浅析城市道路“白改黑”改造设计

沈金荣

(福建省龙岩市城乡规划设计院 福建龙岩 364000)

引 言

水泥混凝土路面由于其固有的使用性能及特性在我国城市道路建设中占据着十分重要的地位并得到了飞速的发展，水泥混凝土路面的建设极大地推动着城市经济与社会的发展。但是近年来，随着城市建设及经济的迅猛发展以及水泥混凝土路面使用年限的到来，城市交通量的剧增、汽车轴载的增大加上设计或施工等方面的原因，城市水泥混凝土路面出现了诸如断板、角隅破损或断角、路面沉陷、开裂、错台、板底脱空、填缝料脱落等病害，严重影响了城市道路的使用性能及行车的舒适度[1]。为此如何对破损的城市水泥混凝土路面进行修复改造是很多城市面临的主要问题之一。经过实践证明在城市旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层(白改黑)，是一种快速便捷且有效的路面修复技术。该技术能充分利用原有路面的剩余强度;并直接在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层，能有效提高路面的平整度、耐磨性、抗滑性能以及路面行车的舒适度和安全度;同时该技术便于养护和维修，具有修复周期短，对交通及环境影响小等特点，能适应城市道路交通流量的特点，在国内外城市旧水泥混凝土路面改造中得到了普遍应用。

然而，由于在城市旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层组合而成的复合式路面结构同时具有水泥混凝土路面的刚性及沥青面层的柔性的特点，两者材料特性差异较大容易产生车辙或推移。同时由于城市旧水泥混凝土路面本身存在着接缝和裂缝，加铺的沥青面层在受到交通荷载和温度变化耦合或单独作用下会产生受拉疲劳和剪切疲劳，在交通和环境的进一步作用下从而引起沥青面层的反射裂缝。通过实践证明车辙可以通过沥青改性加以控制，推移则可通过沥青加铺层厚度不小于12cm加以控制[2]。通过调查发现反射裂缝一经形成，不仅对城市道路路面的美观和行车的舒适性能造成影响，同时还大大缩短城市道路的使用年限，反射裂缝成了“白改黑”改造技术中的最为关键的问题之一。鉴于此，采用经济合理且有效的措施防治城市水泥混凝土路面加铺沥青面层中产生的反射裂缝等问题，对于提升城市道路行车的舒适度、延长加铺后道路的使用寿命、节省工程造价具有非常重要的现实意义。为此，本文从龙岩市城市水泥混凝土路面加铺沥青面层改造工程实例出发，结合华莲路(龙腾路 -西安路)“白改黑”改造工程设计实例，在对该道路旧水泥混凝土路面进行调查检测评价的基础上，提出一个经实践证明有效的防治反射裂缝问题的设计方案，以期为类似的城市道路“白改黑”改造设计提供依据及参考。

1 城市道路改造工程概况

华莲路位于龙岩市城区中南部，在《龙岩中心城市主城区道路红线规划(2013-2030)》中属东西走向的主干道，为中心城市主干路网“四纵五横”中一横的组成部分，原有路面为水泥混凝土路面，道路红线宽度40m，分配形式为三块板，道路分配型式为:4.5m(人行道)-5m(辅道)-3m(绿化带)-15m(机动车道)-3m(绿化带)-5m(辅道)-4.5m(人行道)。近年来随着龙岩市经济的快速发展，城市建设的南移，以及人流、车流的极剧增长，该道路水泥混凝土路面出现了不同程度的病害，如(图1)所示，同时该道路三块板的分配型式已满足不了道路使用功能的要求，对该道路的改造迫在眉睫，为此该道路被列入2012年城市道路改造重点工程之一。华莲路(龙腾路-西安路)道路改造工程起点位于与龙腾路交叉口，桩号为 K0+000，终于与南环路交叉口，桩号为K1+355.024，改造长度为1200m，改造内容主要是路面“白改黑”改造，拆除道路两侧绿化带，新建中央绿化分隔带，改造为两块板形式，改造后断面分配型式如下:4.5m(人行道及非机动车道)-14m(车行道)-3m(中央绿化分隔带)-14m(车行道)-4.5m(人行道及非机动车道)。

2 旧水泥混凝土路面的检测评价

图1 旧水泥混凝土路面各种病害

在进行城市道路加铺改建前，为便于进行道路加铺方案的设计和施工决策，首先需要对原有路段旧水泥混凝土路面进行全面的调查和检测，包括断裂板、脱空、接缝传荷能力等检测，通过逐段进行统计，掌握第一手的外业资料，以全面客观地评价目前水泥混凝土路面的状况。

2.1 旧水泥混凝土路面的检测评价指标

依照《公路水泥商品混凝土路面养护规范》(JTJ073.1-2001)的规定，对于旧水泥混凝土路面的抗滑能力一般不作为评价指标，主要从路面结构的承载力、平整度及破损状况等三方面进行检测评价。接缝传荷能力能够反映路面的结构性能，代表着城市旧水泥混凝土路面的结构承载力，采用落锤弯沉仪或梁式弯沉仪测量接缝两侧的弯沉，通常以板中代表弯沉值及接缝传荷系数等指标来评价旧水泥混凝土路面的结构承载力，依据指标值对照接缝传荷能力评价表分为优良、中、次、差等四个等级。旧水泥混凝土路面的平整度对路面行驶质量的影响较大，检测的方法主要有国际平整度指数法或3m直尺法，通过连续测得路面平整度标准差来作为平整度指标。城市旧水泥混凝土路面的破损状况采用断板率和平均错台率两项指标评价，通过调查破碎板块、开裂板块、板边角的破损状况，可以直观的反映旧路的破损状况，并根据断板率把路面损坏状况分为优良、中、次、差等四个等级，为旧水泥混凝土路面的加铺提供依据。

2.2 华莲路旧水泥混凝土路面的检测评价结果

依据上述理论，对华莲路(龙腾路-西安路)的旧水泥混凝土路面状况进行检测评价，具体检测结果及评价如(表1)所示。由(表1)结果所示可以看出该路段承载能力为中等水平、路面的行驶性能较差、破损程度为次等，鉴于此，通过对局部路段进行加固后的路面可以作为加铺后复合式路面的承力层。

表1 华莲路旧水泥混凝土路面检测评价结果

3 旧水泥混凝土路面处治方案

为使得旧水泥混凝土路面加铺沥青面层后的复合式路面达到良好的使用性能，在沥青面层加铺前必须对旧水泥混凝土板的处治效果进行检测及评价，检测及评价的结果必须符合相应的规范及设计要求(控制标准为处理后的水泥混凝土板弯沉值应≤0.2mm，相邻板块间的弯沉差应≤0.06mm)。为此在对华莲路进行加铺前需依据该道路旧水泥混凝土路面的调查和检测结果采取相应的处治方案，并对处治后的水泥混凝土板进行弯沉值检测，依据检测的弯沉值评价相应板块的处理效果，对检测评价结果不符合相应规范及设计要求的板块应进行再处理，直到符合要求为止。

3.1 板块换修

旧水泥混凝土路面破碎板块的处治一般依据相应的病害程度采用换板或修补的方法。对于旧水泥混凝土板块有两条以上的裂缝、两个破损角或只有一个破损角但面积大于1/4的板块应进行换板处理;对于板块内仅有一条贯穿缝，或一个破损角，且破损角的面积小于1/4板的应对板块进行局部维修。如路面基层出现破坏的应在处理好基层的基础上再进行板块的换修处理。换板处理时采用液压镐凿除旧水泥混凝土板，如大面积的换板应采用撞击式破碎机进行破除。在进行板块局部维修时要保证好的板块部分不受到破坏，为此应先用切割机具把破碎板块与好的板块切割分离，然后再采用人工破碎的方法破除旧水泥混凝土块。同时为达到好的效果还应凿毛旧水泥混凝土连接面，并用插入式振捣器，振动梁刮平提浆，并用人工抹平，按原路面纹理对混凝土表面进行处理。

3.2 裂缝整治

当板内有裂缝且板内无错台时，则不需换板，只进行裂缝维修和混凝土加固即可，对于小于1cm的缝，采用灌缝进行处理，对于大于1cm的缝，采用填缝进行处理。构造缝(横缝、纵缝、胀缝和施工缝)采用混凝土路面专用填缝料，对其进行灌缝处理。灌缝处理时应先清理构造缝中的填缝和夹杂的砂石、凝结的泥浆等杂质，处理结果要达到相应的规范及设计要求。

3.3 错台维修

当错台高差小于1cm，可用切削机械凿除错台，修补纵坡变化控制在1%以内。当错台高度大于1cm时，且有一块板不稳定时(如弯沉差大于0.06mm)，应进行换板处理。

3.4 脱空处治

对于经检测评价确定为板块脱空时(弯沉值大于0.2mm，且弯沉差小于0.06mm)，板块间具有较好的传荷能力，可进行灌浆处理。旧水泥混凝土面板与基层之间由于空隙而导致路面沉陷的，采用灌注水泥浆进行板下封堵，灌浆完成后的水泥混凝土板块，需等灰浆强度达到3.0MPa以上后才可开放交通。

4 道路“白改黑”路面结构设计

反射裂缝是旧水泥混凝土路面加铺沥青面层时面临的主要问题之一，长期以来，国内外道路学者对反射裂缝的防治进行了深入的研究，也提出了多种防治反射裂缝的措施，通常有优化基层材料和配合比设计、提高面层厚度和改善沥青面层的性能、加铺土工织布或格栅、在面层和基层之间增设级配碎石层、设应力吸收层等[3]。近年来随着稳定型橡胶改性沥青路面技术的应用，稳定型橡胶改性沥青应力吸收层作为防治反射裂缝的措施在福建地区得到了很好的推广应用。为此，华莲路(龙腾路-西安路)“白改黑”改造工程拟采用稳定型橡胶改性沥青及稳定型橡胶改性沥青应力吸收层作为沥青加铺层。

4.1 稳定型橡胶改性沥青及其应力吸收层

稳定型橡胶改性沥青作为一种新的材料与技术，是在重交沥青中参入废旧的轮胎橡胶粉后在高温环境下通过搅拌、溶胀、研磨并添加一定的外加剂的作用下形成的胶结复合材料。该材料具有热稳定性好、不离析、不沉淀、热储存时间长并可进行批量生产及长距离输送等优点而受到广泛的应用。

稳定型橡胶改性沥青应力吸收层是指以橡胶改性沥青作为粘结剂，铺筑于水泥混凝土路面与沥青面层之间或半刚性基层与沥青面层之间，为防止反射裂缝而设计的高弹性、高变形能力的橡胶改性沥青碎石封层，它能吸收下层裂缝部位的应力集中，防止上层沥青路面对应形成反射裂缝，且起到防渗水的作用[4]。该应力吸收层在抗剪切、抗拉强度、防治反射裂缝等方面均优于其他类型的应力吸收层，具有以下几个优点。

(1)具有较好的抗剪切强度，能有效减少沥青加铺面层与旧水泥混凝土路面的相对位移。

(2)具有良好的防水性能、抗变形能力及良好的柔韧性，能有效阻止路表水的渗透，从而保护路面不受到水的破坏，并能减少和防治沥青加铺面层的反射裂缝。

(3)该应力吸收层增加了沥青加铺面层与旧水泥混凝土路面之间的结合，能消除两层结构之间的滑移，并减少由于温度变化引起的沥青加铺面层内的拉应力及拉应变。

4.2 路面结构设计

华莲路(龙腾路-西安路)现有路面结构形式为水泥混凝土路面，此次路面改造为“白改黑”，在水泥混凝土路面上加铺稳定型橡胶改性沥青混凝土路面，为有效遏制水泥混凝土路面裂缝的反射，在水泥混凝土路面上加铺一层1cm厚的稳定型橡胶改性沥青应力吸收层。根据《龙岩中心城市主城区道路红线规划(2013-2030)》华莲路为主干道，因此该道路沥青混凝土路面结构的设计使用年限为15年，利用相应的城市道路路面结构设计及计算软件进行对设计弯沉值和沥青层层底的拉应力进行验算，设计弯沉值为Ld=0.241mm，经验算后加铺的沥青混凝土路面结构形式确定如下:1cm厚的稳定型橡胶改性沥青应力吸收层+≥8cm厚的AC-20C型中粒式稳定型橡胶改性沥青混凝土调平层+4cm厚的AC-13C细粒式稳定型橡胶改性沥青混凝土面层。

5 华莲路“白改黑”改造效果

华莲路(龙腾路-西安路)“白改黑”改造工程已于2012年底完成，在改造完工后及时对加铺后的复合式路面结构进行了各项指标的检测，检测结果都能符合规范及设计的有关要求，道路改造后情况如(图2)所示。该改造后的道路自投入使用以来使用状况良好，并未出现诸如反射裂缝、滑移等病害，能满足道路使用功能的要求，行车舒适度较好，得到了当地市民的好评。

6 结语

图2 道路改造后图片

近年来龙岩市陆续对城区的一些道路如登高路、南环路、曹溪路、九一南路、西安南路等水泥混凝土路面进行“白改黑”改造，在改造中采用1cm厚的橡胶沥青应力吸收层+≥8cm厚的AC-20C型中粒式稳定型橡胶改性沥青混凝土调平层+4cm厚的AC-13C细粒式稳定型橡胶改性沥青混凝土面层作为加铺层，目前使用状况良好，均未出现反射裂缝等病害。同时漳州市漳浦县金浦路原有路面为水泥混凝土路面，在原有路面出现了相应的断板、开裂及错台等病害后于2010年进行了“白改黑”改造，该改造方案采用稳定型橡胶改性沥青作为应力吸收层用于防治沥青加铺层的反射裂缝，取得了很好的效果。鉴于此，通过借鉴国内外旧水泥混凝土路面“白改黑”改造的研究理论成果及实践经验，对城市道路“白改黑”改造设计中旧水泥混凝土路面状况检测评价及处治、新型材料稳定性橡胶改性沥青混凝土的应用、加铺沥青混凝土路面结构层的设计等方面进行总结与探讨，以期为类似的城市道路“白改黑”改造设计提供依据与参考。

[1]赫金东.旧水泥混凝土路面加铺沥青层反射裂缝的成因与防治措施[D].重庆交通大学，2010.3.

[2]张肖宁，邹桂莲，王绍怀.旧混凝土路面上沥青加铺层的抗反射裂缝能力[J].华南理工大学学报，2001，29(8):82-85.

[3]李宇峙，张起森，刘朝晖等.长永高速公路旧水泥混凝土路面上沥青混合料加铺层结构设计[J].中外公路，2001，21(4):6-9.

[4]何金棠.橡胶改性沥青在白加黑路面罩面应力吸收层中的应用[J].公路交通技术，2010，(2):30-32.