周獻(xiàn)高

(廣西交通設(shè)計集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

當(dāng)前國家經(jīng)濟(jì)正飛速發(fā)展，交通量和軸載大幅增加，公路建設(shè)質(zhì)量面臨嚴(yán)峻考驗。常見的水泥混凝土路面及瀝青路面的材料和結(jié)構(gòu)性能上的局限性也逐漸暴露出來。為克服各自的不足，發(fā)揮其各自優(yōu)勢，近年來“復(fù)合式路面”在國內(nèi)高等級公路及城市道路中廣泛推行[1]。復(fù)合式路面由瀝青混凝土路面和水泥混凝路面組合而成，前者主要用于上面層，后者主要用于承重層，通過兩者的組合來最大限度地發(fā)揮各自的優(yōu)勢，通常又分為“常規(guī)復(fù)合路面”和“新建復(fù)合式路面”，前者又稱為“白改黑路面”，即直接在舊水泥混凝土板層上方加鋪瀝青面層[2]。

20世紀(jì)末及21世紀(jì)初期間建設(shè)的水泥混凝土路面的使用功能已不能滿足當(dāng)前要求，且出現(xiàn)不同程度病害。如全部推倒重建，要花費(fèi)大量人力、物力、財力和時間，這對一些位于城市中的道路改造帶來了嚴(yán)重困擾。此時，常規(guī)復(fù)合路面應(yīng)運(yùn)而生，即當(dāng)舊水泥混凝土層表面功能變差，而承載力基本能夠滿足使用的要求時，通過瀝青罩面延長其使用壽命并提高行車舒適性。

然而，復(fù)合式路面是最近十幾年才出現(xiàn)，在工程實踐中并未廣泛和大規(guī)模的運(yùn)用；同時其病害產(chǎn)生機(jī)制及處治技術(shù)的研究還不夠深入。本文將總結(jié)我國常規(guī)復(fù)合式路面的常見病害及產(chǎn)生原因，探討常見病害的防治措施，同時結(jié)合廣西桂林常規(guī)復(fù)合式路面的實際工程案例進(jìn)行病害分析，為常規(guī)復(fù)合路面病害防治提供參考。

1 常規(guī)復(fù)合路面常見病害

我國常規(guī)復(fù)合路面通常出現(xiàn)瀝青層面脫皮、車轍、坑槽、水泥混凝土板底脫空和瀝青表層的反射裂縫等病害情況，其中又以瀝青表層的反射裂縫最為典型，其它病害的發(fā)生都與此息息相關(guān)[3-5]。因此，本文重點(diǎn)對常規(guī)復(fù)合路面出現(xiàn)的反射裂縫病害進(jìn)行重點(diǎn)分析。

由下層水泥混凝土板裂縫或接縫導(dǎo)致上層瀝青混凝土底面開裂，并進(jìn)一步由瀝青混凝土底層擴(kuò)展至表面出現(xiàn)的裂縫稱為“反射裂縫”。通常認(rèn)為當(dāng)?shù)貧鉁氐慕惶孀兓爱?dāng)?shù)匦熊嚭奢d因素及二者的聯(lián)合作用是導(dǎo)致反射裂縫出現(xiàn)的主因，對于氣候濕潤的地區(qū)，濕度因素也將為反射裂縫的產(chǎn)生創(chuàng)造條件[3]。

而大量研究表明，氣溫的變化是導(dǎo)致反射裂縫出現(xiàn)的關(guān)鍵因素。外界氣溫的下降將導(dǎo)致底層水泥混凝土板收縮，依靠層間的粘結(jié)效應(yīng)，將牽扯上面層結(jié)構(gòu)一起產(chǎn)生收縮，導(dǎo)致水泥板接縫和裂縫頂面所輻射的瀝青混凝土面層區(qū)域發(fā)生拉應(yīng)力集中情況。隨著拉應(yīng)力不斷增大至超過上面層結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度時，表面將出現(xiàn)開裂[6]。另一方面，當(dāng)行車荷載出現(xiàn)在舊混凝土承重層的接縫和裂隙處時，將導(dǎo)致該處兩側(cè)因應(yīng)力不均而出現(xiàn)差異性沉降，從而導(dǎo)致對應(yīng)頂面瀝青加鋪層出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使該處的剪應(yīng)力瞬間增大，隨著剪應(yīng)力增大至瀝青混凝土層的極限抗剪強(qiáng)度而導(dǎo)致表層裂縫的出現(xiàn)[7-8]。

2 常規(guī)復(fù)合路面常見病害防治

常規(guī)復(fù)合路面病害防治措施主要從加鋪前舊水泥混凝土路面板處理、改善瀝青加鋪層性能及設(shè)置中間防裂層三方面進(jìn)行[6]。

2.1 加鋪前舊水泥混凝土路面板處理

在對舊混凝土板進(jìn)行上面層加鋪前，通常要對土板的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)查，針對其板底脫空處進(jìn)行壓漿處理，進(jìn)而達(dá)到填充、貼密及改善板底的平整性的目的，增強(qiáng)其抗裂效果[10]。

2.2 改善瀝青加鋪層性能

通常采用增加瀝青層厚度及改善瀝青材料等措施來提高瀝青加鋪層的性能。為防止面層反射裂縫的產(chǎn)生，通常將面層厚度增加至15～25 cm，厚度的增加一方面削弱了底層溫度變化幅度，另一方面增加了結(jié)構(gòu)抗剪剛度[10]。而在材料上面的改進(jìn)主要通過使用改性瀝青或選用在混合料中摻入纖維材料，以增強(qiáng)瀝青面層的抗裂性能。綜合分析可知，前者在增加至一定范圍厚度內(nèi)對瀝青抗裂性提高有效；而后者面臨昂貴的改性費(fèi)用，不經(jīng)濟(jì)。

2.3 設(shè)置中間防裂夾層

通常采用級配碎石、SAMI應(yīng)力吸收層及土工合成材料作為中間層[10]。

常采用較粗顆粒的開級配碎石作為中間層，利用自身較大的孔隙率達(dá)到削弱溫度和行車荷載影響的效果。因其費(fèi)用較高，國內(nèi)未大面積推廣，而在西方發(fā)達(dá)國家運(yùn)用較多。

而SAMI作為一種高韌性、低模量吸收材料，從理論上分析，其能有效吸收應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力，起到較好的防裂效果。但這種軟弱夾層在實際中實施難度大，由于施工等因素的差異，處治效果不穩(wěn)定。

設(shè)計土工合成材料成為了當(dāng)前最為主流的處治方案，其中以土工織物和玻纖格柵為代表，前者利用其低勁度、低模量特點(diǎn)，對層面應(yīng)力起到良好吸收效果；而后者利用其高勁度、高模量特點(diǎn)，對層面的應(yīng)變起到了良好吸收作用，且二者無論在經(jīng)濟(jì)性和有效性方面都具有良好表現(xiàn)。

3 實體工程案例

3.1 工程概況

桂林市環(huán)城南二路位于桂林市象山區(qū)，為城市主干路，水泥混凝土道路，設(shè)計時速50 km/h，道路起于八中十字路口，終于凈瓶山橋西端，標(biāo)準(zhǔn)路段路幅寬50.5 m，六塊板形式，雙向六車道，橫斷面布置為四幅路，機(jī)動車道寬為2×12.25 m，路線全長為2 205.682 m，起點(diǎn)樁號為K0+000，終點(diǎn)樁號為K2+205.682。道路兩側(cè)基本為已建成區(qū)，主要有北斗商區(qū)、德天商業(yè)廣場、廣西城市建設(shè)學(xué)校等。地理位置見圖1。

圖1 工程地理位置圖

該城市道路起初于2016年2月采用“白改黑”加鋪瀝青面層方案進(jìn)行改造，4月份環(huán)城南二路部分路段加鋪的瀝青混合料面層陸續(xù)出現(xiàn)裂縫類病害。

3.2 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測

因本次檢測為復(fù)合路面，即水泥路面上加鋪瀝青路面，為判斷路面產(chǎn)生裂縫的原因，采用落錘式彎沉儀對瀝青路面出現(xiàn)橫向裂縫的位置進(jìn)行路面彎沉檢測，具體方法為橫向裂縫上下各測一次彎沉，檢測結(jié)果見表1。

表1 環(huán)城南二路(K0+700～K2+000)路面彎沉值結(jié)果表

從表1檢測結(jié)果可知，復(fù)合路面左幅二車道路最大彎沉值為126.8(0.01 mm)，為右幅二車道彎沉最大值的2.8倍，最小值為16.8(0.01 mm)，為右幅二車道彎沉最小值的2.2倍，標(biāo)準(zhǔn)差為19.6，為右幅二車道彎沉標(biāo)準(zhǔn)差的2.2倍；反映出左右兩側(cè)車道的彎沉出現(xiàn)明顯的差異性，右幅二車道彎沉明顯大于左幅二車道，由于這種差異性沉降將導(dǎo)致對應(yīng)位置路面出現(xiàn)剪應(yīng)力集中現(xiàn)象，隨行車荷載的反復(fù)作用，當(dāng)集中剪應(yīng)力超過瀝青混凝土加鋪層的抗剪強(qiáng)度時，造成反射裂縫的出現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)場裂縫位置，發(fā)現(xiàn)表層的橫向裂縫位置與舊水泥混凝土底板的橫向接縫位置基本吻合，這也是典型反射裂縫的出現(xiàn)位置。結(jié)合該位置彎沉結(jié)果可知，該處路面承載力能力偏低，主要是因底下舊水泥混凝土路面板整體穩(wěn)定性差，隨溫度應(yīng)力和行車荷載的反復(fù)作用，板縫處過大豎向位移引起較高水平的應(yīng)力集中，使瀝青面層過早地疲勞開裂，若不及時進(jìn)行處理，將引發(fā)更加嚴(yán)重的路面破壞。

3.3 路面內(nèi)部的構(gòu)造和缺陷檢測

為了進(jìn)一步探索瀝青加鋪層、舊水泥混凝土板和二者層間的結(jié)構(gòu)，采用探地雷達(dá)探測路面破損段的地下結(jié)構(gòu)。探地雷達(dá)的工作原理如圖2所示，整理典型雷達(dá)異常圖像見下頁圖3。

圖2 探地雷達(dá)工作原理示意圖

從圖3異常雷達(dá)圖分析可知，左右幅都有脫空、裂隙、不密實、孔洞等病害；左幅較右幅出現(xiàn)的病害更為明顯，多處路面地下介質(zhì)檢測存在脫空、不密實、孔洞情況，這與彎沉檢測的差異性結(jié)果一致。在行車荷載和溫度應(yīng)力的反復(fù)作用下，在這些病害位置極易出現(xiàn)剪應(yīng)力集中的情況，進(jìn)而引發(fā)路表面反射裂縫和路面沉陷的出現(xiàn)。

(a)裂隙

(b)脫空

(c)不密實

(d)孔洞

4 結(jié)語

(1)反射裂縫是常規(guī)路面最為普遍的路面病害，應(yīng)從減小溫度拉應(yīng)力和行車荷載剪切應(yīng)力兩方面來進(jìn)行防治。

(2)針對加鋪前舊水泥混凝土路面處理、改善瀝青加鋪層性能及設(shè)置中間防裂夾層等復(fù)合路面病害的三大防治措施，應(yīng)綜合經(jīng)濟(jì)性、施工可操作性及處治效果等因素進(jìn)行綜合考慮。

(3)由上述分析可知，廣西桂林市環(huán)城南二環(huán)道路加鋪的瀝青混合料面層陸續(xù)出線裂縫類病害主要為反射裂縫，主要因下部舊水泥混凝土板整體穩(wěn)定性差，加之外界溫度應(yīng)力和行車荷載的反復(fù)作用，導(dǎo)致反射裂縫及沉降的產(chǎn)生，其位置主要集中在舊水泥混凝土板的接縫處。建議根據(jù)路面病害的嚴(yán)重程度，采取不同方案處治，針對其板底脫空處進(jìn)行壓漿處理，進(jìn)而達(dá)到填充、貼密及改善板底的整體性的效果；同時，針對較為嚴(yán)重的災(zāi)害部位，考慮對層面鋪設(shè)土工織物夾層，吸收層間的應(yīng)力，恢復(fù)道路各結(jié)構(gòu)層應(yīng)有的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

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