■任曉萍

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004）

福安市縱一線（郭厝塘）至白馬港區(qū)灣塢作業(yè)區(qū)公路為雙向六車道一級(jí)公路， 并兼具市政功能，主要服務(wù)周邊青拓、海利等大型鋼錠、鎳鉻合金生產(chǎn)企業(yè)，大型重載車輛多且超載現(xiàn)象較普遍，導(dǎo)致舊路面病害嚴(yán)重，路用性能下降。 為徹底解決該路段路況較差問題進(jìn)而提高交通服務(wù)水平、提升灣塢鎮(zhèn)區(qū)形象、帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，亟需對(duì)該路段路面進(jìn)行改造。 前期改造段落為站前路至半嶼隧道口段，路線總長(zhǎng)約5.2 km，采用舊水泥砼路面“白加黑”提升改造方案。

“白加黑”改造充分利用了舊路面剩余強(qiáng)度，在降低工程造價(jià)的同時(shí)[1]，還能加快施工進(jìn)度，較少封閉交通，將對(duì)周邊居民出行、企業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境的影響降到最低，是舊水泥路面提升改造設(shè)計(jì)的首選方案， 改造后既能達(dá)到消除病害和運(yùn)營(yíng)使用要求，又能起到降噪和提升道路形象作用。

1 “白加黑”路面抗反射裂縫設(shè)計(jì)

由于舊水泥路面本身存在接縫以及運(yùn)營(yíng)過程車輛荷載導(dǎo)致不同程度的縱橫向裂縫、斷板、啃邊和錯(cuò)臺(tái)等病害，使瀝青砼加鋪層處于復(fù)雜的受力狀態(tài)，當(dāng)超過瀝青砼的強(qiáng)度時(shí)，便出現(xiàn)反射裂縫。 因此，“白加黑”路面的關(guān)鍵在于防治反射裂縫。 而減緩反射裂縫的重要措施之一，就是在舊水泥面板和瀝青加鋪層間設(shè)置抗反射裂縫夾層材料，以改善應(yīng)力分布，提高抗變形能力，減緩反射裂縫。 在確定抗反射裂縫夾層材料之前應(yīng)進(jìn)行舊水泥路面交通量分析、路面病害狀況評(píng)定等基礎(chǔ)資料調(diào)查，以選擇性能良好且造價(jià)相對(duì)合理的材料。

2 基礎(chǔ)資料調(diào)查

2.1 交通量分析

根據(jù)交通量預(yù)測(cè)分析，本項(xiàng)目大型貨車、拖掛車比例較大，經(jīng)計(jì)算，道路荷載等級(jí)屬特重交通。

2.2 舊路面結(jié)構(gòu)調(diào)查

舊水泥砼路面結(jié)構(gòu)為24 cm 水泥砼面板+1 cm瀝青封層+20 cm5%水泥穩(wěn)定碎石+15 cm 填隙碎石。 對(duì)舊路面行車道進(jìn)行鉆芯取樣，具體情況如下:（1）路面面層平均厚度為23.93 cm，基層水泥穩(wěn)定碎石平均厚度為20.7 cm， 基本與原設(shè)計(jì)相符合。（2）水泥砼強(qiáng)度：抗壓強(qiáng)度平均值為41.95 MPa，略小于設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度42 MPa； 彎拉強(qiáng)度平均值為5.31 MPa，大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度5.0 MPa，基本與原設(shè)計(jì)相符合。

2.3 路表彎沉檢測(cè)

平均彎沉為15.3 (0.01 mm)，接縫傳荷系數(shù)約為68%，評(píng)價(jià)等級(jí)為中；板底脫空比率為27.2%，部分路段板底脫空較為嚴(yán)重，雨天多有唧漿，存在水損害。

2.4 路面破損狀況評(píng)定

水泥砼路面平均錯(cuò)臺(tái)量上行7.7 mm， 下行8.5 mm，雙向8.1 mm，損壞狀況評(píng)定等級(jí)為次；斷板率上行12.95%，下行16.28%，雙向平均14.6%，損壞狀況評(píng)定等級(jí)為次。

根據(jù)上述調(diào)查結(jié)果，該路段已運(yùn)營(yíng)多年，路面結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，雖多次進(jìn)行零星修補(bǔ)、裂縫修復(fù)處治， 但長(zhǎng)期在大型超載和重載貨車荷載作用下，舊水泥砼路面存在不少病害（圖1、圖2），須將病害處治到位后再加鋪瀝青罩面。

圖1 橫向裂縫嚴(yán)重

圖2 縱縫錯(cuò)臺(tái)、啃邊嚴(yán)重

3 水泥路面“白加黑”抗反射裂縫方案

根據(jù)舊路面狀況評(píng)定結(jié)果，擬采用加鋪厚度不小于10 cm 的SBS 改性瀝青砼罩面， 采取合理、有效和經(jīng)濟(jì)的減緩反射裂縫措施是本工程成功關(guān)鍵所在。

由于受道路兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道、人行道和周邊企業(yè)、商鋪標(biāo)高限制，機(jī)動(dòng)車道路面加鋪厚度也被限制在12 cm 以內(nèi)，無法采用增加瀝青層厚度或用大粒徑瀝青碎石的方式減緩反射裂縫，而混合料摻加改性劑后導(dǎo)致造價(jià)顯著增加，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度考慮擬采用設(shè)置應(yīng)力吸收層措施。

4 抗反射裂縫材料選擇

在加鋪層厚度受到限制的情況下，抗反射裂縫夾層材料主要考慮橡膠瀝青應(yīng)力吸收層、格柵和無紡?fù)凉げ既?，其材料特性和抗反射裂縫效果差異較大。

4.1 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層

橡膠瀝青使用廢棄輪胎，節(jié)能、環(huán)保，具有較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性， 目前在道路工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛，如作為應(yīng)力吸收層和瀝青混合料的組成部分。 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層是由橡膠瀝青層上撒布石料后，經(jīng)嵌擠碾壓而形成的一種具有結(jié)構(gòu)性支撐的碎石封層路面，厚度一般不超過2.5 cm。 其主要性能特點(diǎn)如下：（1）彈性和變形能力強(qiáng)，鋪設(shè)于水泥砼路面上能部分吸收水泥砼面板傳遞的彎拉應(yīng)力、 剪切應(yīng)力，提高路面抗反射裂縫的能力。 （2）粘結(jié)力較強(qiáng)，使瀝青鋪裝層與舊路面形成一個(gè)整體并共同受力，提高路面使用壽命[2]。 （3）橡膠瀝青所占比例較大，應(yīng)力吸收層表面會(huì)形成瀝青膜，阻隔路表水下滲，起到封層作用，減少路面水損害。 同時(shí)，攤鋪瀝青罩面層時(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)讓應(yīng)力吸收層表面二次融化，填充層間間隙，使得層間結(jié)合更加緊密，抗水損害性能更佳。

4.2 土工織物

土工織物是包括聚丙烯、聚酯和聚胺等。 土工織物具有分散接縫、裂縫處的荷載應(yīng)力，但由于自身強(qiáng)度較低，抗剪切性能一般，適用于舊水泥路面整體評(píng)定指標(biāo)優(yōu)良的情況，而對(duì)于類似本工程這種綜合評(píng)定指數(shù)較差的項(xiàng)目，并不適用。

4.3 格柵

格柵種類眾多，主要材質(zhì)有金屬類、聚酯類和玻纖類等。 以玻纖格柵為例，其具有耐腐蝕、抗疲勞、高強(qiáng)度、施工方便等特點(diǎn)，但降低加鋪層的荷載應(yīng)力方面不如橡膠瀝青應(yīng)力吸收層，雖然比土工織物強(qiáng)一些，但其不具備防水功能，當(dāng)雨季路表滲水、地下水位較高或毛細(xì)水上升時(shí)，無法對(duì)瀝青加鋪層起到隔離和保護(hù)作用，而本項(xiàng)目處于南方沿海多雨環(huán)境，故格柵類材料不適用于本項(xiàng)目。

綜上所述，從長(zhǎng)遠(yuǎn)效果來看，設(shè)置橡膠瀝青應(yīng)力吸收層是“白加黑”路面抗反射裂縫的理想方案。

5 原材料要求

5.1 膠粉

由于應(yīng)力吸收層厚度較薄，故采用I 類膠粉，膠粉細(xì)度為25 目。 膠粉應(yīng)粒度均勻，不含有害雜質(zhì)。膠粉摻量應(yīng)適度，摻量過多導(dǎo)致橡膠瀝青粘度過大造成攪拌困難，使膠粉無法與瀝青充分、有效反應(yīng)[3]。膠粉在瀝青中的摻比（質(zhì)量比）一般為19%～22%，超過22%時(shí)繼續(xù)增加摻量，其指標(biāo)值改善效果已經(jīng)不明顯。

5.2 集料

采用石質(zhì)堅(jiān)硬、無風(fēng)化顆粒的堿性碎石，應(yīng)按規(guī)格進(jìn)行篩分，一般采用單一粒徑的粗集料，其粒徑為9.5～13.2 mm。

5.3 基質(zhì)瀝青

用于撒布時(shí)， 一般采用80～100 （0.01 mm）和150～200（0.01 mm）兩種針入度界別的基質(zhì)瀝青[4]，從項(xiàng)目所處氣候區(qū)域特性考慮，采用70 號(hào)瀝青。

5.4 橡膠瀝青

橡膠瀝青通過在基質(zhì)瀝青中添加一定比例的橡膠粉，在高速剪切機(jī)中拌合而成。 制備前，應(yīng)先對(duì)基質(zhì)瀝青預(yù)熱， 膠結(jié)料反應(yīng)時(shí)間控制在45 min 以上，且反應(yīng)過程必須不斷攪拌。

6 應(yīng)力吸收層厚度和配合比設(shè)計(jì)

應(yīng)力吸收層的合理厚度0.5～2.5 cm， 因其模量較小，當(dāng)厚度增大到一定程度后，反而會(huì)增加瀝青面層底面應(yīng)力[5]，使得面層底部的彎拉應(yīng)力過大而產(chǎn)生反射裂縫，應(yīng)力吸收層的合理厚度取決于其所需發(fā)揮的作用大小以及采用的碎石粒徑，既可延緩反射裂縫又兼顧經(jīng)濟(jì)性，綜合考慮后，本工程采用厚1.5 cm 的應(yīng)力吸收層。

橡膠瀝青和集料作為橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的主要組成材料，只有合理組合才能最大限度地發(fā)揮其性能，因此對(duì)橡膠瀝青撒布量、碎石撒布量以及碎石與瀝青的粘附性通過試驗(yàn)對(duì)比研究。

試驗(yàn)采用車轍試模制作水泥砼試件，在溫度為（25±2）℃、濕度為95%條件下養(yǎng)護(hù)7 d，試塊表面烘干后灑布橡膠瀝青， 再撒布已采用0.4%油石比預(yù)裹的碎石，最后加鋪瀝青面層，碾壓成型，試件結(jié)構(gòu)組合:4 cm 水泥砼+1 cm 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層+6 cm改性瀝青砼AC-13C，之后進(jìn)行剪切試驗(yàn)，剪切實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用MTS 綜合實(shí)驗(yàn)機(jī)，如圖3 所示，并建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ停▓D4）。

圖3 剪切實(shí)驗(yàn)MTS 綜合試驗(yàn)機(jī)

圖4 剪切實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

6.1 橡膠瀝青撒布量

橡膠瀝青撒布量對(duì)舊水泥路面加鋪層抗反射裂縫起到重要的影響。 撒布量應(yīng)控制得當(dāng)，撒布過多會(huì)泛油，影響防裂效果；過少則瀝青無法充分包裹碎石，導(dǎo)致應(yīng)力吸收層與瀝青加鋪層無法形成有效粘結(jié)，造成應(yīng)力吸收層在復(fù)雜的車輛荷載和路面滲水雙重作用下，產(chǎn)生松散、推移等病害。 試驗(yàn)參數(shù)選擇：橡膠瀝青撒布量范圍為1.5～3.0 kg/m2，碎石撒布量均為13.5 kg/m2（圖5）。試驗(yàn)表明， 瀝青灑布量在2.3～2.5 kg/m2區(qū)間時(shí)，應(yīng)力吸收層的抗剪切強(qiáng)度相對(duì)較高。

圖5 橡膠瀝青撒布量與剪切強(qiáng)度關(guān)系圖

6.2 碎石的撒布量

碎石的撒布量與瀝青撒布量相關(guān)，碎石撒布量合理與否對(duì)提高應(yīng)力吸收層的防裂性能具有重要意義[6]。 碎石撒布量過少則無法與橡膠瀝青形成嵌鎖支撐結(jié)構(gòu)，應(yīng)力吸收層強(qiáng)度不足，降低防裂效果。試驗(yàn)參數(shù)選擇：碎石撒布量范圍為8～18 kg/m2，橡膠瀝青撒布量均為2.4 kg/m2（圖6）。

圖6 碎石撒布量與剪切強(qiáng)度關(guān)系圖

試驗(yàn)表明， 碎石撒布量在12～16 kg/m2時(shí)剪切強(qiáng)度相對(duì)較高。

6.3 碎石與瀝青的粘附性

不同等級(jí)粘附性的石料與瀝青的粘結(jié)性差別很大， 由于撒布型應(yīng)力吸收層基本沒有細(xì)集料填充，瀝青與集料的粘結(jié)力對(duì)其性能的發(fā)揮起到重要作用，因此選擇具有優(yōu)良粘附性石料也是提高應(yīng)力吸收層抗剪切性能的重要措施。

為此，在室內(nèi)對(duì)不同粘附性等級(jí)的碎石制成的應(yīng)力吸收層試件分別進(jìn)行抗剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)瀝青及碎石撒布量固定，選取5 種不同粘附性等級(jí)的碎石進(jìn)行剪切試驗(yàn)，結(jié)果見圖7。

圖7 碎石粘附性與剪切強(qiáng)度關(guān)系圖

試驗(yàn)表明，當(dāng)碎石與瀝青的粘附性達(dá)到3 級(jí)以上時(shí)， 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層抗剪切強(qiáng)度明顯提高，而4 級(jí)和5 級(jí)的抗剪強(qiáng)度增加不明顯，因此建議應(yīng)力吸收層采用粘附性等級(jí)不小于3 級(jí)的碎石。

7 性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

目前評(píng)價(jià)橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的性能指標(biāo)，主要有抗疲勞性能和抗剪切性能[7]。 由于水泥砼面板受溫度變化影響而在接縫位置伸縮或由于路床壓縮變形以及裂縫、接縫處錯(cuò)臺(tái)，在車輛荷載反復(fù)作用下，接縫或裂縫位置的集中應(yīng)力對(duì)應(yīng)力吸收層產(chǎn)生疲勞和剪切破壞，抗疲勞性能一般采用小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，抗剪切效果一般采用剪切試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

8 施工工藝及注意事項(xiàng)

（1）施工前應(yīng)對(duì)舊水泥砼路面病害進(jìn)行處治：板底脫空須灌注水泥漿； 錯(cuò)臺(tái)量超過5 mm 時(shí)采用磨平機(jī)磨平，超過10 mm 更換較低面板；縱、橫向裂縫灌縫處理；啃邊、掉角填補(bǔ)修復(fù)；網(wǎng)裂或沉陷的面板應(yīng)更換。 病害處治到位后對(duì)面板表面進(jìn)行拋丸，清除舊路面層薄弱層和污染物等， 避免二次污染，確保下承層干燥。 （2）預(yù)拌碎石：碎石必須加熱到一定溫度才能保證與瀝青良好粘結(jié)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般控制在150～170℃， 并采用0.4%～0.6%的基質(zhì)瀝青進(jìn)行預(yù)裹。 （3）撒布橡膠瀝青：一般采用碎石同步封層車撒布橡膠瀝青，撒布均勻，撒布時(shí)溫度不得低于16℃、風(fēng)速以不影響撒布效果為宜。 （4）撒布碎石：碎石應(yīng)緊隨橡膠瀝青后撒布，避免瀝青溫度降低導(dǎo)致碎石嵌入橡膠瀝青層影響粘結(jié)質(zhì)量。 碎石撒布應(yīng)試撒確定，以均勻、不散失、不重疊為宜，局部漏灑時(shí)應(yīng)立即人工補(bǔ)撒。 （5）碾壓：應(yīng)使用膠輪壓路機(jī)（25 T 以上）進(jìn)行碾壓，并在碎石撒布后立即進(jìn)行碾壓作業(yè)，且盡可能緊隨碎石撒布機(jī)。 （6）清掃：碾壓后應(yīng)檢查應(yīng)力吸收層表面，若發(fā)現(xiàn)有松散碎石集結(jié)現(xiàn)象或雜物粘附，應(yīng)清掃除掉，以提高應(yīng)力吸收層與瀝青加鋪層的粘結(jié)強(qiáng)度。

9 改造后效果

本工程于2020 年10 月通過驗(yàn)收并通車，改造后的道路行車舒服性和安全性得到大幅度提高。 項(xiàng)目改造通車運(yùn)行將近1 年，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，僅涵洞臺(tái)背出現(xiàn)零星的輕微裂縫，沒有其他病害產(chǎn)生，路況良好。

10 結(jié)語

根據(jù)“白加黑”路面工程特點(diǎn)和抗反射裂縫材料的對(duì)比分析，結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，得出如下結(jié)論：（1）應(yīng)力吸收層材料設(shè)計(jì)前，應(yīng)了解項(xiàng)目所處區(qū)域氣候特點(diǎn)，對(duì)舊路面損壞狀況進(jìn)行全面調(diào)查、評(píng)定，對(duì)交通量進(jìn)行分析，以便選擇一種經(jīng)濟(jì)合理的抗反射裂縫材料。 （2）橡膠瀝青各項(xiàng)指標(biāo)受膠粉摻量影響，但摻量與性能并非成正比關(guān)系，具體摻量應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用要求控制在合理范圍，摻比（質(zhì)量比）一般為19%～22%。 （3）橡膠瀝青應(yīng)力吸收層厚度決定了碎石粒徑、橡膠瀝青撒布量和碎石撒布量，撒布量應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和工程應(yīng)用相互驗(yàn)證，一般橡膠瀝青撒布量控制在2.3～2.5 kg/m2， 碎石撒布量控制在12～16 kg/m2， 采用粘附性等級(jí)不小于3 級(jí)的碎石。 （4）原材料、配合比等不同設(shè)計(jì)參數(shù)影響應(yīng)力吸收層在工程的應(yīng)用效果，碎石天然粘附性、基質(zhì)瀝青類型、施工時(shí)質(zhì)量控制非常重要，必須注重各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)和施工質(zhì)量的雙重把控。 （5）工程實(shí)踐證明，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層已被工程運(yùn)用證實(shí)具有高溫穩(wěn)定性好、彈性變形及恢復(fù)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是延緩“白加黑”路面反射裂縫發(fā)展的理想材料。