水泥路面“白改黑”的防裂技术

李光明：水泥路面“白改黑”的防裂技术　水泥路面“白改黑”的防裂技术　李光明　（中铁二院工程集团有限责任公司，成都６１００３１）　摘要：为解决旧水泥混凝土路面“白改黑”加铺沥青面层的防反射裂缝技术问题，以提高道　路的行驶舒适性，文中在分析反射裂缝的形成机理、各种抗反射裂缝措施的特点及加铺层底的荷载、　温度应力及经济成本的基础上，指出：旧水泥路面与加铺层间设置夹层的方法对改善加铺层受力状态　作用明显；而ＳＡＭＩ橡胶应力吸收层的技术经济和环保效果最佳；在旧路破坏严重的情况下，共振破　碎技术不失为一种较好的施工方法。　关键词：复合式路面；反射裂缝；橡胶沥青应力吸收层；共振破碎；环保　中图分类号：Ｕ４１６．２６　文献标志码：Ａ　文章编号：１００３—８８２５（２０１０）０５—０２１７—０３　０　引言　员对反射裂缝产生的机理进行了大量的理论分析和研　自上世纪９０年代以来，我国水泥混凝土路面发　究　。认为反射裂缝的形成原因主要是水泥混凝土　展极为迅速，由于建设数量的逐年增加和使用年限的　路面接缝处的行车荷载和温度应力两种作用的结果。　增长，需要维修和改造的旧水泥路面越来越多。随着　反射裂缝往往产生在水泥混凝土面板接缝、裂缝　人们对道路行驶舒适性要求的提高，将路面“黑色　对应位置处，由于接缝、裂缝的存在使旧水泥混凝土　化”已成为一种趋势。水泥路面“黑色化”即在旧　路面作为基层的整体强度降低，由于温度变化和车辆　水泥路面上加铺沥青混凝土面层而成一种复合式路　荷载单个或共同作用，使沥青加铺层产生了较大的拉　面。复合式路面兼具柔性路面行驶舒适和刚性路面承　应力、剪应力及二者的复合应力，沥青加铺层处于复　载能力大的双重优点，它常常成为旧路改造的首选结　杂的三维应力状态。路面在汽车荷载作用下，接缝、　构形式。然而，复合式路面仍然存在反射裂缝、沥青　裂缝处形成较大的弯拉应力和剪应力，使得两侧混凝　与水泥混凝土面层粘结不牢等问题。尤其是反射裂缝　土板在垂直方向产生相对位移；同时，由于外界温度　问题已得到工程界的普遍关注。　和湿度的循环变化，引起混凝土板反复胀缩，产生水　平方向的位移，从而使沥青加铺层在接缝和裂缝处承　１反射裂缝形成机理　受巨大的剪、拉应力，一旦超出沥青混凝土的容许　上世纪７０年代以来，国内外学者和工程技术人　值，就会在沥青加铺层底部产生细小裂缝，在路面下　渗水、温湿度变化等外部因素作用下，裂缝不断向上　收稿日期：２０１０—０４—２１　作者简介：李光明（１９７０一），女，四川泸州人。高级工程师，注　发展，最终导致整个结构层破坏。　册岩土工程师，注册（投资）咨询工程师，长期从事　路基、路面设计工作。Ｅ－ｍａｉｌ：１９１３０４５２０＠ｑｑ．　。　。　２　抗反射裂缝措施　。一　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｒｏｕｔｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｉｌｔ　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｄｉｓｅａｓｅｓ　ＴＩＡＮ　Ｈｏｎｇ—ｔｕ　（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００５２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｏｆ　ｓｉｌｔ　ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｄｉｓｅａｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｌｉｎｅｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｔｏ　ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｉｓｅａｓｅｓ．　Ｉｔ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｉｔｅ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｇｒｅａｔｌｙ　ａｎｄ　ｉｓ　ｓｔａｂｌｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｉｎ　ｆｌｏｏｄ　ｒｅａｓｏｎ．Ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ｓａｆｅ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｉｌｔ　ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｄｉｓｅａｓｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｌｉｎｅｓ；ｓｕｂｇｒａｄｅ；ｓｉｌｔ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ　路基工程　・２１８・　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１０年第５期（总第１５２期）　２．１玻纤格栅　形和碎石的转动，削减和吸收由水泥混凝土板在接缝　或裂缝处的相对位移引起的沥青层的应力或应变，达　到预防或延缓反射裂缝的作用。同时具有优良的防水　效果，可有效防止水分进入基层，损坏路基。　南非最早应用ＳＡＭＩ应力吸收层的一个旧路改造　玻纤格栅是经过特殊涂复处理而形成的新型优良　土工基材，具有抗拉强度高、延伸率低、无蠕变、与　沥青混合料相容性较好以及物理化学性能稳定、耐高　温、嵌锁与限制作用好等特点，能均匀地传递荷载，　并将反射裂缝应力由垂直方向转为水平方向。玻纤格　项目，建于１９８７年，至２００３年调查时已承受１７年　的交通荷载，仍然保持良好的运营状态。国内广西南　宁至百色高速公路、重庆巫山、忠县等城市道路路面　栅应用于沥青加铺层中，可增强其整体抗拉强度，有　效改善路面结构应力分布，提高加铺层的抗拉和抗剪　能力，达到抵抗延缓反射裂缝的目的，延长路面使用　寿命。但玻纤格栅使用时要注意选材和施工质量，如　使用不当能造成层间脱离，影响加铺层路用性能。　２．２土工布　土工布是一种采用特殊的挤压和定向拉伸技术加　工而成用于防反射裂缝的土工合成材料—～聚乙烯土　工布、聚脂针刺无纺土工布等。它具有较高的拉伸模　量和抗拉强度，膨胀系数低、尺寸稳定性好。因此，　土工布的作用原理同玻纤格栅。同时土工布热稳定性　好，不易收缩和起皱，有较强的沥青浸渍能力，与粘　层油结合后形成一个理想的防渗保温层，并使旧水泥　混凝土路面与加铺层有机结合成整体，有效减缓反射　裂缝的产生。但土工布同玻纤格栅一样，仍存在使用　不当有可能造成层问脱离问题，加铺沥青面层时容易　被碾压车轮带起，施工质量不易保证。　２．３　ＳＴＲＡＴＡ应力吸收层　ＳＴＲＡＴＡ应力吸收层是美国的专利技术，它是由　一定级配的细集料和特殊改性沥青组成的沥青混合　料。其作用原理是利用高弹性聚合物材料吸收水泥混　凝土板温度应力和行车荷载应力，同时消散水平和竖　向位移，具有粘弹性高、抗疲劳抗塑性变形能力强、　密实、不透水等特点，可以防止路面水下渗入基层使　其软化，从而延长路面服务寿命。ＳＴＲＡＴＡ应力吸收　层需有一定的厚度（２～４　ｃｍ），否则难起到抵抗反射　裂缝的作用，但过厚易引起热稳性病害，出现泛油现　象。ＳＴＲＡＴＡ应力吸收层细集料含量高，油石比大，　改性沥青粘度高，施工拌和较困难，施工温度控制是　质量控制的关键。ＳＴＲＡＴＡ应力吸收层为科氏专利，　由于其技术保密性，往往给设计施工带来不便。　２．４　ＳＡＭＩ橡胶沥青应力吸收层　橡胶沥青吸收层是在水泥混凝土面板上洒布一层　橡胶沥青，然后撒布等粒径的预拌沥青碎石，通过轮　胎压路机适度碾压而形成的一个界面功能层。它具有　四个重要特点：①等粒径碎石确保沥青层具有良好的　基础支承，保持较为有利的受力状态；②较厚的橡胶　沥青在水泥混凝土板表面形成一个连续的有效防渗沥　青膜；③水泥混凝土板上洒布的橡胶沥青具有一定厚　度，橡胶沥青弹性恢复率大，保证了加铺层与水泥混　凝土板之间存在一定的相对水平位移余量；④碎石颗　粒具有一定的转动能力，可以削减传到沥青层底面的　应力。因此ＳＡＭＩ的作用机理是在保持沥青层受力状　态良好的前提下，通过较厚的界面橡胶膜水平剪切变　改造中已采用ＳＡＭＩ应力吸收层，使用效果均较好。　２．５旧路碎石化　旧路碎石化即为彻底解决旧水泥混凝土面板对新　加铺面层的致命影响，将旧水泥混凝土面板彻底打　碎，完全消除原有路面病害，将打碎后的混凝土碾压　作为基层或底基层，再加铺沥青面层。旧路碎石化不　但解决了旧路面改造的质量问题，而且节约了路基填　料，同时也解决了丢弃水泥碎块垃圾的环保问题。传　统使用大型多锤式破碎机和冲击式压实破碎机，对路　面的冲击能量非常大，直接影响了原有路基的强度，　两侧路基构造物及其下的管线设施和周围振动敏感型　建筑物等也会造成直接影响。目前逐渐推广的美国　ＲＭＩ共振破碎专利技术克服了上述重锤冲击式破碎法　的不足，破碎深度可控制，不冲击路基，可保证路基　下的管线设施完好无损，并可使钢筋混凝土中的钢筋　完全与混凝土剥离，振动噪音小，施工效率高。共振　破碎路面上的加铺层厚度一般要求不小于１５　ｃｍ，因　此对某些受构造物或道路两侧建筑标高、道路净空控　制的工程往往因加铺层厚度受限而影响其使用。同时　共振破碎为美国ＲＭＩ专利产品，其施工机械为专用　机械，机械转运不便且费用较高，对改造面积不大的　工程实际施工成本较高，不经济。　２．６沥青碎石过渡层　沥青类稳定碎石由于抗疲劳性能好，对于车辆荷　载作用产生的疲劳损伤有一定的自愈能力，可在一定　程度上削减旧水泥路面的反射裂缝，同时具有一定渗　透性，在功能上起到排水作用，从而提高路面使用性　能，延长使用寿命。沥青碎石层应满足其相应粒径要　求的最小施工压实厚度，其上一般仍需１０　ｃｍ左右的　沥青混凝土加铺层，因此其使用对因受构造物或道路　两侧建筑标高或道路净空控制的路段有局限性。　３技术经济分析　３．１荷载及温度应力分析　在此借鉴江苏省南京科学研究院对几种典型防裂　措施的应力分析研究结果，仅以ＳＡＭＩ作代表进行分　析（ＳＴＲＡＴＡ与ＳＡＭＩ橡胶应力吸收层的结构受力原　理类似）。另外，由于旧路碎石化完全消除了既有水　泥路面存在的病害，它一般适用于既有水泥路面破坏　较严重的情况，因此应力分析中未提及。　加铺层底荷载应力见图１，面层底部裂缝处最大　拉应力一降温速率见图２。　李光明：水泥路面“白改黑”的防裂技术　・２１９・　１．２　约为设置ＳＡＭＩ橡胶应力吸收层后的１．９倍，设置土　１・０　工布和玻纤格栅差别不大，沥青面层底部水泥路面裂　０．８　缝处的温度应力由大到小依次为：未处治前一土工布　芝０．６　一－Ｒ　０最大主应力　一玻纤格栅一ｓＡＭＩ橡胶应力吸收层。　．４　一拉应力　０．２　一最大剪应力　３．２经济分析　０　根据目前的市场情况，土工布和玻纤格栅市场价　夹　布夹格栅夹　碎石　层　层夹层层层　格较低，约８～１２　ｉｎ　；ＳＴＲＡＴＡ应力吸收层约５０　防裂措施　～６０　ｉｎ　（一般要求２．５　ｃｍ厚），ＳＡＭＩ橡胶应力　图１　加铺层底荷载应力　吸收层（１　ｃｍ厚）２５～３０　ｉｎ　；碎石化（普通冲　击破碎约２５～３０　ｎｉ　，共振破碎为５０～６０　ｎｉ　）；　沥青碎石（厚８　ｃｍ）为５０～６０　ｎｉ　。由此可见，　面１－４　皇１．２　土工布和玻纤格栅的经济性较好，其次是ＳＡＭＩ应力　１．０　０．８　吸收层。ＳＴＲＡＴＡ应力吸收层、沥青碎石层与共振破　一未处治前　辩　一设置土工布　碎价格相差不大。　一设置玻纤格栅层　一啮０．２　设置ｓＡＭＩ层　喧０　４结论　温降速率　Ｃ・ｈ　）　（１）对旧水泥混凝土路面的几种常用防裂措施　图２面层底部裂缝处最大拉应力一降温速率　中，虽然土工布和玻纤格栅的经济性较好，但设置土　工夹层措施后加铺层底的荷载温度应力仍较大，对抗　由图１可见，在车辆荷载作用下，既有水泥路　反射裂缝效果不很明显。在明显减少加铺沥青面层底　面加铺沥青层下不设防裂措施时其最大主应力、拉应　面裂缝处的荷载和温度应力的防裂措施中，尤以沥青　力、最大剪应力最大，设置土工布、玻纤格栅或　碎石过渡层和ＳＡＭＩ橡胶应力吸收层效果最佳。　ＳＡＭＩ橡胶应力吸收层后应力下降较快，既有水泥路　（２）在既有路面损坏不严重时，以ＳＡＭＩ橡胶应　面顶面设置沥青碎石层后层底各项应力减少到最小，　力吸收层效果最佳。共振破碎技术对旧路破坏严重的　未设置防裂措施前加铺层底最大主应力和拉应力是设　大面积改造工程，不失为一种环保有效的较好方法。　置土工布或玻纤格栅的２．０倍，是ＳＡＭＩ橡胶应力吸收　层的３．０倍，是设置沥青碎石层的４．０倍；剪应力差别　参考文献：　不太大，未设置前的剪应力约是设置ＳＡＭＩ橡胶应力吸　［１］郑元骅．沥青加铺层反射裂缝产生的原因及防止措施［Ｊ］．山西建筑，　收层和沥青碎石层后的１．５倍。由此可见设置应力吸　２００７（７）　收层能明显减少加铺层底的荷载应力，其优越性依次　［２］吴金荣，戚亮．水稳基层沥青路面反射裂缝的研究现状综述［Ｊ］．路　基工程，２００９（２）．　为沥青碎石一ｓＡＭＩ橡胶应力吸收层一玻纤格栅一土　［３］王旭东，李美江，路凯冀．橡胶沥青及混凝土应用成套技术［Ｍ］．北　工布。　京：人民交通出版社，２００８．　由图２可见：随着路面降温速率增加，沥青面层　［４］赵可．水泥混凝土路面大修改造技术［Ｊ］．交通大学学报（自然科学　底部因温度变化而产生的最大拉应力均增大，但其中　版），２００８（１２）．　［５］ＪＴＧ　Ｆ４０—２００４，公路沥青路面施工技术规范［Ｓ］．　未设置防裂措施前面层底部裂缝处的温度应力最大，　Ｃｒａｃｋ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ”Ｗｈｉｔｅ（Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）－ｔｏ－Ｂｌａｃｋ（Ａｓｐｈａｌｔ）¨ｏｎ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　ＬＩ　Ｇｕａｎｇ—ｍｉｎｇ　（Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｒｙｕａｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｃｒａｃｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｏｌｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ”ｗｈｉｌｅ　（ｃｏｎｃｒｅｔｅ）ｔｏ　ｂｌａｃｋ（ａｓｐｈａｌｔ）”ａｓｐｈａｌｔ　ｏｖｅｒｌａｙ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｃｏｍｆｏｒｔ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｏｉｌ　ｃｅｍｅｎｔ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｓｐｈａｌｔ　ｏｖｅｒｌａｙ　ｈａｓ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｎ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｏｖｅｒｌａｙ　ｓｔｒｅｓｓ　ｓｔａｔｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｃｒａｃｋ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓ—　ｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｏａｄ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｏｖｅｒｌａｙ．ＳＡＭＩ　ｒｕｂｂｅｒ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｂｓｏｒｂｉｎｇ　ｌａｙｅｒ　ｒｅ—　ｃｅｉｖｅｓ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｎ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｉｎ　ｃａｓｅ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒｅ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ｏｌｄ　ｐａｖｅｍｅｎｔ，ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｃｒｕｓｈｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｒｅｍａｉｎｓ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ；ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｃｒａｃｋ；ｒｕｂｂｅｒ　ａｓｐｈａｌｔ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｂｓｏｒｂｉｎｇ　ｌａｙｅｒ；ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｃｒｕｓｈ．　ｉｎｇ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ