城市道路路面“刚改柔”方案的探讨

摘要：文章介绍了在芜湖市银湖路改造工程设计中，通过对现有水泥混凝土路面进行加固处理的基础上，以及对旧水泥混凝土板缝的防水与防反射裂缝处理，将加固处理后的旧面板作为新加铺沥青混凝土路面的基层，充分利用了旧水泥混凝土路面的强度，解决了过去常采用的将旧面板挖除然后进行改造所带来的工期长、造价高及弃渣对环境的污染的问题，对今后市政道路改造升级提供相关设计参数与设计经验。

Abstract: This paper introduces the design of Silver Lake Road Reconstruction Project of Wuhu City, through the reinforcement of existing concrete pavement and the waterproofing and anti-reflective treatment of old concrete slab cracks, it takes the old panel after the reinforcement as the basis of the new asphalt concrete pavement, takes advantage of the strength of old cement concrete pavement, solves the problems brought by excavating old panel to transform, such as, long period, high cost and spoil pollution and so on, to provide the design parameters and design experience for the upgrading of municipal roads in the future.

关键词：刚改柔；旧水泥混凝土路面检测与加固；沥青加铺层；旧水泥混凝土板缝防水；防反射裂缝

Key words: "Rigid to Flexible"; old cement concrete pavement test and strengthening; asphalt overlay; the waterproofing and anti-reflective treatment of old concrete slab cracks

中图分类号：U41 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）16-0107-02

作者简介：刘媛（1981-），女，安徽东至人，本科，任职于安徽省交通规划设计研究院，主要研究方向为公路设计；赵飞（1978―），男，安徽无为人，安徽大学交通分校公路与桥梁专业，任职于安徽省交通规划设计研究院，主要研究方向为公路设计。

0 引言

银湖北路是随着芜湖市发展而不断延伸形成，始建于上世纪九十年代，为水泥混凝土路面，按城市主干路等级设计、实施。目前，其主要功能是连接芜湖老城区与经济技术开发区，以交通功能为主，兼顾道路两侧企业、商业、居住服务功能。经过10多年的营运，局部路段面板已出现轻微裂缝、脱空、活动、唧泥、角隅断裂、角隅剥落、错台等病害，并有进一步发展趋势，需要及时进行大修改造，保持通行能力和服务水平，使其发挥城市主干路的作用。

1 路面改造方案比选

在旧水泥砼路面上直接加铺沥青砼面层时，由于温度与湿度的不断变化及汽车荷载的反复作用，沥青砼面层在对应原刚性面板接缝及裂缝处，容易产生反射裂缝，从而影响路面的使用寿命。为了解决这一问题，目前国内在对旧水泥砼路面进行刚改柔改造时，大部分采用以下几种方案：①碎石化处理[1]：南派技术、碎石化技术以及冲击锤技术对旧水泥砼面板进行碎石化处理，将旧面板碎石化后用作新建路面底基层，再在其上加铺基层，从而消除反射裂缝的产生。但由于城市道路地下各种管线较多，且最小埋置深度一般在0.7米左右，因此采用冲击技术，将对地下管线造成损坏；另一方面，城市道路的标高受两侧建筑用地高程限制，在旧水泥砼面板上加铺基层，将影响与周边建筑物及被交叉道路高程的衔接，因此，上述改造技术在城市道路上不能采用。②挖除旧路面：采用直接挖除现有路面结构层，然后重新进行填筑，该方案虽然能一劳永逸，但投资大。由于现有城市道路往往是交通动脉，挖除重建势必增加施工周期与中断交通，社会负面影响大，经济效益也不明显，此外，大量破碎板废渣会对环境造成严重污染，违背了国家所提倡的低碳环保建设理念。③刚改柔直接加铺：刚改柔直接加铺设计方案是在对原路面进行全面检测的基础上，充分利用老路结构，发挥原水泥混凝土板块的强度等优点的基础上，在原路面上加铺沥青砼改善道路使用状况，避免了对原路面板块的挖除造成对环境的污染，并大大缩短施工周期。此外，可通过合理的交通管制，在不中断交通的情况下进行分幅实施，这样也间接地提高对社会资源的利用率。

2 刚改柔直接加铺设计要点

2.1 旧水泥砼路面加固处理[2] 以旧水泥混凝土路面作基层，应使其具有足够的强度与适宜的刚度。为此：采用人工、探地雷达、弯沉仪、钻探等手段，检测混凝土板脱空等各种病害、结构层均匀情况、路面承载能力，并评价。针对不同病害及其成因，作相应处理。如裂缝修补、脱空灌浆等。

2.2 沥青混凝土加铺厚度计算 芜湖市银湖北路为市区道路，货车通行较少，影响路面结构设计的车辆为主要是公交汽车及单位的班车（中型以上客车），根据旧水泥混凝土路面使用年限、交通量调查、车型分析及路况调查，按旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层理论计算，设计剩余年限按12年，经计算沥青加铺层厚度为10cm。为了进一步验证计算结果，分别采用了美国地沥青学会法和COE经验法进行验算，计算方法及结果如下：

2.2.1 美国地沥青学会法 美国地沥青学会法关于水泥混凝土路面上加铺沥青层的通用厚度设计见表1[3]，加铺沥青层厚度的选用考虑了水平拉应力和竖向剪应力两者的作用，以便使反射裂缝减小到最低程度。在这一方法中，加铺层厚度与板长及年平均温度差有关。

表1中建议最小厚度值为10 cm，此厚度将减小挠度约20％。当加铺层厚度超过18 cm时应考虑采用其他方案，如破碎稳固法，增设裂缝松弛法等。银湖北路旧水泥砼面板长6.0米，芜湖地区月平均最高气温为39.5℃，最低温度为-13.1℃，温差为52.6℃，查上表得最小加铺层厚度为14.0cm。

2.2.2 COE经验法 按照与水泥混凝土加铺层设计相同的概念――补足厚度缺额，依据强化试验路的观测和分析结果，提出了旧水泥砼面层上加铺沥青层的经验厚度设计公式[4]：

h=A（fhd-Cbh0）（1）

式中：A为混凝土层厚与沥青层厚的当量转换系数，A=2.5，美国联邦航空局（FAA）在1998年的设计手册中将系数由2.5提高到3.0；f为控制旧面板层在加铺后裂缝进一步发展程度的系数，随交通和路基强度变动于0.6～1.0；hd为按现有地基承载力和未来交通要求，由新建混凝土路面设计方法确定的单层混凝土面层所需厚度，cm；Cb为旧面层板的状况系数，含有细微的初始裂缝时Cb=l，含有多条裂缝或角隅断裂时Cb=0.75；h0为旧混凝土板的厚度，cm。hd不但与交通量和地基承载力有关，还与板长、温差等因素有关，精确的计算比较困难。对于加铺沥青层设计，混凝土面板的估计厚度hd可参照表2取值。Cb值波动的范围较大，具体选用时难以把握，建议根据旧混凝土路面状况指数的评价结果，按表3取值。

利用COE法计算芜湖市银湖北路加铺层厚度，旧水泥混凝土面板厚为24 cm，板长为6m，为特重交通等级，旧路面状况评级为优，所处地区年平均温度差为52.6℃，因此，hd可取为28 cm；Cb可取为1.0；A取2.5；对于f值，一般希望加铺沥青层后，旧混凝土面板的裂缝不再进一步发展，故取为l。按式（1）计算加铺层厚度：

h=2．5（1×28-1×24）=10cm

根据以上计算结果，并结合安徽省及国内的经验，最终确定行车道加铺层厚度为13.5cm。

2.3 结构设计 加铺沥青层厚度设计主要依据旧路面结构的承载力及当地的经济状况，选用合理的加铺层方案。加铺沥青层厚度的确定，主要是考虑加铺层防止反射裂缝问题。加铺沥青层太薄，容易产生反射裂缝；太厚，造价又会过高。结合芜湖市银湖北路的实际情况，确定加铺层厚度为13.5 cm，其结构为：4cmAC-13细粒式改性沥青砼+7cmAC-25粗粒式沥青砼+玻纤格珊+2.5cmAC-10细粒式沥青砼。

2.4 反射裂缝的防治设计 根据反射裂缝的机理及道路现状，从结构及材料两方面进行设计：结构上，行车道面层总厚度13.5cm，以有效防止受拉疲劳产生的裂缝，降低车辆荷载剪应力。材料中，适当增加沥青用量，减小混合料空隙率，延缓裂缝的扩展。铺设2.5cm细粒式沥青砼应力吸收层，并加铺玻璃纤维格栅，增强沥青砼面层的整体抗拉度。

2.5 提高沥青混凝土路面的抗渗性能设计 要保证路面结构的水稳定性和耐久性，预防水破坏是至关重要的。设计中，上面层采用改性沥青，沥青混合料中掺加抗剥落剂，矿粉中掺加一定量的水泥，在旧面板接缝处设防水层，以提高加铺层的抗渗性能。

2.6 施工工艺 刚改柔施工工艺是在对原有旧水泥混凝土路面进行全面检测的基础上，分析旧面板损坏的原因，根据损坏原因对其进行相应修补与更换，使其满足作为新加铺沥青面层承载力要求。因温湿、雨水下渗、旧面板的差异沉降等原因，新加铺的沥青面层容易在旧面板接缝处产生反射裂缝，影响路面的使用寿命，因此，需加铺细粒式沥青砼应力吸收层和接缝处加铺玻璃纤维格栅与防水卷材，增强沥青砼面层的整体的抗拉、抗剪与防渗。能过对损坏旧水泥混凝土面板的修补与更换及防反射裂缝与防渗的处理，即可进行沥青砼面层的加铺。其施工流程如图1所示。

3 结束语

我国中、小城市在上世纪九十年代后期建设的道路已基本达到使用期限，随着交通量和交通荷重的增加，旧水泥混凝土路面已出现了大量损坏需进行修复，同时随着社会经济的发展，人们对道路的使用功能和服务水平的要求也不断提高，与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有噪音小，行车舒适等优点。本文结合芜湖市银湖路刚改柔工程实例，介绍了薄层沥青混凝土加铺的设计方法，对今后我国还存在大量的旧水泥混凝土路面的道路改造具有参考价值。

参考文献：

[1]施瑞欣，黄新元，黄晓明.冲击压实技术在旧水泥混凝土路面修复中的应用[J].华东公路，2002.

[2]公路水泥混凝土路面养护技术规范[S].

[3]黄仰贤．路面分析与设计[M]．北京：人民交通出版社，1998.

[4]姚祖康．水泥混凝土路面设计[M]．合肥：安徽科技出版社，1999.