高速公路加铺沥青混凝土路面工程技术创新探讨

陈耀华

文章以柳州至南宁高速公路改扩建工程为例，在分析其旧路面破坏常见因素、破坏形式及原因的基础上，对该工程路面结构上面层加铺玻纤格栅、下面层加铺聚酯单面烧毛土工布、中间加铺沥青混合料的防反射裂缝创新措施进行了探讨。

高速公路;加铺沥青混凝土;旧路面;技术创新

U416.217A060163

0 引言

高速公路旧水泥路面加铺沥青混凝土能有效提升路面使用性能和承载力，然而截至目前，我国柔性路面相关设计规范及公路养护技术规范中并未对高速公路旧路面沥青混合料加铺设计技术方法做出相应规定。20世纪80～90年代修建的高速公路水泥路面由于设计、施工技术水平所限和超负荷使用等原因，当前已经进入大规模维修期。目前，旧水泥路面加铺沥青混凝土施工主要面临旧路路况评价、加铺层反射机理分析论证、原结构物加固完善、防反射裂缝技术创新、使用寿命预估[1]等亟待解决的问题。

1 工程概况

柳州至南宁高速公路改扩建工程是由广西壮族自治区发展与改革委员会核准修建，项目投资人为广西交通投资集团有限公司，项目法人为广西交通投资集团南宁高速公路运营有限公司（以下简称建设单位）。工程第Ⅱ总监办由广西八桂工程监理咨询有限公司组建，负责土建№LNLM5、№LNLM6和№LNLM7三个合同段的施工监理。起止点桩号为K1401+336～K1487+735，途经宾阳、古辣、六景、伶俐、五合、三岸6个收费站及伶俐、南宁2个服务区。本工程主线全长86.399 km，在原有水泥混凝土路面上进行沥青混凝土路面加铺改建及对全线旧路路基路面病害进行处治，包括旧路路面破碎板更换、路面裂缝修补、桥涵加固维修、交通安全设施改造、绿化工程改造等。设计行车速度为120 km/h，设计荷载为BZZ-100标准轴载，设计弯沉值为19.94（0.01 mm）。新路面为沥青混凝土路面，结构为在24 cm旧水泥混凝土路面+18 cm二灰稳定碎石基层+18 cm级配碎石底基层上加铺4 cm改性沥青SMA-13沥青混凝土+改性沥青防水粘结层+6 cm改进型AC-20改性沥青混凝土+单面烧毛土工布+70#热沥青粘结层+1.5 cm砂粒式沥青混凝土+70#热沥青粘层。路基宽28 m，中央分隔带宽3 m，路面宽24 m。

2 高速公路加铺沥青混凝土路面工程技术

2.1 高速公路加铺沥青混凝土路面面临的主要问题

加铺层与新建道路受力特征不同，在交通荷载、温度荷载等综合作用下，加铺前旧路面所存在的裂缝必然会引起加铺层底面应力过度集中，并随裂缝和加铺层厚度的变化而变化，最终因竖向剪应力、拉应力过大而开裂，并向上扩大，引起加铺层结构性的破坏。可见，预防反射裂缝竖向荷载是高速公路加铺沥青混凝土路面施工所面临的关键问题。在加铺前必须对旧水泥路面破损率、平整性、摩擦系数和弯沉情况进行评价，并对旧路面荷载传递、承载能力及反算弹性模量等进行FWD测度[2]，评定刚性路面基础脱空状态和路面厚度[3]。

2.2 高速公路路面加铺解决方案

旧水泥路面的常见破坏形式包括面层反射开裂、面层之间剪切破坏、严重的车辙变形等。对于反射裂缝的常见预防措施为：（1）优化加铺层设计，加厚沥青面层，使用改性沥青;（2）在旧路面层和加铺层之间加铺具有裂缝尖端应力吸收和消散功能的中间层、应力吸收层及土工合成料。

3 路面结构防反射裂缝创新措施

柳州至南宁高速公路改扩建工程旧路为首次加铺沥青路面改造，全线共采用数十种不同配比的沥青混合料以及沥青路面加铺组合结构。

3.1 玻纤格栅

当前国内高速公路旧路面加铺玻纤格栅以预防反射裂缝的措施十分普遍。玻纤格栅具有高抗拉强度、高伸长率等优势，但是难以有效防水。为此，玻纤格栅常常与防水层结合使用，以充分消散旧路温缩应力、提升路面抗车辙性能。但是玻纤格栅不具有抗接缝部位行车荷载竖向剪应力的作用，只能加装改性沥青混合料罩面层来承担剪应力。就施工性能而言，玻纤格栅在20 ℃～35 ℃下性能稳定;在<20 ℃的低温环境下很难与旧路面有效粘结;在>35 ℃的高温环境下，容易被摊铺机粘连而不利于加铺施工。

3.2 聚酯單面烧毛土工布

聚酯单面烧毛土工布抗拉强度低、延伸率高，性能好，浸渍沥青后便能形成较为理想的防渗层。其在柳州至南宁高速公路改扩建工程旧路改造加铺沥青路面施工中的应用能有效预防反射裂缝，但是单面烧毛土工布对旧水泥路面混凝土板的处理有较高要求。

3.3 改性沥青混合料应力吸收结构系统

柳州至南宁高速公路改扩建工程应用沥青混合料应力吸收结构系统，专门为减少沥青混凝土路面反射裂缝而设计运用。其防反射裂缝吸收层由高弹性、无渗透的热拌沥青混合料层构成，此应力吸收结构层级配及所采用的沥青材料能有效延缓反射裂缝裂应力的传递，使应力吸收层抗疲劳等性能得到显著改善[4]。

本次改扩建工程加铺沥青混凝土路面反射裂缝应力吸收层摊铺施工采用摊铺机和压路机，在罩面厚度和水泥板处置技术相同时，反射裂缝应力得到有效控制。柳州至南宁高速公路改扩建工程旧路面试验路段裂缝、车辙观测结果分别详见表1和表2。

结合裂缝取芯具体分析，在旧路面加铺应力吸收层后，除本层外，中上沥青面层全部开裂，但是玻纤格栅满铺和缝铺对比段裂缝均出现了沿旧混凝土板缝反射的情况。此外，加铺应力吸收层的沥青混凝土面层与旧路面粘结良好，但玻纤格栅满铺和沥青混凝土缝铺与旧路面粘结较差。应力吸收层试验路段在2.5 cm吸收层之上加铺8 cm厚度混凝土层，经过长时间的运行后，混凝土板块间高度相当不均衡，局部加铺施工部位应力吸收层仅有6～7 cm厚度。

本工程应力吸收层沥青含量高、孔隙率小，在应力得到削减的同时促使封水层形成，对积水侵害路面有很大的抑制作用。但较小的孔隙率同时也会抑制路面加铺层内气体的挥发，高温情况下由于行车荷载将出现气泡，进而造成路面破坏。所以，旧路面加铺沥青混凝土施工时应充分考虑孔隙率因素，尽可能使用天然砂，增大孔隙率。

3.4 应力吸收层与土工合成材料性能对比

为了彻底解决旧路面面板层反射裂缝的问题，本工程采用了以下做法：将旧路面面板层彻底破碎为≤30 cm×30 cm尺寸的块状，并整平和压实，在上部加铺沥青混凝土面层。这种处理方法施工复杂、造价高，且容易对原路面结构造成不利影响。前述三种方案都充分利用了旧路面水泥面板的剩余寿命，对其进行了综合处置，提升承载力后加铺沥青混凝土。在此类方案中，格栅抗拉强度>应力吸收层>聚酯单面烧毛土工布，应力吸收层防水性能>聚酯单面烧毛土工布>格栅。各类加铺层的性能比较详见表3。

4 高速公路加铺沥青混凝土路面综合处理

4.1 旧路面综合处理的原因

旧水泥路面在长期使用过程中所出现的各种病害可以笼统划分为结构性破坏和非结构性破坏两类。如路面磨光、表层剥落、麻面、坑洼等非结构性破坏对沥青混凝土面层的长期使用并不会造成直接影响。但如错台、裂缝、唧浆、脱空等结构性破坏必将直接影响路面沥青混凝土面层的继续使用，而且在对应的旧水泥路面板接、裂缝位置的加铺层上必将出现反射裂缝。如果旧路面荷载传递能力较差，则反射裂缝传递更快，且当前并没有有效的反射裂缝防治措施。根据实践经验，加铺层厚度≤10 cm时，反射裂缝在1年内出现。所以，进行旧路面加铺沥青混凝土前必须加强对旧路面的综合处理。

工程实践表明，旧路面加铺沥青混凝土之后，旧路面板缝位置的承载力是影响水泥板接缝处反射裂缝发生的主要因素。在行车荷载下，应力传递至水泥面板并导致其变形，进而加快裂缝反射速度。在旧路面水泥板接缝承载力既定的情况下，沥青加铺层厚度越大，则向水泥板传递的应力越小，水泥板变形也越小，沥青加铺层应力变小，反射裂缝形成的速度越慢[5]。

4.2 综合处理原则

进行旧路面加铺沥青混凝土施工时，必须以旧路面结构和路基所丧失承载力的恢复为核心。水泥混凝土处置水平根据旧水泥路面单点弯沉实测值及板缝间弯沉实测值为依据，确保浆液灌注后相邻板缝间弯沉实测值之差≤0.06 mm。具体处理原则详见表4。

旧水泥路面如果出现混凝土表层剥落、坑洼、浮浆、麻面等问题，必须根据实际对加铺结构和所使用材料分别进行处理。

4.3 改性沥青混合料应力吸收层与土工布合成材料

在旧路面加铺沥青混凝土前必须对水泥路面已有病害进行综合处置，但由于接缝部位弯沉值差异很大，为提升加铺后路面结构的耐久性，必须在设计时加强材料的选择。改性沥青混合料应力吸收层除抗车辙性较差外其余性能优良，在使用该材料时必须充分考虑其应力层最小厚度值。而土工布、格栅由于存在明显缺陷所以不能单独使用，应将混合料应力吸收层与土工布结合使用，先在土工布和格栅之间加铺沥青混合料，然后用改性沥青罩面，才能显著提升施工效果。

4.4 沥青混凝土加铺层的控制

在旧路面加铺约11 cm厚度的沥青混凝土层后，旧路面板仍为主要的受力层，其残余拉应力的确定较为关键。而对于加铺厚度≥15 cm的全厚度路面，旧路面混凝土板则并不为主要受力层。在加铺沥青混凝土施工过程中，应加强对改性沥青混凝土防反射裂缝能力而非抗车辙能力的分析，最好加铺双层的改性沥青，其抗裂能力将比单层厚度结构至少提升5～6倍。

对于旧路面加铺沥青混凝土路面施工而言，玻纤格栅及土工布虽然防裂效果良好，但是如果施工不当，必将形成夹层，所以应妥善处理加铺沥青层与旧路面板、沥青层间的连接界面。土工布浸渍改性沥青后将形成一层性能稳定的应力吸收膜，能有效增强土工布的防裂性能。此外，由于路面车辙多出现于中面层，所以本工程路面加铺层应选用Saperpave设计的整体性强的AC-20Ⅰ沥青混合料。其在路面加铺施工前反复进行混合料试验以便确定出最佳级配，施工时实施抽提监测，确保级配的稳定。考虑到本工程车流量多、荷载大的实际运行情况，为提升上面层的抗车辙性及抗水损性，还应在上面层沥青混合料中按一定配合比掺加聚酯纤维与抗剥落剂，预防早期破坏。

5 结语

旧路面加铺沥青混凝土施工技术在高速公路路

面工程施工中应用日益广泛，通过加铺可以实现道路使用性能的改善、路基稳定性的提升、路面使用寿命的延长。根据本文分析可知，柳州至南宁高速公路改扩建工程加铺沥青混凝土路面反射裂缝应力吸收层摊铺施工采用摊铺机和压路机，在罩面厚度和水泥板处置技术相同时，反射裂缝应力得到有效控制。为加强旧路面加铺施工质量控制，必须重视旧路面结构和路基已丧失承载力的恢复，还应将混合料应力吸收层与土工布结合使用，在土工布和格栅之间加铺沥青混合料，并用改性沥青罩面，能显著提升施工效果，对类似工程施工具有很大的参考借鉴价值。

[1]徐 昔，马国辉.国省干线公路工程中灾害路面沥青加铺施工技术[J].交通世界，2019（8）：18-19.

[2]張 澄.新铺沥青混凝土降温规律实测与分析[J].现代交通技术，2019，16（1）：34-37，48.

[3]季 节，苑志凯，于海臣，等.水泥混凝土桥面水泥基防水黏结层材料性能评价[J].北京工业大学学报，2019（4）：1-8.

[4]何玉枝，王乃勇.基于绿色理念下水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的技术[J].工程建设与设计，2018（24）：21

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[5]张东迎，王文超，虞将苗，等.基于有限元方法的一种应力吸收层铺设方式数值模拟分析[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2018，42（5）：877-879，884.