旧混凝土路面加铺沥青层组合设计应用研究

黄飘

摘要 文章以某水泥混凝土路面为例，围绕在旧混凝土路面加铺沥青层组合设计要点展开分析。首先简要概述了工程概况，而后从旧混凝土路面板处理、面板底脱空处理、面板缝处理、错台处理等方面，详细概述面板补强应用设计研究，并对各层设计要点进行了详细阐述。经施工后期检验可知，各项指标均达到预期效果，希望可为同类工程应用提供技术参考。

关键词 混凝土路面；旧翻新；加铺沥青层；组合设计；应用研究

中图分类号 U418.6文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）14-0066-03

0 引言

旧混凝土路面加铺沥青层是一种常见的道路升级改造、病害路面维修补强方法，尤其是城市旧混凝土路面升级改造或大修养护，运用较为普遍。通过对部分严重毁损的混凝土路板进行破除修复，整体加铺沥青面层，新旧结构和材料构成一体后，可以有效增强和再利用旧混凝土路面结构性能，形成全新补强升级的改造路面。该技术具有利用旧路面残余强度、延长旧基础使用年限、充分发挥结构和材料组合功效、改善形成新路用性能、施工操作简便、工期相对短、对环境交通影响小以及相对节省工程造价等技术和工程应用优势。案例工程在旧混凝土路面加铺沥青层工程中，把握旧混凝土路况状态，做细旧混凝土路面板补强应用设计研究，加强旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构组合设计，圆满完成了工程改造任务。这里结合工程实践，梳理介绍相关研究、设计以及工程应用效果，以为同类工程借鉴应用提供技术参考。

1 工程概况

1.1 工程简介

某公路原为水泥混凝土路面，总长3 297 m。机动车道经过拓宽，原双向四车道扩建为双向六车道，增设了人行道、非机动车道和机非隔离带，道路纵坡较大但排水状态良好，机动车道未发生过积水现象。为了提高道路的使用性能，市政府将该路列为市政重点工程，进行了沥青面层加铺改造以及对人行道、非机动车道和两侧的绿化带实施升级改造。改造后路面红线宽度50.00 m，具体结构尺寸为机动车道道路横截面22.50 m+机非隔离带2×3.00 m+非机动车道2×3.50 m+人行道2×3.00 m+绿化带2×4.25 m。原道路结构层为水泥混凝土路面24.00 cm+二灰碎石18.00 cm+二灰土18.00 cm。虽然整体道路状态良好，但局部存在唧泥、错台、断板、角隅断裂和掉角等病害，影响了其使用性能，使路面上行驶的车辆会产生跳车和噪声等不适感。

1.2 路况状态

根据水泥混凝土旧路面的实际情况，进行综合调查评估。采用设备实验和人工观察相结合的方法，组织2个小组，全线逐块进行调查，并相互核实，确保调查全面。记录路面板病害形式、具体位置、车道信息及损害程度。调查完成后，制作详细的病害分布图，标明车道、桩号、病害程度和形式，根据公路规范的路面功效评测指标DI、CR、SRI、DBL、PSSI、PCI来评估旧混凝土路面状态，对各车道的路面抗滑性能指数、道路厚度、路面结构强度指数、裂缝率以及钻芯取样调查。病害路面如图1所示[1]。

图1 病害路面

调查结果表明，旧混凝土路面残余强度在C30，并根据道路状况性能情况进行评分。据表1显示，道路整体状况良好。经过工程计算，获得DI=8.99。根据表2的理想点法对路面性能的级别划分标准，泉新路被评为良，满足加铺沥青的基础条件。此评估方法在实际道路状况及调查数据中得到验证，表明其合理性。因此，只需对部分不合格的板块施以改造，清理道路接缝，用接缝材料重新充填，即可加铺沥青面层[2]。

2 旧混凝土路面板补强应用设计研究

旧混凝土路面上加铺沥青面层前，应该补强修复旧路面。更换严重断裂的板块，虚空板底部分需要注浆充填，并全面清理去除横纵缝中的泥土、失效填缝料等杂物。清除完成后，应对路面进行清扫并重新灌注缝料，然后进行修补[3]。

2.1 旧混凝土路面板处理

根据表1显示，路面板的断板率非常低。为确保新路面质量，针对破碎旧板块（即裂缝贯穿整块板、分成2块或以上的板块），都将实行破碎更换。对于角隅严重断裂的板块，在角隅区域给予切割和植筋处理。破损的板块更换后，采取两层混凝土加固补强。垫层使用C20混凝土浇筑，面层使用C35混凝土浇筑。在新旧板面的横缝之间配置传力杆，在新旧板面的纵缝间设置拉杆，在角隅配置角隅钢筋[3]。

2.2 旧路面板底脱空处理

到达工程现场后，应对现场路面板块的弯曲和沉降进行全面检测。根据板缝两侧的实际弯曲和沉降值，对旧水泥路面板块进行修复或更换。如果不合格，则需要进行注浆补强或重建。

（1）根据水泥混凝土路面板角单点弯曲和沉降值的大小，判断板底是否好空，并采取相应的处理措施。

1）单点实测弯沉形变值40≤Lr时，表明水泥混凝土板底存在严重脱空情况，需将该板块破碎重铸。具体操作可参照表3（0.01 mm）。

2）单点实测弯沉形变值40＞Lr≥20时，需对旧混凝土路板做钻孔压浆处理，完成压浆后进行3 d养护，然后对注浆区域单点检测弯沉形变。检测结果满足40＞Lr≥20时，需重新进行压浆处理。注浆完成后再进行弯沉形变检测，直至单点实测弯沉形变Lr＜20且相邻板块弯沉形变值差不得超过6。若无法满足要求，则需要重新浇注处理或进行地基深层压浆。

3）在单点实际测量弯沉20＞Lr时，不需要对水泥板进行处理。但是如果相邻板块的弯沉值差异超过6，就需要进行注浆处理。在进行处理时，如果出现了横缝或者纵缝啃边、角隅掉角等现象，需要将啃边角隅处切割为不低于50 cm的长方形，然后用风镐将破损部分凿除，形成垂直平面，并于凿好的混凝土槽内植筋，然后浇筑混凝土。

（2）针对脱空板的处理方式，我们采用压缩浆的方法。每块板上有5个孔，孔边距离板边为0.50 m，呈现梅花形分布。压浆的顺序应从较大沉降量的区域开始，按照由大到小、由远及近的原则，钻孔应穿透基层至底层。压浆时，压力应控制在1.00～3.00 MPa之间，停留时间为3～5 min。若浆液从接缝处或其他注浆孔冒出，则可认为该孔已完成注浆，在堵好孔口后进行养护3 d。随后，我们将采用贝克曼梁法对板角弯曲情况进行测定，弯曲量一定要低于20（0.01 mm）才合格。若彎曲量高出20（0.01 mm），则需标记该位置，并进行补孔、重新注浆直至单点弯曲量小于20。待所用注浆砂浆强度达到3 MPa时，才可用木塞堵住孔口。

2.3 旧路面板缝处理

在旧路面弯沉符合要求后，才可对板缝进行处理。普通纵缝、横缝、施工缝、缩缝的深度应为30.00～

40.00 mm，宽度应为3.00～8.00 mm。胀缝深度应为30.00～40.00 mm，宽度应为20.00～25.00 mm。要先将原有缝内的垃圾清理干净，并确保干燥干净，然后注灌硅酮或聚氨酯类嵌缝料。

对于存在沉降缝或温缩缝等不规则裂缝，在测试弯曲和凹陷满足要求后，需要修复各种裂缝。轻微的裂缝，宽度低于5 mm，可以采用扩缝灌浆的方法，即使用切割机将缝口扩大至缝宽8.00～10.00 mm，缝深不超出板厚的2/3，然后清理得干净，最后使用灌封机注灌硅酮或聚氨酯嵌缝料来填充裂缝。宽度＞5.00 mm的裂隙，通常是由于强度不足导致的。在路基处理好的前提下，应该先破除板块，浇筑混凝土路面，并配置相应的传力杆或拉杆等辅助措施。在新旧混凝土连接处切割并灌注嵌缝材料以加固[4]。

2.4 旧路面板错台处理

水泥路板存在明显的高差即为错台，可能因为不均匀沉降、板底拱起或虚空等原因引起。完成板底脱空处理后，需检测错台路板的弯沉是否符合要求。若满足条件，则可进行磨平处理。否则，根据实际情况破除或注浆混凝土路板，以修复基层，并重新浇注混凝土路板。

3 旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构组合设计

在进行沥青铺装时，需要考虑路面反射裂缝和高程控制的要求。重新设计以后，新路横纵截面保持不变，其结构层顺序为玄武岩SBS改性沥青AC-13厚度4 cm＋黏层沥青＋中粒混凝土普通沥青AC-20厚度6 cm＋黏层沥青＋应力吸收SBS改性沥青AC-5层厚度2 cm＋黏层沥青＋玻纤栅格（用于施工缝、横缝和纵缝处）＋改性抗裂贴（用于施工缝、横缝和纵缝处）[5]。

（1）上面层。某市长期使用的AC沥青混凝土因其结构紧密、均匀，成为人们的首选。玄武岩碎石的强度和硬度都比碳酸钙碎石要高得多，因此在防治磨损和车辙方面具有优点，并且在某地区的应用效果良好。為了提高沥青混凝土的承载能力、抗车辙、抗高低温能力，我们选择SBS改性沥青材料。它除了弹性恢复能力强、黏结力强、稳定性好等特点外，还能够提高混凝土的性能表现。

（2）下面层。下层材料的选择需要考虑到承受不断增长的车辆荷载以及防止沥青混凝土移位变形和减缓反射裂缝的产生，同时也要考虑到成本因素。因此，选择使用常规沥青和碎石AC20。

（3）应力吸收层。应力吸收层通常由改性沥青聚合物、矿物填充料和细骨料构成，与混凝土面板结合良好，表现出以下特点：成型坚实密实，黏结牢固，防水效果良好，膨胀系数接近旧水泥路面板。

（4）玻纤格栅。玻璃纤维格栅是一种优异的合成土工材料，具有延缓反射裂缝、减缓地基沉降的功能。它能够加固道路结构，显著提高沥青铺装层的抗拉和剪切能力，从而延缓和减少反射裂缝的产生。在案例工程中使用的玻璃纤维格栅，其经纬方向抗拉强度都在50.00 kN/m。

（5）抗裂贴。抗裂贴又称防裂贴，其表面以沥青质基材制成，具有极强的表面黏着力、延展性和韧性。在25 ℃条件下，可自黏于路面；或在播撒黏层沥青或乳化沥青后晾干至褐黑色，直接铺于裂隙处，再以轻型压路机给予碾压，即可坚固地附着于旧沥青层面或混凝土路面上。该抗裂贴具有高强度的抗拉性能，可用于水泥路面裂隙处铺置。由于其具有极强的延展性，所以可以有效地防止温度变化和垂直荷载所引发的裂隙反射到面层。铺贴在混凝土面板接缝处时，抗裂贴下涂层的高分子物质充填混凝土路面缝隙时，其下涂层沥青胎基可以构成一层有均匀厚度的夹层，从而起到防裂防水的作用。

（6）加铺层组合。结合地区同类型工程经验，根据案例路的现状评测，运用整治反射裂隙措施来解决道路强度衰减问题，同时考虑到工程经济性、合理性和施工便利性等方面，制定了组合结构方案（详见表4）[6]。

4 工程检测验证

案例路完成施工后，实施了平整度、厚度和弯沉检测，结果均为优良，至今运行良好，平整无严重开裂。唯一的瑕疵在于公交站台处，因为公交大巴频繁地碾压、载荷集中和不均匀，导致在一处公交站台区域出现了两道相对较大的反射裂隙。

根据路面钻芯验证，路面采用了4 cm厚的玄武岩SBS改性沥青AC-13、6 cm厚的中粒混凝土普通沥青AC-20、2 cm厚的SBS改性沥青AC-5以及24 cm厚的原混凝土面层，均满足设计要求。

5 结语

该文对案例旧水泥路面增铺沥青面层的设计应用进行了梳理，内容包括：

（1）该改造路面的旧有路况状态。

（2）结合案例论述加强旧混凝土路面板补强设计研究所重视的几个主要技术点，包括旧混凝土路面板、板底脱空、板缝、面板错台等4个方面的设计研究关注及处理技术要点。新沥青层加铺前须对原破碎路板块、路面裂隙、板底虚空、严重错台给予更换板块、注浆填充、必要修复，这是保证新路面质量的重要一步。

（3）介绍了案例所应用的旧面层加铺沥青层的结构组合设计处置要点，内容涉及上面层、下面层、应力吸收层、玻纤格栅、抗裂贴、加铺层组合等关键结构层处理及材料应用方式。SBS改性沥青应力吸收层、抗裂贴、玻璃纤维网格等应用是新路面防范反射开裂的必要技术措施。玄武岩磨耗层具有抗车辙、耐磨耗，抵御路面老化的技术功效。

（4）通过新路面功效检测结果，验证了设计和技术应用的合理适用性。

参考文献

[1]许海铭. 沥青加铺旧水泥混凝土路面层间力学特性研究[D]. 开封：河南大学， 2015.

[2]高群. 玻璃纤维格栅加筋沥青路面应用技术研究[D]. 长春：吉林大学， 2006.

[3]杨亦丁. 旧水泥混凝土路面加铺沥青层的设计分析[J]. 工程技术研究， 2020（13）： 141-142.

[4]关志深. 旧水泥混凝土路面沥青罩面结构设计方法及典型结构研究[D]. 西安：长安大学， 2014.

[5]曾靖. 基于德尔菲法与理想点法的改扩建沥青路面性能评价[J]. 内蒙古公路与运输， 2019（2）： 47-50.

[6]程思胜. 水泥混凝土路面白加黑反射裂缝的原因分析及防治措施[J]. 城市道桥与防洪， 2017（10）： 48-50.