沥青罩面层技术
旧水泥路面沥青罩面层技术
摘要：近年来，随着国民经济的迅速发展，水泥混凝土路面由于其强度高、刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好、抗磨耗能力强等优点，在我国道路网构成中占有较大比重。然而，其缺点也是明显的：路面有较多的纵、横缝，行车舒适性差；因为纵横缝较多，灌缝难度大，效果差，水分易于渗入，从而损坏基层，及至损坏面层；路面损坏后修复难度大。一些早期修建的水泥混凝土路面大都到了或接近其使用年限，以至于出现结构性破坏或功能性缺陷，严重影响了公路使用质量，使得养护工作越来越重，养护费用逐年增加。另外，现阶段随着公路交通量日益增加，轴载日益重载化，使得近期修建的水泥混凝土路面在通车后不到几年或更短时间出现了不同程度的磨光老化、板块破损断裂、局部沉降、接缝破坏或因局部开挖后回填修补强度不足造成破损等各种病害，导致旧混凝土路面行车舒适性差，车速难以提高。因此，大量早期和近期修建的水泥混凝土路面都将面临艰巨的翻修改建的任务。
主要的研究内容包括旧水泥混凝土路面沥青罩面改造中沥青罩面层的设计、反射裂缝的防治与控制、施工工艺。
关键词：反射裂缝、沥青罩面层、设计方法、旧水泥路面
1
1. 国内外旧路改造研究概况以及存在问题
与沥青路面相比，水泥混凝土路面的修复比较困难，通常可采用的大修措施有三种 ①清除重铺法：清除原有水泥混凝土面板，重新铺筑基层和路面，又称翻修；
②加铺新水泥混凝土面层(白加白工艺) ；
③加铺沥青混凝土面层。(白加黑工艺) 。
破除原有水泥混凝土面板，重新铺筑新面层，是最有效、最彻底的解决方法，问题是约6000立方米／公里水泥混凝土废料的处理难度较大，且施工时间长，施工过程中产生大量的尘土和噪音，施工和养护过程中必须长时间封闭交通，对交通和环境的影响非常大，在道路中几乎无法实现，而且总成本很高。一般只用于旧水泥混凝土路面面板严重破碎、脱空、错台以及判定基层存在大量病害，无法加罩沥青混凝土面层或新水泥混凝土面层的情况下。
加铺新水泥混凝土面层的养生期长达28天，极大地妨碍了正常的交通通行能力，难以应用于交通繁忙的路段。新水泥混凝土面层的厚度一般不能低于20cm ，其造价远远高于沥青罩面层。一旦产生病害，养护维修较沥青路面难。在水泥混凝土路面上采用白加黑工艺已经很普遍，而且是路面改建的首选方案，这种措施与加铺新面层相比，工期短，施工简单方便，能有效地改善旧水泥混凝土路面的使用性能，而且造价低廉，对交通和环境的影响较小。按照现行水泥混凝土路面评价方法，路况等级为差级时，用沥青罩面是较好的方法之一。
因此，采用白加黑工艺进行老路面改造具有以下几方面突出的特性：
①由于下层是强度高的水泥混凝土板，提高了沥青路面结构的刚度，可以承受重交通的作用而减少车辙。
2
②显著改善水泥混凝土特别是碾压混凝土路面的平整度，尤其是接缝处的平整度，有利于提高行车速度、行车的舒适性和安全性。
③在表面破损较严重但仍具有足够强度的旧水泥混凝土路面上铺筑一层高质量面层的复合式路面不仅可恢复其使用功能并可显著地延长路面使用寿命：
④可以大大降低水泥混凝土路面的噪声和扬尘，改善道路的环境状况。
所以采用白加黑工艺进行老路面改造能有效地改善水泥路面的使用性能，同时充分利用旧水泥路面，造价低，施工方便，且对交通、环境影响小, 因此在国内外旧水泥路面改造工程中应用最多。但它比水泥混凝土罩面维修要早，关键是处理反射裂缝的影响。
2. 反射裂缝问题
1、有关旧水泥混凝土路面状况评定的研究工作，国外开展的较早，如美国、加拿大、日本等国，对水泥混凝土路面状况评定的标准和方法进行了大量的研究工作，并己建立了一些实用方法和标准。但所有这些方法都是基于他们本国的路面状况和有关工程师及使用者的意见，因而都有相当大的局限性。
2、对于旧板存在一定的脱空，以及板之间有微小台阶情况下的沥青面层损坏问题，在现有的设计理论模型上无法反映出来。反射裂缝是由于旧混凝土面层在接缝或裂缝附近过大的位移引起接缝或裂缝上方沥青加铺层内出现应力集中所造成的，接缝或裂缝处的位移与旧水泥混凝土路面的使用状况有关。对于临近接缝一定范围内的沥青砼破坏问题，仅以其拉应力或剪应力是否超标来分析也难以说明问题。
3、国内道路工程界对于沥青路面的开裂机理、破坏模式、沥青混合料的抗裂性能与参数、沥青路面的温度收缩效应以及抗裂措施等方面进行了大量的研究，对于改善沥青路面的开裂问题起到了积极作用，但对温度型和荷载型反射裂缝的力学分析还缺乏系
3
统性，对各种防反措施的对比也缺乏试验路研究，这些问题都有待于进一步探讨。
4、评价防治措施的试验方法问题。虽然国内外的研究人员都进行了大量的试验研究，但几乎所有的试验都模拟正荷载、温度以及两者的综合效应对反射裂缝的影响。没有涉及到偏荷载对产生反射裂缝的影响，更没有试验模拟温度应力和偏荷载对产生反射裂缝的综合效应。同时，多数室内试验的规模较小，未能很好的模拟板体的横向传递荷载的效应，进行模拟板体效应的足尺试验是非常必要的。
5、基于反射裂缝的旧混凝土路面评价方法问题。尽管此问题十分重要，但直到最近几年才为人们所重视，至今仍未见国外这方面的报道。国内同济大学孙立军对此问题进行了研究，并给出了评价标准，但其标准至今未得到试验路的观测结果验证。然而此问题直接关系到罩面前对1日路的处理、防反措施的选择、罩面层的使用性能等问题，因此，进行基于反射裂缝的旧路面损坏状况的评价方法的研究是非常必要的。
6、反射裂缝的产生机理、产生时机问题。反射裂缝产生机理难于确定，温度应力和荷载应力是造成反射裂缝的主要原因，但其相对重要性是随气候条件、材料状况、交通状况以及旧路面的损坏状况等的不同而不同的。对于反射裂缝最容易产生的季节问题，仍没有做详细地研究。
2.1 反射裂缝概述
在旧路改建“白加黑”改造过程中由于加罩沥青层后的复合结构涉及刚性、柔性两种路面结构形式，不仅材料性能差异大，旧水泥板受温度变化影响大，而且旧路面板上存在接缝和裂缝，并常常伴有错台、脱空等损坏现象，这些都促使罩面层在对应于旧路面板接、裂缝的位置上极易出现反射裂缝。反射裂缝本身对沥青罩面层性能影响不大，但裂缝一经出现，水分便乘机而入，水分的侵入不仅会冲刷基层，造成沥青罩面层唧浆，
4
而且还会湿软地基，使得整个路面承载能力下降，引起路面的进一步开裂并迅速恶化，进而增加罩面层的养护费用，大大缩短沥青罩面层的寿命。因此，反射裂缝问题是旧路改建所面临的一大难题。对反射裂缝的产生及其扩展机理的认识直接关系到反射裂缝的防治问题，虽然各国的研究人员对反射裂缝的产生机理进行了不懈的调查研究，但至今，我们仍需进一步地分析研究反射裂缝的产生机理和实用的防治方法。到目前为止，反射裂缝分为两个阶段即(1)反射裂缝的产生阶段，(2)反射裂缝在罩面层中的扩展阶段，不同的阶段对应不同的规律，一般认为，裂缝的产生阶段对应于沥青混合料的疲劳规律，裂缝的扩展阶段对应于断裂力学中裂缝的疲劳扩展规律心。
图2.1 实拍路面反射裂缝
2.2 反射裂缝产生机理
反射裂缝是由于旧水泥混凝土面层接缝或裂缝附近的位移引起接缝或裂缝上方沥青加铺层内出现应力集中造成的。由于旧水泥混凝土路面板的裂缝和接缝处不能承受拉(弯拉) 应力及剪应力(或抗剪能力较低) ，沥青加铺层承担了该处大部分的拉(弯拉) 应力或剪应力，在交通荷载及温度的反复作用下，沥青加铺层就会产生反射裂缝。
5
沥青加铺层反射裂缝的扩展模式主要有两种：张开型反射裂缝及剪切型反射裂缝。温度及交通荷载作用是引起反射裂缝的两大因素。
(1)温度型反射裂缝
温度变化使得路面结构产生两种变形，第一种是由于年温度变化使得接缝处沥青加铺层及水泥混凝土路面板产生收缩而引起的张开型反射裂缝(如图2.2和图2.3) 。在寒冷的冬季，旧水泥混凝土板产生收缩变形，在接缝(或裂缝) 处宽度变大，由于旧水泥混凝土面板与沥青加铺层之问的粘结力，而带动加铺层出现收缩变形，在沥青加铀层底部水泥混凝土板接缝或裂缝处产生应力集中．当拉应力超过沥青加铺层本身的强度时，加铺层就会出现裂缝；第二种是由于昼夜温差导致温度在各结构层中的不均匀分布，且不同材料具有不同的热膨胀系数，造成水泥混凝土板及沥青加铺层的收缩及翘曲而导致加铺层的反射裂缝。
图2.2季节温度变化引起的反射裂缝
图2.3昼夜温度变化引起的反射裂缝
6
(2)荷载型反射裂缝
在荷载的重复作用下，使混凝土板产生垂直和水平相对位移。一般来说，垂直位移主要是由车辆轴载引起水泥混凝土板在裂缝处的差动位移，由于原道面的裂缝和接缝处无抗剪能力，本来应由原裂缝或接缝承担的应力转移到加铺层当中，从而在裂缝上方的加铺层中产生应力集中，导致加铺层在此处沿原裂缝开裂反射。
反射裂缝出现初期对路面的使用性能影响不大，但随着雨水或雪水渗入到接缝(或裂缝) 两侧的路面结构层，特别是接缝(或裂缝) 附近的土基含水量加大，甚至饱和，造成路面结构的承载能力明显降低。在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷和唧泥现象，导致接缝(或裂缝) 两侧路面面层的碎裂并出现较大的垂直相对位移，影响路面的使用性能，加速路面的破坏，缩短路面结构的使用寿命。
2.3 主要处理措施
根据国内外的研究成果和实践经验，防止反射裂缝主要从应力消散和沥青面层加筋两方面进行考虑，产生了以下目前比较流行的处理方法。各种处理具有不同的优缺点，其主要特性对比如表2.1。
7
表2.1 防治反射裂缝处理措旄特点对比表
具体来说，防治反射裂缝的措施主要有以下几点。在沥青层上锯切横缝：增加加铺层厚度；设置裂缝缓解层；破碎和固定旧混凝土面层；设置各种夹层。
(1)锯切横缝
在沥青加铺层上，对准旧混凝土面层的横缝位置锯切出新的横缝，并在开放交通前尽早在缝内填入填缝料封缝，防治异物进入。预先锯缝可以有效释放在水泥混凝土板中的应力，将混凝土板中的应力减少到一定程度，并通过锯缝控制不连续断面的位置。这种做法必须做好切缝的封缝工作。
(2)增厚加铺层
通过增厚加铺层厚度可以减少旧面层的温度变化，并降低加铺层底面拉应力。同时可以增加路面结构弯曲刚度，降低接缝处弯沉量和弯沉差，减少加镝层剪应力。AI 加铺层设计方法就是基于这条思路而建立的。
(3)裂缝缓解层
8
在沥青加铺层和旧面层之间设置一层开级配沥青稳定碎石层(约9cm) ，保证混合料有15%~25％的空隙率，可以提供裂缝缓解作用。使旧水泥混凝土板对沥青加铺层影响有一定程度的减少。采用这种方法需要注意设置相应的路面排水系统，保证水分不会在路面结构内滞留，影响路面使用寿命
(4)破碎和固定
在旧混凝土面层的结构损害较严重、断板率较高时对损坏的板块进行修复已不经济时，需对旧面板进行破碎和固定。应用水泥混凝土破碎机，将面层板分解成尺寸60-lOOmm 左右的碎块，随后用重型轮胎路碾碾压数遍，使之牢固坐落于基层上，与基层顶面之间无空隙。由于板块尺寸减小，温度下降时的收缩位移降大大降低，从而减小了加铺层的拉应力。
(5)设置夹层。
在旧混凝土面层和加铺层之间设置夹层，可以使沥青加铺层底面在一定程度上远离混凝土面板应力集中的接缝端部，从而减少沥青加铺层的层底拉应力。同时也可以改变加铺层结构的抗拉和抗剪能力。采用的夹层材料有橡胶沥青应力吸收夹层、土工织物夹层、格栅。橡胶沥青应力吸收层——一种由橡胶沥青混合料组成的高弹性低劲度软夹层，厚度lO--50mm ，模量约为10--100MPa 。通过加设该层，使沥青层和水泥板间更加易于蠕动．滑移，减少温度下降引发的反射裂缝。土工织物层——包括聚丙烯或聚脂织物和聚乙烯、聚丙烯或聚酯无纺织物。这些织物的作用与橡胶沥青相似，并对加铺层有少量加筋作用。格栅——格栅包含土工格栅、玻纤格栅、金属格栅等。格栅的刚度较大对于降低荷载产生的应力和应变有明显降低作用。
3． 采用沥青罩面层工艺进行老路面改造设计方法
9
旧路改建“白加黑" 改造己成为一种公认有效的旧水泥路面的主要大修措施。但是，沥青罩面的主要病害是产生的反射裂缝。研究表明，反射裂缝本身对罩面层使用性能的影响不大，但环境(雨水、氧化等) 的负效应，常常使得裂缝迅速向四周扩展，缩短罩面层寿命。国外对沥青罩面设计理论及反射裂缝问题进行了长期、广泛的研究，提出了多种计算方法及控制反射裂缝的措施，并进行了大量的室内试验，修筑了多条试验路，但至今没有形成考虑反射裂缝的成熟的IEl 水泥混凝土路面上加罩沥青层的设计方法。较为成熟的有AASHO 的罩面设计法和美国沥青协会(AI)的弯沉法以及ARE 设计方法等经验法。
3.1 美国地沥青协会(AI)的弯沉法
1 影响因素
水泥混凝土路面上沥青罩面层开裂的主要原因有水平向温缩和热胀以及水泥混凝土板的竖向弯沉差，美国沥青协会认为轮载的施加速度远高于温度变化引起的面层板水平向温缩和热胀的速率，引起沥青加铺层开裂的主要原因是行车荷载作用下产生水泥混凝土板的竖向弯沉差，所以设计中主要控制容许垂直应力。水泥混凝土板的收缩和膨胀在罩面层中所引起的水平向应力在设计方法中不考虑。主要考虑旧混凝土路面接裂缝两边的弯沉差，所以要求对旧混凝土路面相邻设计段的弯沉应均匀一致：否则应采取措施，如破碎或更换混凝土板、用沥青作下封层处理、设置合适的排水系统，如有必要可三项措施同时采用。
2 设计标准
标准轴载：单轴荷载80KN 。后轴一侧双轮间距50m, 轮胎压力0.552MPa 。
设计指标：弯沉。旧水泥混凝土路面采用贝克曼梁所测的弯沉(见图3．1)
10
应符合下列要求：
Dl —D2≤0.05mm ： (3-1)
平均弯沉：(D1+D2)≤0.36 mm 。 (3-2)
否则应采取措施。
图3.1 接缝的旧水泥混凝土路面的弯沉标准
3.2 AASHT0罩面设计方法
AASHT0经验法是迄今为止较完善的设计方法，它是基于等效结构数的厚度确定方法，包括罩面的可行性、罩面前的修复、防反射裂缝措施的选择和罩面层厚度设计等内容。虽也采用补足厚度缺额的概念确定沥青加铺层的厚度，但放弃了f 修正系数的考虑，即不考虑加铺后的旧混凝土面板的进一步开裂，在此介绍厚度计算简式。
如果罩面仅仅是为了改善路面的使用性能(路面的平整度和抗滑性能) ，那么沥青混凝土罩面层的厚度就是能满足使用性能所需要的最小厚度。但是如果罩面是为了提高路面的结构性能，那么需要的罩面层厚度是承受将来交通量需求的结构容量和旧混凝土路面的结构容量的函数。为满足将来的交通量要求，
所需的罩面层厚度由下面的方程确定：
Do1=A(Dr-Deff) (3-3)
11
式中：Dol ——所需要的沥青混凝土罩面层厚度：
A ——旧混凝土板的厚度与沥青罩面层之间的等效系数。它是混凝土厚度缺额的函数，一般取值2.5-3.0：
Dr ——承受设计交通量所需要的混凝土板的厚度：
Deff ——旧水泥板的有效厚度。
系数A 是混凝土板厚度差的函数，可由下式确定：
A=2.2233—0.0604(D—Deff)+O.001534(Dr一Deff) (3-4)
Deff=Cbj·Cbd ·Cbf ·hex (3-5)
Cbj ——考虑损坏接缝和裂缝是否修复的系数。加铺前已进行全厚度修补时，Cbj=1；否则，按每Km 未修复接缝和裂缝的数量在0.6～1.0范围内选取。
Cbd ——考虑旧面层是否存在耐久性问题(耐久性裂缝或反应性集料病害) 的系数, 无耐久性问题时，Cd=1.0：有耐久性裂缝但未碎裂时，Cbd=0.96～O.99：有少量碎裂时，Cbd=0.88～0.95：严重碎裂时，Cbd0.80～0.88：
Cbf ——考虑疲劳损坏程度的系数，少量横向裂缝板(
Hex ——旧水泥混凝土面板的厚度(cm)。
传统的接缝素混凝土上加罩沥青层的厚度介于5～25．4cm 之间。公路上典型的罩面层厚度为7.3～15.30cm 。
AASHTO 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它因素也作了较全面的考虑，并引入了可靠度的概念。设计概念明确，实现起来简单、易于操作。但它没有考虑防治反射裂缝措施对路面使用性
12
能和罩面层厚度的影响。
3.3 沥青加铺层材料选择
主要讨论针对城市道路旧水泥混凝土路面沥青加铺层材料的选择原则，沥青混合料材料选择要求和施工控制要点等问题。为实体工程沥青混合料的生产、运输、摊铺、碾压等工艺提供依据。
3.3.1 SMA
SMA 是近十年来在国际上出现的一种非常引人注目的新型沥青混合料。SMA 是德国在浇注式沥青混凝土的基础上为解决车辙问题而发展起来的新型材料，目前已成为最主要的沥青路面表面层结构类型之一，广泛应用于高速公路、载重卡车比例大的道路、大交通量道路、机场跑道、港口、桥梁铺装等工程中，1998年还在ARS35／98中规定SMA 可以用于任何等级的公路。据测算，德国的SMA 的初期投资要求要比密级配沥青混凝土(HMA)高20%-30％，HMA 是一般干线公路的常用结构，它的使用寿命人体为8～12年，而SMA 的使用寿命可达l0~15年，SMA 使用寿命的提高减少了路面维修费用，并且其良好降噪、抗滑性能为道路交通安全和环境保护带来的好处。从80年代起，SMA 首先在北欧的瑞典、芬兰等国得到了广泛应用，并很快推广到全欧洲，仅1990年欧洲就生产SMA 混合料300万吨。
SMA 混合料的集料为间断级配，其组成特点为三多一少，即粗集料多、矿粉多、沥青用量多、细集料少。粗集料颗粒之间形成石一石接触的骨架结构，由沥青矿粉和纤维组成的玛蹄脂填充其空隙，成为一种密实的沥青混合料。与传统的沥青路面相比较，SMA 路面具有以下特点：
1) 较强的高温稳定性。SMA 由于粗集料颗粒之间互相良好的嵌挤作用，沥青混合料
13
产生非常好的抵抗荷载变形的能力，始终保持良好的平整度。即使在高温条件下，SMA 的粘度下降，对这种抵抗力的影响也会减小，因而具有较强的高温抗车辙能力。
2) 良好的耐久性。SMA 中粗集料所形成的大空隙由沥青、矿粉和纤维组成的玛蹄脂所填充，成为密实结构，空隙率小，集料颗粒表面的沥青膜厚，不仅使混合料具有较好的耐疲劳性能，而且所铺路面具有良好的耐久性。
3) 明显的表面特征。SMA 粗集料含量多，路表构造深度大，具有良好的抗滑性能，并可减少雨天行车时引起的水溅、水雾现象，提高了行车的安全性。同时SMA 路面良好的宏观构造和高的沥青含量，使路面具有较好的降噪功能。
4) 改善了低温抗裂性。SMA 骨架空隙中所填充的沥青玛蹄脂，并使用了弹性较大的改性沥青结合料，使SMA 混合料具有良好的柔韧性，增强了低温抗裂跑道。
3.3.2 OGFC
多孔性排水沥青面层具有较大的空隙率，能迅速地让路表降水渗入结构层内，从结构层内部排至道路边缘，使沥青路面表面保持相对干燥。使用这种表层，不仅能有效地降低因表面积水引起的水雾、水溅及晴日眩光，而且提供了足够的表面粗糙度，提高了抗滑性能，并能降低道路沿线噪音。因此近年来多孔性排水沥青面层得到了广泛的应用。 美国早在1950年就开始研究OGFC 混合料，并在许多州得到了推广应用，大部分用于薄层沥青表层罩面，厚度为16--19mm ，主要目的是抗滑安全。排水面层路段保持着良好的使用性能，交通事故显著减少。德国开发排水沥青面层另一主要考虑其良好的降噪功能，他们认为在轮胎与路面撞击的噪音、汽车机件振动的噪音可以为多孔性路面层部分吸收。为利于OGFC 混合料形成高强度的骨架空隙结构，要求集料级配为开级配或者间断级配，并具有较高含量的粗集料。而对沥青结合料也具有较高的要求，比利时规范中的橡
14
胶沥青型结合料可有两种选择：一是含SBS 类弹性体的橡胶沥青，其结合料的用量仍为4%-5％；另一种是可采用含有再生利用的弹性体(如掺合有粉状橡胶和芳香油的沥青) ，此时其结合料用量需达5.5%-6.5％。使用这种再生合成橡胶沥青结合料，能提高集料表面的沥青膜厚，从而降低了沥青膜被老化的机率，并可减少层间初始孔隙率以及通车后可能被逐渐压密填塞的风险。
由于较特殊的集料组配结构，使OGFC 表面层呈现出以下技术特点：
1 良好的透水能力。排水沥青混合料碾压成层后仍可保持12.25％的空隙率，雨水可从面层内部空隙中迅速透入结构层内，沿层底横坡向路边缘排出。从而减少或基本上无表面积水，减少表面水滑、水花飞溅和水雾等现象，为雨中行车提供较好的抗滑能力、能见度和路面标志的可见性；
2 明显的吸收噪音性能。车轮在道路表面滚动产生的噪音在交通噪音中所占比例很高。在光滑和密实路表面，行车产生的噪音基本上被路面所反射。车速越高尤为突出，影响司乘人员和沿途居民。而排水沥青面层的较大空隙和较明显的表面纹理，可以吸收部分噪音，排水沥青面层较厚，降噪音效果越好；
3 足够的结构强度和耐久性能。由于集料级配设计和严格的组成材料的材质和形状，使排水沥青结构中的主集料充分发挥嵌挤功能，形成足够的结构强度和温度稳定性，可以使排水沥青面层能经受行车荷载作用而很少发生车辙等变形，保持路表的平整度，提高了行车舒适性。
3.3.3 改性沥青AC
AC 系列级配是长久以来我国沥青路面普遍采用的面层材料。AC 级配是典型的悬浮密实结构的沥青混合料。因为悬浮密实结构的沥青混合料压实成型后的空隙率较小，因而
15
具有良好的耐久性和优良的抗疲劳性能。采用改性沥青作为沥青结合料能使悬浮，密实混合料更具高温抗车辙性能以及低温抗开裂性能。
改性沥青AC 混合料由于其结合料采用了改性沥青，因而克服了许多普通沥青AC 混合料的缺点。总的来说，具有以下特点：
1) 沥青层空隙率小，基本不渗水或透水量很小，具有较好的高温稳定性、抗水损害和抗疲劳性能。
2) 具有一定的构造深度和抗滑能力，既能适用于新路沥青层的铺筑，也适用于老路沥青层的修补和加罩。
由于SMA 和OGFC 对施工的条件限制较多，加上摊铺时受摊铺机升温的影响较大，如果一个路段(摊铺距离短) 施工可能造成SMA 压实度不够易渗水，路口人工摊铺SMA 问题更大。
另外，OGFC 是系统工程，仅有OGFC 面层不能完全发挥其性能，必须有排水系统加以辅助，而一般道路没有实施的条件，无法实施。因此改建工程通常采用密级配改性沥青混凝土(AC)混合料，施工技术成熟、可靠性高。密级配沥青混凝土(AC)混合料一按密实级配原理组合而成的级配优良(集料由粗到细均匀分布) 的沥青混合料，透水性小，可适用于各种交通等级，也可用于路面结构的各个层位：密级配沥青混凝土混合料可细分为粗级配型和细级配型。细型密级配沥青混合料具有透水性小、和易性好、可以摊铺成薄层和平整度好的特点，而粗型密级配沥青混合料可提高路表面的粗构造、高温稳定性和增加摊铺层的厚度。
3.3.4 集料
沥青路面表面层中的粗集料必须有一定的强度、硬度和耐磨性，应为清洁、干燥、
16
无风化、无杂质的2级以上碎石。除特殊指窄外，主集料应为机轧的岩石。碎石含泥量应小于1％，含水量小于3％；碎石颗粒形状接近立方体，扁平细长颗粒(长边与短边或长度与厚度之比大于3) 含量应小于10％。粗集料应与沥青有良好的粘结力。
细集料应为清洁、坚硬、干燥、无风化、无杂质的颗粒。细集料一般包括天然砂，亦可取自加工破碎坚固的石块和砾石时得来的衍生品。
4．施工工艺
沥青罩面层的施工技术将结合深圳市东环快速路的实体工程进行阐述。其他的沥青罩面的施工工艺也大同小异，可以参考。
4.1 工程概况
深圳市东环快速路属于城市主干道．又是深港进出关通道，车流量大。重型货柜车多，加之出关拥挤，停车起步较多，因此对承受水平荷载方面有更高的要求。且从经济角度考虑，罩面层又不能太厚．因此如何解决旧有水泥砼路面与沥青罩面层之间的粘结就成为首先必须考虑的问题，处理不好，将极有可能出现罩面层推拥、位移等现象，影响道路美观和使用效果。另外，由于旧水泥砼板块间的热胀冷缩将使罩面层中出现的反射裂缝问题也必须加以重视，反射裂缝本身对罩面层使用性能影响不大，但其环境因素(雨水、氧化等) 的负效应，常常会使得裂缝迅速向四周扩展，大大缩短罩面层寿命。
针对上述特点，设计时采取了以下措施：
l 、对改造范围内的旧有砼路面全部进行机械凿毛处理；
2、对原有砼路面接缝。采取加铺道路专用土工布应力吸收膜来防止反射裂缝；
3、沥青罩面层选用6cm 厚Ac 一20I 型中粒式改性沥青砼，粘层油选用AC 一70重交通石油沥青。
17
4.2 沥青罩面层施工
4.2.1 清理旧有路面
在沥青罩面之前，首先采用铣刨机对旧有砼路面进行全面彻底地清理，铣刨深度以露出新鲜砼并进入砼面层1cm 为宜，对中央防撞墙和立道牙附近铣刨机无法铣刨的地方，采用人工处理，同时利用洒水车高压水枪对整个路面进行冲洗，确保路面清洁。提高粘结力。
4.2.2 旧有路面病害处理
深入现场调查、勘测旧有水泥砼路面的破损情况，针对不同种类的病害，进行有效的处理。
错台、板块开裂：路面发生错台或板块开裂，应首先考虑是路基质量出现问题，因 此必须将整个板块全部凿除，重新压实路基及基层，浇注C35砼。
掉边、缺角：对损坏较深和较宽的路面，先用切割机切除损坏部分，然后浇注C35 砼；对破损面较浅、较窄的，可用风镐凿除深约5cm 以上，然后用中粒式沥青砼填平实。
板块脱空：在脱空部位钻由30孔二至三个(钻穿板块) ，然后用C30水泥砂浆高压灌注，注满为止。
4.2.3 铺设土工布
在旧有砼路面板块的纵缝及缩缝两侧各宽50cm 范围内，喷洒170"C 左右的粘层油，用量控制在0.4kg ／m2左右, 将预先剪成90cm 宽的德国赫司特公司生产的T010／140型道路专用土工布。由人工在高温状态下准确铺贴在缝上，要求傲到平整无折, 无气泡。
4.2.4喷洒粘层油
喷洒前，路面要经压缩机高压空气吹扫干净，由沥青洒布机均匀喷洒。为确保粘结
18
效果，喷洒一定要均匀，油量要适中，对过量喷牺的，要立即予以刮除，人工补刷。为防止路面污染，粘层油洒布完后应立即封闭交通。
4.2.5改性沥青混合料的生产
按照沥青路面施工技术规范的要求，进行沥青混合料的配台比设计，确定AC 一20型中粒式沥青混凝土的配比为：10～25mm ：5～15mm ：砂：矿粉=39：26：30：6，经马歇尔试验和试拌试铺验证，确定最佳油石比为5.1％。
沥青混台料采用韩国产DMAP-2000型间隙式拌合机生产，其正常产量为160t ／h ，由 于改性沥青的粘度较高，因此必须有较高的拌合温度。一般需提高20℃左右，即达170～180℃。同时拌合时间也应适当延长，以确保混合料拌和均匀。
4.2.6 试验段铺筑
由于在旧有砼路面上加铺沥青罩面层没有成熟的经验，因此在大规模罩面施工之前，必须铺筑一条200米左右的试验段，即检查拌合的混合料是否符合要求，同时验证矿料级配及油石比，确定摊铺方法、压实工艺、标定核子密度仪等。试验段完成后，应及时总结，提交完整的试铺报告，以指导施工。
4.2.7 改性沥青混合料的摊铺
由于东环快速路经过长期超负荷使用，己发生严重变形，即使经过了铣刨，表面还是高低不平，因此为确保罩面后的平整度满足规范要求，采取了如下解决措施：
首先按纵横坡每10米设一标高墩，上面架设导线，特摊铺的纵、横坡满足设计要求并稳定后，再改用浮动粱进行自动控制。随时调整摊铺速度与供料速度相平衡。确保均匀、连续不问断地摊铺．做到宁可运料车等候摊铺，也不能摊铺机等候运料车。尽量进行全路幅一次摊铺，若使用二台摊铺机成梯队摊铺时，应注意前后间距不要超过10米，
19
以免形成施工冷缝。
4.2.8 改性沥青混合料的碾压
与普通沥青混合料不同，改性沥青混合料的碾压应紧跟着摊铺进行，碾压顺序分为初压、复压和终压．碾压时应按照由下至上，先静后振，先慢后快的原则进行，并严格控制碾压温度。初压采用lOT 钢筒压路机紧跟在摊铺机后面进行．温度控制在150℃以上， 复压采用振动压路机碾压2～3遍，终压采用钢筒压路机或轮胎压路机静压至无轮迹，并 应在混合料温度降至130℃之前完成。在各个碾压阶段，压路机均不得在未冷却的路段上转向、调头或停机等候。
5 结论
1. 改造旧水泥混凝土路面前，应重视对旧路面的路况进行全面的调查、评价、分类，根据路况的不同分类采取相应的沥青加铺方案。加铺沥青面层之前，应重视旧水泥混凝土路面板的病害处理，结合旧路面路况的全面调查和客观评价，对旧水泥混凝土路面出现的各种破损情况，采取对应的处理措施，以提高旧路面板的强度。
2. 沥青罩面层中的反射裂缝取因于荷载应力和温度应力。影响反射裂缝的因素除荷载因素和温度因素之外，路面结构特性对反射裂缝也有一定的影响，其中罩面层与旧路面的粘性特性、罩面层模量、板的长度、罩面层厚度等对温度反射裂缝有较大的影响：路面板接缝的传荷能力、罩面层模量、罩面层厚度等对荷载性反射裂缝有较大的影响。
3. 接缝是混凝土路面的最薄弱部位，混凝土路面的绝大多数损坏都发生在接缝附近。对于加铺层设计而言，旧水泥混凝土面层板接缝(或裂缝) 处的绝对弯沉值和接、裂缝两侧的弯沉差是沥青加铺层出现反射裂缝的主要原因。因此对路面的结构状况和承载能力进行试验测定和评定中，弯沉测定和分析，是结构承载能力评定和结构层材料性质参数估计的关键。并得到了以路面土基模量和相对弯沉差指标评价旧路面的结构性能指
20
标。
4. 施工时，应注意加强复合路面各结构层的层间结合力，各层之间应洒粘层油，能有效地提高层间的结合力。在设计、施工和管理中加强和注意质量控制。
21
参考文献：
[1] 李华，缪昌文，金志强．水泥混凝土路面修补技术．第一版．北京：人民交通出版社，1995
[2] 周巍，李素莹．复合式公路路面国内外设计及研究现状[1]．路基工程，2004，(4)：1-3．
[3] 沙庆林，王旭东．水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的技术研究．公路，2002
[4] 潘玉利 .路面管理系统原理．第一版．北京：人民交通出版社，1998
[5] 沙庆林．高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M]．北京：人民交通出版社，2001．
[6] 中华人民共和国交通部．公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2002) 北京：人民交通出版社，2003
[7]李淑明．旧PCC 路面上AC 加铺层设计方法的研究[D]．上海：同济大学土木工程学院，2003
[8]郝大力．路面性能的评价与分析研究[D]．西安：长安大学，2000
[9]周富杰，孙立军，旧水泥混凝土路面上沥青罩面层设计方法．公路，1996，(10)：1-7
[10]蔡喜棉．旧水泥混凝上路面上的罩面．华东公路，2000，123(2)：3-7，
[11]黄仰贤．路面分析与设计．北京：人民交通出版社，1998．
[12]刘朝晖等．超薄层沥青混凝土SAC —10矿料级配比较试验研究．中国公路学报，2005(1)．
[13]公路沥青路面养护技术规范．北京：人民交通出版社，2001．
[14]公路沥青路面设计规范．北京：人民交通出版社，2006．
[15]公路工程沥青及沥青混合料试验规程．北京：人民交通出版杜，2000．
[16]公路沥青路面施工技术规范．北京：人民交通出版社。2004．
[17]沈金安．改性沥青与SNA 路面[M]．北京：人民交通出版社．1999． [18]胡长顺，王秉纲．复合式路面设计原理与施工技术[M]北京：人民交通出版社．1999．
22
常州地区旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的几种做法
吴祖德
摘 要 本文结合常州地区“白改黑”多种改造方案，对目前常用的防治反射裂缝的措施进行了分折，以及对旧水泥混凝土路面进行破碎利用技术应用于白改黑工程中，也作了简介。在此基础上结合常州地区工程实例，以及外省市的已有经验，进行分折对比，提出参考意见，供相关专业技术人员参考讨论。
关键词 城市道路 旧水泥路面 沥青混凝土加铺层 反射裂缝 防治措施 工程实例
1 前言
旧水泥混凝土路面改造一般可有三种情况：
（1）完全挖除：翻修一般仅适用于旧水泥混凝土路面破损已经十分严重，无法进行水泥混凝土加铺、或沥青混凝土加铺、或路面标高受到限制的路段；
（2）破碎利用：在旧水泥混凝土面层的结构损坏较严重，断板率较高，对损坏板进行修复后再采取其他措施已不经济时，才采用对旧水泥混凝土板进行破碎利用；
（3）不破碎利用：加铺沥青混凝土，即所谓“白改黑”加铺改造，造价较低、施工方便、对交通影响小，同时有效地改善了原水泥混凝土路面的行车条件，是目前经常采用的水泥路面修复措施。
旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土层后，路面形成了刚柔相济的复合结构路面。两种材料性能差异大，又由于旧路面板上存在接缝和裂缝，并常常伴有错台、脱空现象，这使其路面结构内部应力分布极其不均匀。在温度和交通荷载的作用下，沥青加铺层在原有接（裂）缝处出现裂缝，即所谓的反射裂缝。反射裂缝本身对加铺层的使用性能影响不大，但是环境因素的负面影响（雨水、氧化等）使得裂缝迅速向四周扩散，同时随着雨水的进入，造成路面结构内部的破坏，从而引起加铺层的病害，如龟裂、坑洞等。反射裂缝的发生将严重影响沥青加铺层的使用寿命，造成“白改黑”工程的失败。
反射裂缝是“白改黑”工程的常见病害和主要问题，很多旧水泥混凝土路面沥青加铺
23
层在通车1至2年内路面就出现了开裂，有的4至6年后，路面局部出现反射裂缝和损害。如何控制与防止反射裂缝已成为旧水泥混凝土路面沥青加铺层设计与研究的关键技术。
2 沥青加铺层防反射裂缝措施
一般认为温度变化而产生的水平位移导致接缝与沥青加铺层出现拉应力集中，以及交通荷载作用而产生的竖向弯沉使接缝上沥青加铺层经受较大的剪切应力。通常认为，温度应力引起反射裂缝的产生并参与了最初的扩展，而荷载应力加速了裂缝的进一步扩展。
基于反射裂缝机理的研究，国内外研究人员先后尝试了各种方法和材料以防止或延缓反射裂缝。
2.1 旧水泥板的修补与加固
对旧水泥板的处治是共同采用的一种基本措施。但是这种措施的效果是有限的，首先它对于温度型反射裂缝基本起不到作用，其次由于这种处治方法不可能完全消除板块间弯沉差异，而且注浆区域原来就是基层病害区，其注浆强度在水等作用下会遂步下降。虽然“白改黑”工程均采用了对旧版处治，但仍然出现了反射裂缝等病害。所以旧板处治肯定要做，加铺前把水泥混凝土板按公路养护技术规范要求处治好，尽量减少原水泥混凝土板接缝处的竖向和水平相对位移。强度上能满足通行汽车的要求，但还不能解决反射裂缝等的病害。
2.2 增加沥青罩面层厚度
国际上通用的结论是需要将沥青面层厚度增加至15cm ～25cm 。同济大学基于有限元的方法计算研究表明每增加1cm 沥青层厚度，可减少加铺层底面弯沉差5%左右；但是增加到一定厚度，防治反射裂缝的效果不明显，而会将大幅度增加路面造价，也不经济。有关资料表明：5cm 厚的加铺层，当年冬季就有部分反射裂缝发生，使用4年后有加铺层全部发生反射裂缝；10cm 厚加铺层，使用4年后有95%反射裂缝；15cm 厚加铺层，使用4年只有24%的反射裂缝；另一方面可能会受到路面标高的限制，而且夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙，而会削弱由于旧水泥混凝土板作基层而产生的强基薄面的优势，故这一方法有很大的局限性。
2.3 设置应力或应变吸收夹层
在旧水泥混凝土路面和加铺层之间设置夹层，可以使沥青层底面应力或应变离开应力集中的接缝或裂缝端部而减低，同时也改变了加铺层结构（包括夹层在内）的抗拉和
24
抗剪能力。其主要类型有橡胶沥青应力吸收夹层（SAMI ）、土工织物夹层、土工格栅夹层等三大类，这种结构一般设置于加铺层底部，其目的是减少裂缝尖端的拉应力，起到应力缓解和加筋作用。能消散裂缝或接缝在荷载作用下的应力集中，也缓解来自车辆荷载的应力。同时可解决新建路面半刚性或刚性基层后期产生温缩、干缩裂缝引发路面早期反射裂缝的问题。
SAMI 是一层柔韧的应力吸收层，内应力水平很低，只有0.074MPa ，但是应变很大，可以达到969个微应变。它是一种高弹性、低劲度的软夹层，其作用是降低旧水泥混凝土与沥青加铺层之间的粘附阻力，从而减少温度下降引起的反射裂缝；它的弹性恢复好，变形能力强，可吸收水泥混凝土板接缝或裂缝的应力、应变。力学分析表明，设置应力吸收层后，接缝处剪应力减少为不设应力吸收层时的1/2，拉应力减少1/3，能有效减缓水泥混凝土板加铺层反射裂缝。它采用层铺法施工，目前已经实现了全机械施工，是一项成熟的技术。SAMI 实现从阻隔反射裂缝到消散反射裂缝的转变，着重从防裂机理上解决问题，符合辩证的思维方式。既考虑材料的特殊性，又分析路面结构对反射裂缝形成的影响。从材料和结构两方面解决沥青加铺层反射裂缝问题。应力吸收层防裂技术是在深入分析反射裂缝成因的基础上，提出的防裂措施，从粘弹—流变的角度消除裂缝处的应力集中，吸收了来自交通荷载的应力，缓解了层间的张拉或剪切作用，具有显著的防裂效果。近年来采用同步碎石方法施工，有效地保证施工质量，提高了作业效率。 采用土工格栅和土工布作为夹层其防反射裂缝机理是土工织物和纤维格栅内应力通常随着降温速率的减少而增大；自身具有较高的抗拉模量，可以消散裂缝尖端的应力集中。另外土工织物和纤维格栅在一定程度上破坏了层间的连续状态，降低了结构的整体性，影响土工织物和格栅防裂作用的发挥。故采用土工织物时，一定要做到铺设平整，粘层油洒布均匀。
2.4 设置裂缝松弛/延缓层
在沥青加铺层和旧水泥混凝土路面之间设置一层由开级配沥青碎石混合料或级配碎石组成裂缝缓解层。经试验检测表明，其防裂效果良好。实践效果也是很好的。
2.5 沥青层锯切横缝
在罩面层上，对准旧水泥混凝土路面上的横缝位置锯切新横缝，并灌缝，可控制随意裂缝的出现。实践统计，锯缝和灌缝可以减少反射裂缝64%。施工关键在于切缝位置，必须在原有接缝25mm 范围内切缝，否则会出现次生反射裂缝，因此对施工工艺要求较高，这种措施在我国几乎没有应用。
25
3 旧水泥混凝土路面破碎稳固技术
研究表明，采用以上这些措施只是尽量推迟产生早期裂缝的时间，以及一旦裂缝产生后，如何减缓其向上面发展的速度，从而达到延长其使用寿命的目的。因此，以上防反射裂缝措施不可能彻底消除反射裂缝。
当旧水泥混凝土路面结构破坏严重，断板率较高，出现大量错台、翻浆和角隅破坏时，采用一种原位利用水泥混凝土路面的破碎稳固技术。破碎稳固技术先利用混凝土破碎机将水泥面板破碎，随后用重型压路机在碎块上碾压，形成小粒径嵌挤颗粒作为基层，并在上面加铺沥青罩面层。此种方法，消除了水泥板块的竖向位移，从而有效地防止反射裂缝的发生，特别适合于严重破碎的水泥路面加铺沥青罩面层。破碎稳固技术主要包括冲击压实、打裂压稳以及碎石化技术三种技术。
经美国试验，认为冲击压实和打裂压稳技术只能延缓而不能消除反射裂缝。碎石化技术是将水泥混凝土面板较为均匀地破碎成10～20cm 的颗粒，并经过压实稳定形成一种类似级配碎石结构的柔性基层，从而可以从根本上解决沥青混凝土加铺层反射裂缝的问题。
摘 要 本文结合常州地区“白改黑”多种改造方案，对目前常用的防治反射裂缝的措施进行了分折，以及对旧水泥混凝土路面进行破碎利用技术应用于白改黑工程中，也作了简介。在此基础上结合常州地区工程实例，以及外省市的已有经验，进行分折对比，提出参考意见，供相关专业技术人员参考讨论。
关键词 城市道路 旧水泥路面 沥青混凝土加铺层 反射裂缝 防治措施 工程实例
1 前言
旧水泥混凝土路面改造一般可有三种情况：
（1）完全挖除：翻修一般仅适用于旧水泥混凝土路面破损已经十分严重，无法进行水泥混凝土加铺、或沥青混凝土加铺、或路面标高受到限制的路段；
（2）破碎利用：在旧水泥混凝土面层的结构损坏较严重，断板率较高，对损坏板进行修复后再采取其他措施已不经济时，才采用对旧水泥混凝土板进行破碎利用；
（3）不破碎利用：加铺沥青混凝土，即所谓“白改黑”加铺改造，造价较低、施工方便、对交通影响小，同时有效地改善了原水泥混凝土路面的行车条件，是目前经常采用的水泥路面修复措施。
旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土层后，路面形成了刚柔相济的复合结构路面。两
26
种材料性能差异大，又由于旧路面板上存在接缝和裂缝，并常常伴有错台、脱空现象，这使其路面结构内部应力分布极其不均匀。在温度和交通荷载的作用下，沥青加铺层在原有接（裂）缝处出现裂缝，即所谓的反射裂缝。反射裂缝本身对加铺层的使用性能影响不大，但是环境因素的负面影响（雨水、氧化等）使得裂缝迅速向四周扩散，同时随着雨水的进入，造成路面结构内部的破坏，从而引起加铺层的病害，如龟裂、坑洞等。反射裂缝的发生将严重影响沥青加铺层的使用寿命，造成“白改黑”工程的失败。
反射裂缝是“白改黑”工程的常见病害和主要问题，很多旧水泥混凝土路面沥青加铺层在通车1至2年内路面就出现了开裂，有的4至6年后，路面局部出现反射裂缝和损害。如何控制与防止反射裂缝已成为旧水泥混凝土路面沥青加铺层设计与研究的关键技术。
2 沥青加铺层防反射裂缝措施
一般认为温度变化而产生的水平位移导致接缝与沥青加铺层出现拉应力集中，以及交通荷载作用而产生的竖向弯沉使接缝上沥青加铺层经受较大的剪切应力。通常认为，温度应力引起反射裂缝的产生并参与了最初的扩展，而荷载应力加速了裂缝的进一步扩展。
基于反射裂缝机理的研究，国内外研究人员先后尝试了各种方法和材料以防止或延缓反射裂缝。
2.1 旧水泥板的修补与加固
对旧水泥板的处治是共同采用的一种基本措施。但是这种措施的效果是有限的，首先它对于温度型反射裂缝基本起不到作用，其次由于这种处治方法不可能完全消除板块间弯沉差异，而且注浆区域原来就是基层病害区，其注浆强度在水等作用下会遂步下降。虽然“白改黑”工程均采用了对旧版处治，但仍然出现了反射裂缝等病害。所以旧板处治肯定要做，加铺前把水泥混凝土板按公路养护技术规范要求处治好，尽量减少原水泥混凝土板接缝处的竖向和水平相对位移。强度上能满足通行汽车的要求，但还不能解决反射裂缝等的病害。
2.2 增加沥青罩面层厚度
国际上通用的结论是需要将沥青面层厚度增加至15cm ～25cm 。同济大学基于有限元的方法计算研究表明每增加1cm 沥青层厚度，可减少加铺层底面弯沉差5%左右；但是增加到一定厚度，防治反射裂缝的效果不明显，而会将大幅度增加路面造价，也不经济。有关资料表明：5cm 厚的加铺层，当年冬季就有部分反射裂缝发生，使用4年后有
27
加铺层全部发生反射裂缝；10cm 厚加铺层，使用4年后有95%反射裂缝；15cm 厚加铺层，使用4年只有24%的反射裂缝；另一方面可能会受到路面标高的限制，而且夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙，而会削弱由于旧水泥混凝土板作基层而产生的强基薄面的优势，故这一方法有很大的局限性。
2.3 设置应力或应变吸收夹层
在旧水泥混凝土路面和加铺层之间设置夹层，可以使沥青层底面应力或应变离开应力集中的接缝或裂缝端部而减低，同时也改变了加铺层结构（包括夹层在内）的抗拉和抗剪能力。其主要类型有橡胶沥青应力吸收夹层（SAMI ）、土工织物夹层、土工格栅夹层等三大类，这种结构一般设置于加铺层底部，其目的是减少裂缝尖端的拉应力，起到应力缓解和加筋作用。能消散裂缝或接缝在荷载作用下的应力集中，也缓解来自车辆荷载的应力。同时可解决新建路面半刚性或刚性基层后期产生温缩、干缩裂缝引发路面早期反射裂缝的问题。
SAMI 是一层柔韧的应力吸收层，内应力水平很低，只有0.074MPa ，但是应变很大，可以达到969个微应变。它是一种高弹性、低劲度的软夹层，其作用是降低旧水泥混凝土与沥青加铺层之间的粘附阻力，从而减少温度下降引起的反射裂缝；它的弹性恢复好，变形能力强，可吸收水泥混凝土板接缝或裂缝的应力、应变。力学分析表明，设置应力吸收层后，接缝处剪应力减少为不设应力吸收层时的1/2，拉应力减少1/3，能有效减缓水泥混凝土板加铺层反射裂缝。它采用层铺法施工，目前已经实现了全机械施工，是一项成熟的技术。SAMI 实现从阻隔反射裂缝到消散反射裂缝的转变，着重从防裂机理上解决问题，符合辩证的思维方式。既考虑材料的特殊性，又分析路面结构对反射裂缝形成的影响。从材料和结构两方面解决沥青加铺层反射裂缝问题。应力吸收层防裂技术是在深入分析反射裂缝成因的基础上，提出的防裂措施，从粘弹—流变的角度消除裂缝处的应力集中，吸收了来自交通荷载的应力，缓解了层间的张拉或剪切作用，具有显著的防裂效果。近年来采用同步碎石方法施工，有效地保证施工质量，提高了作业效率。 采用土工格栅和土工布作为夹层其防反射裂缝机理是土工织物和纤维格栅内应力通常随着降温速率的减少而增大；自身具有较高的抗拉模量，可以消散裂缝尖端的应力集中。另外土工织物和纤维格栅在一定程度上破坏了层间的连续状态，降低了结构的整体性，影响土工织物和格栅防裂作用的发挥。故采用土工织物时，一定要做到铺设平整，粘层油洒布均匀。
2.4 设置裂缝松弛/延缓层
28
在沥青加铺层和旧水泥混凝土路面之间设置一层由开级配沥青碎石混合料或级配碎石组成裂缝缓解层。经试验检测表明，其防裂效果良好。实践效果也是很好的。
2.5 沥青层锯切横缝
在罩面层上，对准旧水泥混凝土路面上的横缝位置锯切新横缝，并灌缝，可控制随意裂缝的出现。实践统计，锯缝和灌缝可以减少反射裂缝64%。施工关键在于切缝位置，必须在原有接缝25mm 范围内切缝，否则会出现次生反射裂缝，因此对施工工艺要求较高，这种措施在我国几乎没有应用。
3 旧水泥混凝土路面破碎稳固技术
研究表明，采用以上这些措施只是尽量推迟产生早期裂缝的时间，以及一旦裂缝产生后，如何减缓其向上面发展的速度，从而达到延长其使用寿命的目的。因此，以上防反射裂缝措施不可能彻底消除反射裂缝。
当旧水泥混凝土路面结构破坏严重，断板率较高，出现大量错台、翻浆和角隅破坏时，采用一种原位利用水泥混凝土路面的破碎稳固技术。破碎稳固技术先利用混凝土破碎机将水泥面板破碎，随后用重型压路机在碎块上碾压，形成小粒径嵌挤颗粒作为基层，并在上面加铺沥青罩面层。此种方法，消除了水泥板块的竖向位移，从而有效地防止反射裂缝的发生，特别适合于严重破碎的水泥路面加铺沥青罩面层。破碎稳固技术主要包括冲击压实、打裂压稳以及碎石化技术三种技术。
经美国试验，认为冲击压实和打裂压稳技术只能延缓而不能消除反射裂缝。碎石化技术是将水泥混凝土面板较为均匀地破碎成10～20cm 的颗粒，并经过压实稳定形成一种类似级配碎石结构的柔性基层，从而可以从根本上解决沥青混凝土加铺层反射裂缝的问题。
29
4沥青加铺层防反射裂缝措施小结
沥青混凝土罩面是旧水泥路修复改造的一种重要措施，但反射裂缝一直是“白改黑”工程的顽疾。如何控制与防止反射裂缝已成为旧水泥混凝土路面沥青加铺层设计与研究的关键。多种防反射裂缝措施，应用于“白改黑”工程中，并取得一定效果。为更加有效地控制反射裂缝，对于严重破损的水泥路面，可考虑采用破碎稳固技术。但值得注意的是旧水泥板破碎后，破坏了其整体性，造成这个结构层次结构强度的大幅度降低。同时这个结构层次的模量受到破坏程度、压实状况、原水泥板厚度和破损情况的影响，模量变化较大。另外，由于整体性的丧失而形成碎石结构层，容易诱发水损坏。这些问题在沥青加铺层结构设计时应给予充分重视。
总之，“白改黑”是一个系统工程，必须根据实际情况综合考虑，各种反射裂缝措施适用性和经济性，同时努力提高沥青加铺层材料的抗裂性能，重视对基层及土基进行加固处理，才能取得较好的效果。
5 对旧水泥混凝土道路现状调查与评价
5.1旧水泥混凝土道路状况评价标准
水泥路面破损状况根据《公路技术状况评定标准》（JTG H20-2007）规定，采用
30
路面状况指数（PCI ）和断板率（DBL ）进行评价，路面状况指数由水泥路面的病害类型、轻重程度和出现的范围或密度计算得出，断板率则由交叉裂缝、角隅断裂、纵横斜向裂缝的破损率计算而得。水泥路面破损状况评价标准见下表1：
5.2 路面弯沉检测
5.2.1测试的目的
水泥混凝土路面的承载能力采用弯沉检测来评价，主要反映三个方面的性能状况：整体承载能力，主要通过板中弯沉测试和刚度组成分析计算下承层的弹性模量来反映；板角脱空情况，通过板角弯沉测试，根据弯沉值来判断；接缝传荷能力评价，通过跨过横缝的两个弯沉传感器计算弯沉差和传荷系数。
5.2.2. 评价标准
6
旧水泥混凝土路面板病害维修
当采用不破碎利用时，就要对旧水泥混凝土进行维修处理，处理方法如下：
6.1 断板的处理
当水泥混凝土板出现一条或一条以上贯穿全板的裂缝将板块分成两块或两块以上时视为断板。
对于断板，首先将旧板破碎，运走，处理好基层，采用C35混凝土重新浇筑路面
31
板。处理旧板换新板应注意以下几点：
（1）破碎机械建议不用冲击锤，因其冲击力对周围板块基层有振动影响，最好用人工配合空压机，小型凿岩机也可；
（2）新浇的砼板块的强度不小于原来板块的设计强度，其材料要求、配合比、施工工艺质量标准等应符合有关设计与施工规范的规定要求；在砼配合比中适当加入早强剂。新板尺寸同维修处的旧水泥混凝土路面板。
（3）对于行车道与超车道之间纵缝内的拉杆钢筋，应予以保留或恢复；对于横缝(胀缝或缩缝) 中的传力杆钢筋也应保留；如传力杆或拉杆折断或扭曲严重时应进行更换，将旧的传力杆或拉杆切断，然后在其一侧10cm 处钻孔，孔的周围应先湿润，用砂浆填塞后设置传力杆或拉杆，然后浇筑新板。
（4）对于连续换板也应对应于旧板留出纵、横缝；
（5）换板时应注意板块的最小宽度应不小于1m ，对原先修补的小于1m 的板块应连同其相邻的板一同破碎后浇筑新板。
（6）对于连续换板数量大于2块时，要对应于旧板留出纵、横缝，并设置传力杆和拉杆。
6.2 板底脱空的处理
根据旧水泥混凝土路面板板角单点弯沉的大小判断板底的脱空情况，对脱空板采取相应的处理方法：
（1）单点实测弯沉值Lr≥40（0.01mm ）时，将水泥板整板破碎后浇注新板，旧板破碎及浇注新板的要求参照“断板”处理的规定。
（2）单点弯沉实测值20≤Lr≤40（0.01mm ），对水泥板进行钻孔压浆处理。经第一次压浆养生3d 后，采用贝克曼梁弯沉仪测试单点弯沉值，对于弯沉值大于20
（0.01mm ）的点，需进行第二次压浆，如果第二次压浆后弯沉仍不能达到要求，则需要进行深层压浆处治地基。
钻孔压浆的施工工艺参照以下步骤：
1) 布孔：每块板宜4～6孔，一般可为5孔，孔边距板边的距离为0.5m ，呈梅花
32
型布置，如图5。
2) 钻孔：直径3cm 的钻头，钻孔深度超过板厚3～5cm ，施工时应安排专人量测并记录。
3) 临时封孔：大面积流水作业，为防止下道工序前杂物落入，钻好的孔需要采用木塞封孔，雨天采用塑料薄膜覆盖。
4) 预埋法兰螺帽：为使压浆管枪头能固定在压浆孔口上，形成整体，有足够的压力压浆，需要先在孔口内壁埋上法兰螺帽。螺帽的粘结剂采用现场调配的环氧树脂。预埋螺帽后，需继续封孔，以防杂物落入。
5) 清孔：用空气高压枪插入孔中，吹出杂物。
6) 压浆：压浆（灰浆标号为C40）采用冲程式压浆机。压浆关键是将压浆枪头与板块上的压浆孔连接牢固，不漏浆，保证压浆压力。压浆压力为2MPa ，并稳定1min ，然后关闭压力阀，并将回流的的灰浆用提桶接住，倒回灰浆缸。
7) 压浆采用的灰浆应具备下列特点：初凝时间长，施工和易性好，早期强度高，收缩性小。建议配比为：水泥：粉煤灰：水：JK-24：铝粉＝1：1：0.5：0.16：0.001。
8) 第二次压浆：第一次压浆养生3天后，采用贝克曼梁弯沉仪测定板角弯沉进行验收，单点弯沉必须小于20（0.01mm ）。当验收时弯沉大于20（0.01mm ）的点，用红漆直接标记于板角上，钻孔组根据标记进行补孔，重复上述的压浆过程，直至单点弯沉小于20（0.01mm ）。待砂浆抗压强度达到3MPa 时，用水泥砂浆封孔。
9) 对于反复压浆（建议采用三次）仍不能满足要求的，采取换板处理，按照断板处理中的相关规定执行。
由于钻孔压浆工艺是本项目旧水泥混凝土路面维修的关键技术，建议由施工经验较丰富的队伍进行施工。
6.3断角处理
33
板角断裂应按破裂的大小确定切割范围并放样。用切割机切出边缘，用风镐凿除破损部分，打成规则的垂直面，如图6。对有钢筋的，不应切断钢筋，如果钢筋难以全部保留，至少也要保留200~300mm长的钢筋头，且要长短交错。
6.4裂缝维修
当水泥混凝土板上裂缝程度较轻时，不作为断板处理，但必须对其裂缝采取措施进行维修。
根据裂缝的损坏程度、施工技术等具体情况选择适当的修补材料和方法。粘结剂或填缝料可用聚氯乙烯胶泥、环氧砂浆、聚胺脂等。对于较宽的裂缝（≧3mm ），应先清除缝内杂物，并在上口适当扩展成倒梯形，顶宽15~20cm，底宽5~15cm，深度为板厚1/3左右，再灌缝粘结；对于较细的裂缝，进行灌缝处理，并适当把缝扩成V 字形，顶宽5~15cm，深度为板厚1/3左右。对于轻微的裂缝且缝宽小于1mm ，可不作处理。
6.5传荷能力差的处理
对于相邻两板弯沉差大于或等于6（1/100mm）的接缝，在接缝两边各50cm 进行全深度切割，清除切割的旧板，目测基层，老基层板体性差，则下挖至板体性好的层面，用C20贫砼修复基层，然后浇筑C35砼与原有道面平齐。新浇注部分与旧板间接缝要设置传力杆，传力杆间距30cm ，最外侧传力杆距纵向接缝或自由边距离为10cm ，采用光面钢筋，直径28mm ，长度40cm 。
6.6错台
横缝错台根据错台程度采取措施处理，对于高差小于1cm 的轻微错台，可采用磨平机磨平或人工凿平。高差大于1cm 的错台，则在低侧板加铺沥青砂进行处治，其纵坡变化应不大于1%，沥青砂填补前清除路面杂物、灰尘，喷洒一层乳化沥青，沥青用量为0.3～0.5L/m2。
6.7坑洞修补
34
坑洞修补先将坑洞凿成形状规则的直壁坑糟，并用钢丝刷将破坏处的尘土、碎屑清除，用压缩空气吹干净修补面，然后用C35水泥混凝土重新浇筑。
6.8接缝维修
板块维修好后，为防止地下水侵入加铺层，应对全线每块板之间每条纵、横缝用清缝机进行清缝，并用灌缝机填缝。填缝料技术要求应满足《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ073.-2001）A.2.3有关要求。
7常州地区及外省市已建工程的调查和分析
35
36
8常州地区建议推荐方案
8.1在经过处治后的水泥砼路面上，加铺沥青路面时，考虑采用何种加铺沥青路面结构，因素如下：
（1）经调查的旧水泥砼路面的完好率、损坏程度，以及对病害维修的质量情况有关。就是处治后的旧水泥砼板接缝的竖向和水平相对位移可能的大小；
（2）当地使用过，效果好的加铺材料和技术，尽量降低加铺的厚度；
（3）旧水泥砼路面上容许路面抬高的高度；
（4）结合改造路面，采用新材料、新技术，改善行车安全、降低噪音等。
8.2常州地区建议推荐方案：
（1）橡胶沥青混凝土路面，最早始于20世纪40年代的美国，经研究发现，在道路工程中应用这种材料后，沥青路面的抗滑性能、抗磨损性能、抗疲劳性能和抗车辙性能有了一定的提高，如果是同样的道路设计寿命年限，橡胶沥青路面的厚度至少可减薄
37
1/2，可节约大量的建设费用，同时还可缩短施工工期。
橡胶沥青AR-AC13的性能特点：
1）能抗高温车辙、抵抗重交通；
2）能提高沥青抗老化、抗疲劳性能，耐磨损。有资料表明，可使路面使用寿命提高2～3倍（见图10）；
3）能抗水损坏，防止雨水下渗。同时可减少水漂、水雾，有利行车安全（见图9）；
4）能降低行车噪音，京沪高速公路测试，可降低噪音5～7db ，是国际公认的噪音最小的道路路面结构层，被誉为消音沥青；
5）能减薄路面厚度，降低造价成本；
38
39
（2）橡胶沥青同步碎石应力吸收层是减少反射裂缝的一种造价适中，阻裂效果良好的方法。
应力吸收层在路面结构中能依靠自身的塑性变形来吸收应力，根据断力学的理论，低弹性模量，高韧性的应力吸收层，可缓解裂缝尖端的应力集中现象，因而能起到较明显的防裂作用。国内外对此类防裂措施开展了不少试验研究，并取得了一定的研究成果。 橡胶沥青应力吸收层SAMI 的技术优势：
1）能对裂缝防治与延缓作用（见图11、图12），特别是采用同步碎石封层车施工后，将碎石及橡胶沥青同步铺筑在路面上，质量效果比应比非同步碎石施工方法时更好，是目前较为公认的抗反射裂缝最有效的解决方案，其下层路面的各种裂缝难以穿透该应力吸收层向上传播。
2）能有层间粘结作用，固化后仍能有一定的韧性，即使上、下层在一定限度内变形时，仍能保持良好的整体部分，其性能指标均不受外界影响；；
3）能有层间封水和防水作用，对下面层起到保护作用；
40
4）抗疲劳、耐久性好。能抗低温脆裂、高温车辙。
（3）建议采用“白改黑”路面结构：
1）快速路、主干路
41
9 结语
本文对“白改黑”改造中，国内外所采用的防治反射裂缝措施进行了介绍，特别是对橡胶沥青抗滑表层AR-AC13及橡胶沥青应力吸收层SAMI （改进为橡胶沥青同步碎石应力吸收层）的性能特点和技术优势，调研了已建成“白改黑”工程，提出了建议的推荐方案, 供相关专业人员参考讨论.
42