旧水泥混凝土路改造加铺沥青面层设计探讨

朱莲芳

摘要：随着我国经济的快速发展，以往建设的水泥路面使用时间长之后产生裂缝或完全破损等现象，严重影响我国经济的快速发展。在旧水泥路面加铺沥青层是改善旧水泥路的对策之一。本文根据工程实例，对旧水泥混凝土路加铺沥青层的设计进行探讨，供同行借鉴参考。

关键词：旧水泥混凝土路面；沥青层加铺设计；反射裂缝

前言

旧水泥混凝土路面由于最近几年车辆的不断增多以及车载重量的增加，道路处于超负荷状态，导致旧水泥混凝土路面的严重破损。在修复改造设计时，由于沥青面层施工周期短以及舒适等特点，加铺沥青面层是目前改善此种道路的首选方案。在旧水泥路面加铺沥青层首先的工作是评定路面使用状况，再进行加铺设计及计算。

一、水泥混凝土路面状况评定

旧水泥混凝土路面结构以及损坏状况是加铺沥青面层设计的重要依据，设计之初对路面的损坏状况进行调查及评价，再提出处理对策。旧水泥混凝土路面一般采用下述指标进行评定：

（一）路面状况指数（PCI）

旧水泥混凝土路面损坏类型可分为裂缝类、接缝类、变形类、松散类等，根据PCI值可划分为优、良、中、次和差5个等级进行评价。评价标准如表1。

（1）

上式中i、j分别为损坏类型和严重程度，n为损坏类型总数；m1为i类型的严重程度等级 为i类型j种程度的扣分值， 为多种损坏时i类损坏j种程度的修正权数。

（二）脱空值

应用弯沉和探地雷达两种检测方法进行检测，对板底脱空的程度采用面积及高度表示。实际计算时建议采用脱空值V作为评价指标。其计算公式为：

（2）

上式中：V为脱空值，cm3：h为脱空区高度，cm：A为脱空区面积，cm2。将脱空值的大小划分为轻、中、重3个等级，一般而言，板角脱空更具危害性，当采用弯沉检测法时，可采用板边实测弯沉作为指标，评定标准如表2所列。采用弯沉作为评定标准时，也要辅助以人工感观，以提高准确性。

（三）接缝性能指数

接缝的使用性能包括传荷能力和基层的支承能力。建议采用接缝性能指数评价接缝的使用性能，其计算公式为：

（3）

上式中：W1和W2分别为接缝两侧有轮载作用下的板边弯沉值和无轮载作用r的板边弯沉值。式（2）中的第一项表示接缝的传荷能力，第二项表示接缝处的基层支承能力。根据S值的大小，将接缝的使用性能分为优、中、差3个等级，其评定标准如表3所示。

二、加铺层厚度计算

旧水泥混凝土路面实施沥青混凝土加铺层设计时，旧水泥混凝土板存在断缝，较难采用力学分析方法，但国内在力学法计算方面不断有相关的研究成果，如“有（限嵌锁）接缝、（可脱空）叠层板”模式、二维、三维有限单元分析等。在缺乏准确计算手段的情况下，经验计算也可作为一种加铺层厚度计算参考，以下介绍几种经验计算方法：

（一）破碎一稳固法

针对破碎严重的水泥混凝土路面，可以采用破碎一稳固法实施加铺层设计。具体步骤为：

（1）将原水泥混凝土板块破碎成30cmx30cm以下的板块；

（2）采用振动压路机碾压，使其与基层充分接触；

（3）采附水泥砂浆进行稳固，增设一定的半刚性基层；

（4）铺筑沥青面层。

将破碎的旧水泥涅凝土路面层板作为底基层，采用弯沉测定反算破碎层的抗压模鼠，按半刚性基层沥青路面设计方法确定基层厚度。沥青面层的厚度宜为9—18cm。

（二）AASHTO法

美国AASHTO的路面设计采用补足厚度缺额的概念确定沥青混凝土加铺层的厚度，其计算公式为：

（4）

（5）

上式中：B为水泥混凝土层厚与沥青混凝土层厚的当量转换系数。是水泥混凝土厚度缺额的函数，由下式确定：

（6）

式中：C1—为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为1.0，否则按每公里未修复接缝和裂缝的数量在0.6-1.0范围内取值；

C2—为考虑旧面层是否存在耐久性问题的系数，无耐久性问题时为1.0，有耐久性裂缝但未碎裂时为0.96～0.99.有少量碎裂時为0.88～0.95，严重碎裂时为0.80～0.87；

C3—为疲劳损坏程度的系数，少量横向裂缝板（<5%）时为0.97～1.0，较多横向裂缝板（5～15%）时为0.91～0.96，大量横向裂缝板（>5% ）时为0.90～0.93。

h-----新路面所需的厚度

he--------旧路面有效厚度

h d ----按现有地基承载力和未来交通要求，由新建混凝土面路设计方法确的单层混凝土面层所需要的厚度（cm）

h n----旧混凝土面层厚度（cm）

三、沥青混凝土加铺厚度和结构型式

当旧混凝土路面的损坏状况和接缝能力评定等级为优良或中时，可以采用沥青混凝土加铺层。加铺层铺筑前应更换破碎板。修补和填封裂缝，磨平错台，压浆填封板底脱空，清除旧水泥视凝土路面层表面的松散碎屑、油迹或轮胎擦痕，剔除接缝中失效的填缝料和杂物，并重新封缝。

行车荷载和防止反射裂缝决定沥青混凝土加铺层厚度，经处理的旧水泥混凝土路面层作为沥青加铺层的基层，其刚度一般较大，基层上的弯沉较小，因此按设计弯沉控制的沥青加铺层的厚度不需要太厚。因此，设计厚度标准应与一般的沥青混凝土路面设计一样。城市旧路改造一般采用两层密实型沥青混凝土结构，沥青混凝土面层的最小厚度为8～1Ocm较理想。

根据旧水泥混凝土路面的使用性能评定结果，表4列出几种结构型式供设计参考，表中沥青面层采用SMA-13。

四、防止反射裂缝对策

（1）提高沥青加铺层的抗裂性措施，主要采用低稠度的优质沥青，在混合料拌和过程中保证沥青不过多氧化：提高沥青混合料压实度；增加沥青含量。

（2）大板加铺沥青面层方案中，对于旧混凝土路面病害处理是至关重要的，妥善处理旧路病害可有效防止路面反射裂缝。加强原有路面裂缝的处理，对宽度大于6mm的裂缝需填缝处理；对脱空的水泥混凝土板实施压浆；破碎水泥混凝土板应进行换板，若基层损坏严重应同步改造。新板与相邻板间应钻孔植筋设置拉杆及传力杆，加强接缝传荷能力，减小板缝弯沉差。

（3）设置应力消减夹层，如橡胶沥青、土工织物、土工格栅夹层、科氏（KOCH）反射裂缝应力吸收系统（Strata） ，瑞士Geovlies系统应力吸收膜等。

（4）设置裂缝松弛层厚8cm以上开级配沥青混凝上底层。裂缝松弛层应与排水层相通，使水能迅速排出。

五、结束语

目前我国道路改造工程中普遍采用在旧水泥混凝土加铺沥青面层，而且行之有效。虽然还没有比较成熟的设计规范及方法，对于评价指标以及特重交通路面的结构设计经验也很不足，这些都需要我们设计人员不断学习、精心设计、积累经验，为我国交通行业贡献自已的一份力量。