浅谈旧水泥混凝土路面加铺沥青层结构设计

摘要：本文结合中山市东阜公路阜沙段路面改造工程，介绍了旧水泥混凝土路面加铺沥青面层的设计、旧路面处治、防裂、防水措施以及加铺沥青路面的使用效果，其成果对其它类似项目具有一定的参考价值。

关键词：旧水泥混凝土路面；沥青加铺层；旧路面处治；设计

1 概述

目前，国内大量的水泥混凝土路面由于设计、施工、后期养护及超重载交通等原因，已不同程度地发生了结构性和非结构性的损坏，陆续进入大中维修期。旧水泥混凝土路面行车舒适性差、车速难以提高的状况是目前急需解决的问题。为节约工程投资，有效地利用旧水泥混凝土路面，在其上加铺沥青面层以改善使用性能成为行之有效的方法之一。

本文结合中山市东阜公路阜沙段实际情况，介绍了旧混凝土路面上加铺沥青面层的设计、旧路面处治、防裂、防水措施， 以供其它类似项目参考。

2 旧水泥混凝土路面现状调查及评价

中山市东阜公路为阜沙镇城区的一条城市主干道，是中山市黄圃、东凤、三角等镇进出中山市区的主要交通要道。原旧路采用双向六车道一级公路标准，现状路面为水泥混凝土路面，局部板块因沉降较大做了薄层沥青罩面。近年来由于交通量的日益增加，路基的不均匀沉降，原有水泥混凝土路面破损严重，路面服务质量明显下降，需进行路面改造以提升其服务水平。

为全面了解现有路基路面结构的破损状况、承载能力和交通状况，设计前对旧路面进行了详细调查，并进行路面检测及评价，由此提出具体的改造方案。调查内容包括交通量、旧路面结构形式与厚度、混凝土强度、路面破坏类型及破损

2.1 旧水泥混凝土路面现状调查

1）交通量调查

交通量调查表明， 东阜公路阜沙段总体上交通量不大，该路段2010年折算为小客车的年平均日交通量为23535辆，平均每条车道的日交通量为3923辆，主要交通荷载类型为小货车和小客车，约占总交通量的85%。

2）旧路面结构调查与检测

查阅旧路设计及竣工文件，旧路路面结构为23cm水泥混凝土面板+20cm 6%水泥稳定碎石+15cm 4%水泥稳定碎石。路面钻芯取样试验结果表明，路面板厚度大于设计厚度的占27.3%，芯样强度大于设计强度的占95.5 %。全路段路面强度基本满足要求，但厚度整体偏小。

3）路面板脱空检测

采用落锤式弯沉仪（FWD），选择板角最不利位置，通过测定弯沉值判断板角是否有脱空情况。按截距法，对截距大于50（0.001mm）的，认为板底脱空。检测结果表明：全线各路段存在不同程度的脱空现象，且脱空范围大，全线脱空率达到28.9%。

4）路面病害调查

根据路面病害调查结果，东阜公路阜沙段除局部路段出现不均匀沉降外，大部分路段路基稳固，整体强度较好，但路面情况较差，裂缝、错台、断板、角隅断裂等病害不同程度存在，且以裂缝、错台为主。使用期间，局部路段进行了病害处治，但因病害处治不够彻底，维修路面又出现了新的病害。

以上破坏形式单个或多种并存于一块板中，这些病害将影响加铺路面的结构受力和使用寿命，施工前必须采取适当方法进行加固处理。

2.2 路面破损原因分析

根据现场调查及检测结果，路面破坏原因分析为以下几点：

1）加宽改造新旧路衔接不完善

旧路在四车道扩建为六车道时，利用原绿化带改造为行车道，该处板块破坏较严重，在加宽车道与内侧车道衔接处均出现错台、裂缝等病害，其他形式的病害也多发生在衔接部位，这些都是由于扩建时新旧路面衔接部位处理不完善造成的。

2）路基路面排水系统不完善

旧路采用管道排水，部分雨水口间距较大，路面水只能通过纵坡流向路面边缘开口处或者低洼处，当排水路径较长时，路面水容易通过接缝渗入基层，冲刷基层的细微物质，并从裂缝带出。多个路段在相邻车道之间出现严重错台，下陷的车道降雨时容易形成积水坑，又致使雨水不能及时排走，雨水大量深入路基，路基土饱水后使面板发生松动、唧泥现象，进一步影响到行车道的稳定，使路面破坏加剧。

3）路基不均匀沉降

受早期施工技术和设备条件限制，部分路段路基压实不足，沉降严重，从而导致路面板断裂破碎。

2.3对旧路面的评价

根据现场调查和旧路检测结果，旧水泥混凝土路面整体情况良好，加铺路段水泥砼路面的强度均满足设计要求，路面结构承载能力按标准轴载可满足设计年限的使用要求。路面的破坏形式较为单一，主要以断裂类为主，其中裂缝、角隅断裂、接缝破坏、错台较多，其他形式的破坏（表面类、竖向变形类）相对较少。路面行驶质量指数（RQI）较差，路面状况指数（PCI）相对较好，通过加铺沥青混凝土可有效改善其平整度，提高路面服务水平。

3 路面加铺层结构设计

东阜公路阜沙段位于城镇路段，路面改造加铺厚度必须考虑现有人行道标高、排水和建筑门面的影响，旧混凝土路面处治亦须考虑对交通和周围居民生活的影响。根据东阜公路现有旧城街道标高和周围建筑情况，对旧水泥路面病害进行局部修复后，加铺沥青路面则可以基本满足目前街道路面与人行道间的标高限制， 且工期较短， 对居民生活影响较小， 因此决定采用利用旧水泥路面加铺沥青混凝土面层的改造方案。

3.1 加铺前旧水泥路面的病害处治

大量改造实例表明，旧水泥混凝土路面处治的好坏直接影响到加铺层的效果和使用寿命。在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层之前，必须对旧路面病害进行彻底处治，从而为沥青加铺层提供坚实的基础，保证加铺沥青混凝土路面的稳定性和耐久性。设计采取了如下病害处理措施：

1）对于纵、横、斜向裂缝的修补：宽度小于5mm的轻微裂缝，采用扩缝灌浆处理；宽度小于15mm的轻微或中等裂缝，采用条带加铺进行处理；宽度大于15mm的严重裂缝，按养护规范规定进行全深度补块。

2）对于中等脱空、唧泥板块：采用板下封堵的方法进行高压灌浆处理。

3）对于破碎板块、出现交叉裂缝的板块以及严重脱空板块：采用换板处理。挖除旧板块，采用C20贫混凝土补强基层，然后重新浇筑C40混凝土面板，并在接缝位置植筋和沥青灌缝。

4）对于高差小于等于1cm的错台：采用磨平机磨平；当错台大于1cm时，采用聚合物细石混凝土进行填充。

3.2 加铺层结构设计

加铺层结构设计应在满通量和使用性能等技术要求的前提下，按照因地制宜、合理选材、节约投资的原则，选择技术先进、安全可靠、经济合理、方便施工的方案。

3.2.1 加铺层厚度

沥青混凝土加铺层的设计厚度由结构强度和防止反射裂缝两个因素控制。水泥混凝土面板作为基层强度较高，能满足承载要求；关键是如何防止反射裂缝的产生。加铺沥青层太薄，容易产生反射裂缝；太厚，造价又会过高。根据国内外的经验， 加铺层的合理厚度范围为9～18 cm。设计根据旧路面的强度和局部修复后的状况、交通量，同时考虑道路两侧人行道标高、排水和建筑门面的影响，确定沥青加铺层最小厚度为10 cm（4+6），并根据路面沉降及病害情况设置调平层。

3.2.2 加铺层结构材料选择

1） 表面层沥青混合料类型的选用

表面层是车辆直接作用的结构层，除了考虑沥青混凝土的结构稳定外，还要考虑抗滑、降噪、防止眩光等要求，目前在国内中应用较多的面层材料有连续式密级配沥青混凝土（AC），沥青玛蹄脂碎石SMA和高性能沥青砼SUPERPAVE。SAM-13为骨架密实型沥青混凝土，有良好的耐久性、抗滑性能和抗车辙能力。但对沥青、碎石材料、施工机械、施工技术要求较高，造价高；Sup-12.5长期性能好、高温稳定性好，但该结构的级配设计需要丰富的经验，并需要专门的试验设备，且设备昂贵，整套SHARP试验设备国内不多，其施工和验收标准也需要通过经验积累，目前广东省的经验较少；AC-13C应用较多，施工经验丰富，已经有了成熟的配合比设计方法和施工经验，能较好的控制好目标配合比和现场施工压实的空隙率，在多条高速公路上已经成功应用。本设计表面层采用细粒式改性沥青抗滑表层AC- 13C。

2） 中面层沥青混合料类型的选用

考虑到中面层的一个重要作用是延缓旧水泥混凝土路面的反射裂缝，同时考虑承重、密水及抗车辙的要求，中面层采用中粒式改性沥青混凝土AC C 20C。

3） 调平层结构类型选择

由于路基沉降、路面病害和养护等原因，造成现有路线标高改变，根据不同路段纵断面情况进行调坡设计并确定调平层厚度。为此，根据经济合理的原则，按照不同路段的平均调平层厚度选取不同的调平层材料。

（1）用沥青混凝土作为调平层：具有密水性和抗疲劳性能好的优点，并且为防水土工布铺设提供较好的施工平台，使土工布具有防水功能的同时起到延缓反射裂缝的作用。适用于调平厚度小于4 cm 的情况。

（2）采用沥青碎石作为调平层：沥青碎石用沥青材料作为胶结料，提高混合料的强度和稳定性，有助于减轻裂缝向上反射穿透沥青面层。适用于调平厚度小于15cm 的情况。

（3）采用贫混凝土作为调平层：贫混凝土具有良好的整体性、足够的力学特性、抗水性，而且强度较高，造价较低，但施工时注意防止收缩裂缝的产生。适用于调平厚度大于15cm 的情况。

考虑项目规模较小，为便于备料和施工，本设计采用沥青混凝土和贫混凝土作为调平层，调平厚度小于15cm时，采用中面层AC-20C作为调平层，调平厚度大于15cm时，采用C20贫混凝土作为调平层。

3.2.3反射裂缝防治措施

旧水泥混凝土路面加铺沥青面层后，由于旧水泥混凝土路面的接缝与裂缝处不能承受剪应力和拉应力， 在温度应力和车轮荷载重复作用下， 加铺沥青层容易产生反射裂缝。国内外大量的工程实践表明，旧水泥混凝土路面上沥青加铺层产生的反射裂缝问题正严重制约着加铺层的路用性能和使用寿命，采取有效措施延缓和减少反射裂缝是一个需重点考虑的问题。

目前处理反射裂缝的措施主要有高性能改性沥青应力吸收膜或应力吸收层、玻璃纤维格栅或土工织物夹层及其用上述两种或两种以上方案复合的夹层，这些措施在一定程度上都能延缓裂缝反射时间和数量。从工程造价、施工工艺的方便性和使用效果综合考虑，本设计采用聚酯土工布。对于直接加铺层结构并且调平层厚度小于9cm的路段，采用满铺聚酯土工布方法；对于调平层厚度在10～30 cm 之间采用贫混凝土调平时，则在贫混凝土和沥青混凝土面层之间增设满铺聚酯土工布。

另外，接缝是水泥砼路面的薄弱环节，更是水泥混凝土路面加铺沥青层防止反射裂缝的重要位置。设计对一般路基段纵横向接缝采用清缝机清缝， 填充改性热沥青，并跨缝铺设1m宽玻纤格栅，以延缓和减少接缝处反射裂缝。

3.2.4 水损害预防措施

沥青路面的水损害也是沥青路面破坏的主要原因之一。对于防水问题必须要坚持“以防为主、层层设防”，对路面结构每个环节都应做好防水工作。

本工程所在区域年均降雨量1645～2013mm，属于多雨地区，设计采用多项措施预防水损害：沥青加铺层采用密级配沥青砼，加强沥青砼密实度、空隙率的控制要求；采用掺加剂提高集料与沥青的粘结性，要求提高到5级；完善原有路基路面排水系统，恢复路面横坡，在路面边缘设置碎石盲沟，及时排除路表及路面结构内部水；采用的聚酯土工布防反射裂缝层亦具有较好的防水密闭性和良好的封缝防水效果。

3.2.5 沥青混凝土加铺层结构设计方案

根据东阜公路阜沙段的旧路面现状和交通量，同时考虑施工进度、交通组织等方面的要求，通过分析与计算，各路段路面加铺层结构设计方案如下 。

1）对于原路面平整度较好、无不均匀沉降或存在不均匀沉降但沉降较小、错台不严重、路面状况指标优良的路段，采用直接加铺沥青面层的方式：

上面层：4cm厚细粒式改性沥青混凝土（AC-13C）

下面层：6～15cm厚中粒式改性沥青混凝土（AC-20C）（兼调平层）

防反射裂缝层：浸渍沥青聚脂土工布

处治后旧混凝土面板（接缝处跨缝铺设1m玻纤格栅）

2）对于沉降较大且病害较多路段，需挖除原有水泥砼板，如发现基层破坏，先采用添加早强剂的C20素砼对基层进行补强，然后重做水泥砼板后，再加铺沥青面层，加铺路面结构如下：

上面层：4cm厚细粒式改性沥青混凝土（AC-13C）

下面层：6cm厚中粒式改性沥青混凝土（AC-20C）

防反射裂缝层：浸渍沥青聚脂土工布

基 层：平均30cm C35水泥混凝土

处治后旧混凝土面板（接缝处跨缝铺设1m玻纤格栅）

3）对于桥头等沉降较大路段，设置C20素混凝土作为调平补强层，用于沉降路段调平，然后再加铺沥青面层。加铺路面结构如下：

上面层：4cm厚细粒式改性沥青混凝土（AC-13C）

下面层：6cm厚中粒式改性沥青混凝土（AC-20C）

防反射裂缝层：浸渍沥青聚脂土工布

基 层：10～30cm C20贫混凝土（兼调平层）

处治后旧混凝土面板（接缝处跨缝铺设1m玻纤格栅）

4 结论

该项目部分路段于2012年底完成沥青层加铺并投入运营，从两年多时间的跟踪调查情况来看，路面尚未发现反射裂缝，其使用效果良好。

在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。本文结合实践总结以下几点供参考：1）加强对旧路的检测与评价，在加铺罩面前对旧水泥混凝土路面结构强度和破损状况进行正确评价是解决反射裂缝和保证加铺罩面成功的重要前提；2）根据旧路面状况合理分段，路面改造结构形式要有利于施工；3）在旧水泥混凝土路面顶面铺设土工格栅或土工布，可有效延缓反射裂缝；4）防水问题必须要坚持“以防为主、层层设防”的原则，对每个环节都应做好防水工作；5）旧路改造比较复杂，路面状况变异性大，加铺层设计和施工需考虑的因素较多，建议做到动态设计与动态施工有机结合。

参考文献

1、《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2011.

2、《公路沥青路面设计规范》JTJ D50-2006.

3、《公路水泥混凝土路面养护技术规范》JTJ073.1-2001.

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