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混凝土路面沥青加铺层技术

发布时间:2019/10/8  新闻类别:施工流程 点击次数:20
 

混凝土路面沥青加铺层技术是在众多城市道路维护改造技术中应用较为广泛的技术之一,国内外相关经验表明,在旧水泥混凝土路面上加铺沥青层,能较充分地利用原有路面的剩余结构强度,而沥青面层能极大地提高道路行驶质量,甚至延长道路的使用寿命,是一种较理想的旧水泥混凝土路面破损处治方式。


关键技术要点


原水泥混凝土路面状况调查及评价


对原水泥混凝土路面的进行充分调查与客观评价是合理设计与决策工作的先决条件,对方案的成败起着至关重要的作用,完整的调查应包括以下几方面:


(1)路面材料和养护技术资料、路面损害状况;(2)损坏类型、轻重程度、范围及修补措施;(3)路面结构强度:路表弯沉、接缝荷载能力、板底脱空状况、面层厚度和混凝土强度;(4)交通荷载和预计交通量;(5)环境条件:沿线气候条件、地下水位及路基路面排水状况。


评价重点考察路面损坏状况分级、承载力、接缝传荷能力、板底脱空状况。路面损坏状况分级可通过统计断板率和平均错台量来判定,分为优良、中、次、差;承载能力、接缝传荷能力通过弯沉测试来判定,分为优良、中、次、差;板底脱空判定方法:单点弯沉值(大于0.2mm评定为脱空)、弯沉差(大于0.06mm评定为脱空)、目测观察来判断、地质雷达。评价的结果直接关系整个工程的造价与方案的设计,须认真对待,做足工作。


原水泥混凝土路面病害处治


原水泥路面病害处治质量的好坏将直接影响到加铺后路面的使用寿命,目前国内外的处治方法主要有两大类:一是对现有路面各类病害分别制定相应的处治措施,处治之后再铺设面层;二是将混凝土板块打裂或破碎,用重型压路机对破碎的板碾压,作为新建路面的基层或底基层。对于后一种方式,其结构与性能更接近于新建道路,国内外均有不少成功应用案例,其典型代表如碎石化技术等。但是在城市道路上实施的改造工程通常受到诸多限制,如标高、复杂管线、居民区众多、环境压力大等,通常不大可能具备实施第二种方式的加铺层方案的条件,更多的选择对原路面进行分类病害处治,再加铺沥青面层方案。


对旧路面进行综合处治后应达到标准目前规范尚无明确统一的标准,主要是参照国外计算方法及相关工程经验来确定,目前主要采用的控制指标为处治后混凝土板弯拉强度、单点弯沉、截距、相邻板弯沉差等。


沥青加铺层厚度的确定


一般来说沥青面层厚度越大对反射裂缝越不敏感,因为较厚的沥青面层可以减小原混凝土面板的温缩应力,同时反射裂缝通过较厚的沥青面层需要较长的时间。但沥青面层过厚不仅经济性较差,还可能带来其它诸如车辙等问题,且根据国内外的研究资料来看,仅仅依靠增加罩面层厚度来防治反射裂缝的并不是明智的选择。


目前我国规范尚未明确“白改黑”加铺层厚度的计算方法,而是规定根据具体道路等级、交通量等的实际状况,在处理好原路面病害的基础上,结合经验确定,实际操作时基本是参照国外的计算方法结合经验来确定,目前主要参照的计算方法有:ARE(AustinResearch Engineers)法、AI(美国地沥青学会)法、)AASHTO法、)加州大学Berkeley分校的设计方法、COE法。其中AASHTO是较为完善经验设计法,以新建水泥混凝土路面设计方程为基础,考虑旧路面的剩余寿命,对影响路面使用性能的其他因素也作了较全面的考虑,并引入了可靠度的概念,概念明确,易于操作。


我国相关规范给出了加铺层最小厚度值:《城市道路养护技术规范》(CJJ36-2006)规定在水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土的厚度不得小于80mm;《城镇道路路面设计规范》(CJJ169-2011)要求“在稳定的旧水泥混凝土板上加铺沥青层时对快速路主干道或中及中以上交通厚度不宜小于100mm,其他道路不宜小于70mm”;《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006:“在稳定的原水泥混凝土板上加铺沥青层时对高速公路一级公路或中等及中等以上交通厚度不宜小于100mm,其他公路不宜小于70mm的规定”。由于计算预测沥青加铺层疲劳开裂寿命的相关理论分析方法以与相关结果还有待实践进一步验证,因此确定经济合理的加铺层最厚度仍在不断探索研究。


水泥路面和沥青路面层间结合


由于水泥混凝土路面与沥青混合料两种材料本身性质的差异,加上加铺层的本身厚度一般较薄,层间结合问题就显得很突出了。如不注重对旧水泥混凝土路面进行表面处理与加铺沥青材料的高温稳定性的控制,会导沥青面层推移、拥包、脱落等病害过早期出现。解决这类问题主要手段有:(1)材料方面:采用性能更有的沥青混合料,如改性橡胶沥青,SMA及添加改性剂和纤维沥青混合料等;(2)工程措施:喷洒粘层油、铣刨拉毛、喷砂打毛等。


防治旧水泥混凝土路面反射裂缝的措施


防治反射裂缝是混凝土路面加铺层技术的难点,国内外也积累不少经验与教训。技术措施方面概括起来主要为以下几类:(1)使用防裂效果更好的面层,如改性橡胶沥青混合料等;(2)增加沥青面层厚度;(3)设置各类夹层,主要应力吸收层、如土工织物、土工网格或格栅、玻璃纤维、高性能防水卷材(应力吸收贴、防裂贴)等;(4)原路面碎石化处理。各类方法各有优劣,严格控制好材料及工艺,都有很多成功应用案例;(5)提高对原路面病害处理技术标准。当然也有几类方法综合运用的,效果更佳。


应用实例


成都市在城市道路改造实践中对混凝土路面加铺沥青技术进行了不少有益探索,现介绍其近期用于混凝土路面加铺沥青层的一种典型结构形式(应用于城区RL道路):4cm改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13+5cm改性沥青SBSAC-20改性沥青混合料+卷材(高性能应力吸收贴)+整治合格的混凝土板块。


原路基本状况


城区RL道路长约2km,2000年初建成通车,水泥混凝土面层,快车道为双向6车道,快车道结构为24cmC30混凝土+15cm二灰砂砾基层+20cm二灰砂砾基层,总体状况较好,部分板块脱空、裂缝、接缝破损、板角碎裂、井周沉陷等病害,此外交叉口线性也较差,统计换板处理量接近占总量的10%。


原混凝土板病害处理


重点是对破碎板块、脱空、裂缝、板边、板角断裂的处治。


(1)换板处理。对于破碎板块及不具备维修价值的混凝土板,直接破除重新浇筑混凝土板,若板块破除后发现基层也存在病害,则对基层进行换填,换填可采用低标号混凝土。这里换板的判定的标准显得尤为重要,参考国内相关技术规范及同行的经验,当满足一下任一条时,可进行换板处理:混凝土板块破碎开裂形成3个及以上大小接近块状时;混凝土面板存在一条明显贯通、贯穿全板裂缝,且裂缝两侧存在明显错台时;混凝土面板角隅破碎面积大于板1/4,同时裂缝出现错台、沉陷或挤浆时;混凝土面板破碎严重或伴有沉陷、挤浆、连续多板块破碎时;板块间错台大于20mm的。


(2)裂缝修补。对于达不到换板标准的混凝土板存在的轻微裂缝,采用改性环氧树脂灌缝处理,再进行板块注浆。


(3)板边、板角断裂修补。水泥混凝土板块局部存在板边、板角混凝土断裂、破损并且小于板1/4板块时,采用局部切割为矩形进行修复,在同一个板块内不能有两块及两块以上的修补块,否则按破碎板块处理方法进行处理。


(4)混凝土板块脱空。采用混凝土板注浆措施来处理,严格控制好浆液质量。注浆须进入基层一定深度但不穿透基层,浆液宜选择流动性高,具有一定微膨胀能力的水泥浆。水泥浆的主要技术性能应达到如下要求:


水泥浆的水灰比宜控制在0.4~0.5之间,24h龄期的抗压强度不小于5MPa;具有自流淌密实性;早期具有一定微膨胀性能,砂浆14d水养护膨胀率大于0.02%;初凝时间不早于2h,终凝时间不超过3h;浆液结石率应达到100%,固结过程不得析水。


处理后混凝土板质量检验


采用FWD逐板检测板角处的弯沉,根据不同荷载下弯沉曲线的截距小于50μm、单点弯沉小于0.2mm,相邻板块的弯沉差小于0.06mm,质量合格,否则进行复灌,两次复灌仍不满足要求,破除混凝土板重新浇筑,必要时再处理基层。


混凝土板接缝及层间结合处理措施


(1)接缝处理。混凝土板块接缝(包括胀缝、缩缝、施工缝及部分修补裂缝)应采用灌缝处理后粘贴卷材(高性能应力吸收贴)。板缝宽度<1cm的采用橡胶沥青灌封胶填缝,填缝前采用干法铣缝,彻底清缝;板缝宽度≥1cm的采用细石混凝土填缝,其中至少每120m应留1道胀缝不填细石混凝土而采用橡胶沥青灌封胶填缝。卷材(高性能应力吸收贴)主要技术指标:拉力1200N/50mm,延伸率30%,高温抗剪(500°C)≥0.12MPa。卷材(高性能应力吸收贴)裁剪为50cm的幅宽,粘贴前先涂刷一层乳化沥青或其它沥青质粘层油,卷材采用纵缝压横缝、逆行车方向粘贴、顺行车方向搭街的粘贴方式,搭接长度10cm。


(2)层间结合处理措施。由于线路纵坡较小,没有考虑采用对原混凝土路面进行铣刨拉毛,而是使用专业路面清扫车进行仔细清扫,在清扫后混凝土路面及各沥青层层间,洒布改性乳化沥青粘层油。


应用效果


本此实的施改造工程于2011年底完成,运营使用至今近2年半时间,采用这种结构的路面状况均良好,在平时日常保养及常规检查未发现明显反射裂缝,也为出现剥落等层间粘结问题,总体经济社会效益较好。


结语


(1)城市道路改造工程受到外部制约因素较多,在交通组织、成本及工期控制方面均较一般道路改造困难,混凝土路面加铺沥青层这种复合式的路面结构充分利用了旧的水泥混凝土路面强度,具备坚实的基层,平整、舒适的沥青面层,实施时对交通影响相对较小,具有较高综合效益。(2)从成都的经验看,所选用的加铺层厚度并不算厚(8~12cm),总体效果良好。主要得益于对于原道路处理质量的严格要求及施工工艺控制,所有板块、板缝处理完了均需检验验收,合格后才能进行加铺层施工。另外一方面是材料要求的标准也较高,采用了性能较好的SMA,SBS改性沥青,粗骨料还采用了玄武岩。(3)本案例中道路状况相对较好,总体技术经济可行,若原路面修补量太大,其检测、维修费用将会很高,对于使用年限过长,混凝土强度不足、破碎老化严重的路段,采用该方案时应充分论证、比选。(4)随着相关材料、工艺等技术不断进步,尤其是高性能沥青面层材料发展,混凝土路面沥青加铺层技术在厚度、反射裂缝等方面的瓶颈会逐渐突破,相关标准、理论也有待工程技术人员结合实践进一步探索研究。


 
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