45分钟，使基质沥青与橡胶粉充分溶胀而形成了一种新的胶结料，具有较强的硫化橡胶特性。橡胶沥青对材料、加工工艺、生产设备和施工技术等要求均较高。橡胶沥青的加工艺是直接影响其质量的重要因素，所以首先选择有加工改性沥青经营资质的企业，其次选择有橡胶沥青专用生产设备，以及有专业队伍与丰富生产加工经验的企业做供应商。因橡胶沥青应力吸收层在整个路面结构中只是一个封层模式的功能层，不是最终的路面结构层，所以只能从原材料与施工过程中来控制其质量。橡胶粉的原材料必须来源于汽车轮胎，可以是子午胎(小车等轻型车)或斜交胎(卡车等载重车)，轮胎破碎成胶粉的工艺必须采用常温粉碎法，橡胶粉必须干燥、无污染，在与沥青和骨料的拌和中能自由流动而不产生泡沫。橡胶粉筛分应采用水筛法进行试验，密度应为1.15+0.05g/cm3应无铁丝或其它杂质，纤维比例应不超过0.5％，要求橡胶粉颗粒不能相互粘结成块。而在施工前应进行基层的清扫、吹尘和清洗，最终以橡胶沥青洒布量和碎石撒铺量进行控制与检测。
　　另外，由于工程是城市道路，在原路面上加铺了沥青层，路面设计高程提高，人行道、原公交站台及雨污水井也考虑进行了相应的改造。该设计方案虽然前期投入较高，但从长期使用功能和效果来比较，具有更好的性价比。设计方案获得了建设单位的好评和认可。
　　四、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之一，在公路的改建和扩建中大部分地区已普遍采用。虽然目前我国尚未有比较成熟的相关设计规范和方法，对加铺沥青混凝土的板块未提出相应的评价指标，对于特重交通路面结构设计的经验也很不足，但近年来国内许多科研、设计单位面对广大工程改造的迫切需要，在这方面的研究中取得了不少有益的、值得借鉴的经验，成功的关键在于精心设计、精心施工。我们要对原有路面破损的成因进行细致的调查和深层次的分析，为材料组成设计和结构组合设计提供可靠的依据。此外，在加铺层施工中必须在试验指导下对整个生产进程实施科学的监测，参照施工技术规范规定的频率进行抽提、筛分和做马歇尔试验，指导拌和站对生产参数作相应的调整，进一步加强设计、施工的质量控制。旧水泥路面加铺沥青层工程的设计和实施是一个不断总结，不断探索和不断更新的过程。