旧水泥混凝土路面沥青加铺层技术研究

陈巧利

（张家口路桥建设集团有限公司，河北 张家口075000）

1 引言

我国水泥路面数量巨大，其中不少路面出现不同程度破损，严重影响行车安全与舒适，而水泥混凝土路面沥青加铺层能够保留原路面，降低施工成本[1]。在旧水泥路面摊铺一层沥青混合料并进行压实可以解决水泥路面的破损问题，但沥青加铺层与水泥路面模量不同，路面易出现反射裂缝，因此，为解决路面反射裂缝问题，本文依托实际工程对沥青加铺层技术进行研究。

2 工程概况

某道路为水泥混凝土路面，设计车道为双向4 车道，全长86 km，起点桩号为K00+000，终点桩号为K86+000。由于车流量逐年递增，原水泥路面已经出现严重破损现象。为了保证道路行车舒适性和驾驶安全性，决定对旧水泥混凝土路面加铺沥青面层。

3 原路面质量评定

3.1 水泥板断裂率

对城市道路水泥混凝土路面质量进行评定，对原路段K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范围内水泥板断裂率进行调查，调查统计结果见表1。

表1 城市道路水泥板断裂率统计表

由表1 可知，根据GBJ 97—1987《水泥混凝土路面施工及验收规范》对原路面进行水泥板断裂率进行评价，路段K55+000～K56+000 和路段K81+000～K82+000 评价等级为次等，路段K62+000～K63+000 评价等级为差，原路面已经出现严重的交通安全隐患，急需对旧水泥混凝土路面进行改造。

3.2 路面状态指数（PCL）

对 原 水 泥 混 凝 土 路 段 K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范围内路面状态指数（PCL）进行调查检测，PCL 采用网络自动化检测车对原路面状况进行检测，检测结果如表2 所示。

表2 城市道路路面状态指数统计表

由表2 可知路段K55+000～K56+000 的PCL 为75.1，评定等级为中；路段K62+000～K63+000 的PCL 为62.1，评定等级为差；路段K81+000～K82+000 的PCL 为71.2，评定等级为中；原路面质量状况较差，暴露出很多问题，主要是结构性的路面损坏。

3.3 弯沉值

对原水泥混凝土路段K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范围内旧水泥路面承载力进行检测，弯沉值可以判断水泥板脱空情况。弯沉值不满足规范要求，导致板底脱空会引起两块水泥板之间加铺沥青混合料，两块接缝处会竖向位移导致沥青加铺层开裂，因此，需要对原水泥路面弯沉值进行检测，水泥板板底脱空主要检测方法如表3所 示。 对 原 水 泥 混 凝 土 路 段 K55+000～K56+000、K62+000～K63+000、K81+000～K82+000，1 km 范围内路面弯沉值进行调查检测，检测结果如表4 所示。

表3 板底脱空检测方法

由表4 可知，路段K55+000～K56+000 脱空度为4 500 cm3，弯沉值为19.5（0.01 mm），评定等级为轻；路段K62+000～K63+000 脱空度为5 600 cm3，弯沉值为24.5（0.01 mm），评定等级为差；路段K81+000～K82+000 脱空度为5 100 cm3，弯沉值为21.4（0.01 mm），评定等级为中；旧水泥路面基层及以下部分病害较轻，修复完善后即可沥青面层加铺。

表4 城市道路弯沉值统计表

4 沥青加铺层技术

4.1 加铺层结构设计

对旧水泥混凝土路面破损进行修缮工作后便进行沥青加铺层施工，加铺层结构设计需要考虑荷载疲劳应力和温度应力确定沥青加铺层厚度，最佳加铺层厚度设计如下。

4.1.1 荷载疲劳应力

根据GBJ 97—1987《水泥混凝土路面施工及验收规范》水泥混凝土路面与地基、水泥混凝土路面与沥青加铺层完全连续接触，受力方向不发生改变。荷载应力的计算公式如式（1）：

式中，σp为荷载疲劳应力，MPa；kr、kf、kc分别为应力折减系数、疲劳应力系数、疲劳损坏系数；σps为标准轴载作用下水泥板接缝处产生的荷载应力，MPa。

4.1.2 温度疲劳应力

温度对沥青加铺层影响很对，故加铺层施工时要考虑温度应力对旧水泥混凝土路面与沥青加铺层之间的影响。温度疲劳应力的计算公式如式（2）：

式中，σt为温度疲劳应力，MPa；kt为累计温度应力作用的疲劳应力系数；σtm为最大温度作用下水泥板产生的温度应力，MPa。

4.1.3 加铺层厚度的确定

根据上式对沥青加铺层荷载疲劳应力和温度疲劳应力的计算，结合JTG F 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求，本文采用的铺层厚度为10 cm，满足施工规范要求。

4.2 加铺层材料设计

1）基质沥青。本文试验用沥青选择东海牌橡胶沥青，其技术指标测试结果见表5。

表5 橡胶沥青技术指标检测结果

2）粗集料。为沥青加铺层路用性能，对粗集料的压碎值和洛杉矶磨耗损失等指标有着更高的要求，同时还需要棱角分明。本试验选用了玄武岩碎石进行检测，检测结果如表6 所示。

表6 粗集料检测结果

由表5 可知，粗集料压碎值为19.3%，小于26%，洛杉矶磨耗损失为25.1%，小于26%，坚固性为9.1%，小于15%，均满足规范要求，可作为沥青加铺层的原材料。

3）细集料。沥青加铺层细集料需要保持干燥，使用前需要在恒温恒压箱内干燥2 h，细集料要求颗粒均匀且与沥青具有良好的黏附能力。为了减小细集料级配对试验带来的误差，细集料需要通过机器初筛和人工手筛。试验选用的细集料为玄武岩机制砂，并对其进行检测，检测结果均满足施工要求[2]。

4）级配设计。沥青加铺层合理的级配设计既可以有效改善水泥路面的温度变化，减少水泥混凝土路面板底开裂，又可以大大缓解加铺层的温度应力。因此，本文沥青加铺层上面层为4 cm 的SMA-13，下面层为6 cm 的A-20[3]。

上面层设计：SMA-13 选择粒径为4.75～9.5 mm 和9.5～16 mm 不同粒径的玄武岩，再根据JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》沥青采用改性沥青，最佳油石比为6.2%、沥青饱和度为79.6%。确定最佳级配设计为粗集料∶细集料∶石屑∶矿粉=48∶26∶15∶9，此时级配曲线出现S 形，非常贴近规范设计中值曲线。

下面层设计：AC-20 择粒径为4.75～9.5 mm、9.5～16 mm和9.5～19 mm 不同粒径的玄武岩，再根据JTG F 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》沥青采用橡胶沥青，最佳油石比为5.8%、沥青饱和度为76.9%。确定最佳级配设计为粗集料：细集料∶石屑∶矿粉=29∶15∶21∶5，此时级配曲线出现S 形，非常贴近规范设计中值曲线[4]。

4.3 加铺层抗裂设计

反射裂缝是沥青加铺路面最主要的问题，为了抑制反射裂缝的产生，本文在试验路段A 直接铺筑沥青加铺层，试验路段B 在旧水泥路面和沥青加铺层之间铺设土工布，试验路段C 在旧水泥路面和沥青加铺层之间铺设玻纤格栅。

5 质量验收

为研究旧水泥路面与沥青加铺层之间铺设不同材料对路用性能的影响，本文在试验路段采用3 种沥青加铺层进行施工，竣工后对试验路段A、B、C 弯沉值进行检测。

试验路段A 直接铺筑沥青加铺层弯沉值为11.6（0.01 mm），试验路段B 在旧水泥路面和沥青加铺层之间铺设土工布弯沉值为8.5（0.01 mm），试验路段C 在旧水泥路面和沥青加铺层之间铺设玻纤格栅弯沉值为7.4（0.01 mm），据JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求沥青加铺层弯沉值应小于14（0.01 mm），试验路段A、B、C 均满足要求，但加铺玻纤格栅能够有效减少弯沉，提高加铺层抗反射裂缝能力。

6 结语

旧水泥混凝土路面沥青加铺技术是一种易于施工的路面养护技术，本文依托实际工程从原路面检测、沥青加铺层结构设计、材料设计以及抗反射裂缝设计对沥青加铺层技术进行研究，以期对后续研究者提供有利的理论知识。