常规复合式路面主要病害分析

周献高

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

当前国家经济正飞速发展，交通量和轴载大幅增加，公路建设质量面临严峻考验。常见的水泥混凝土路面及沥青路面的材料和结构性能上的局限性也逐渐暴露出来。为克服各自的不足，发挥其各自优势，近年来“复合式路面”在国内高等级公路及城市道路中广泛推行[1]。复合式路面由沥青混凝土路面和水泥混凝路面组合而成，前者主要用于上面层，后者主要用于承重层，通过两者的组合来最大限度地发挥各自的优势，通常又分为“常规复合路面”和“新建复合式路面”，前者又称为“白改黑路面”，即直接在旧水泥混凝土板层上方加铺沥青面层[2]。

20世纪末及21世纪初期间建设的水泥混凝土路面的使用功能已不能满足当前要求，且出现不同程度病害。如全部推倒重建，要花费大量人力、物力、财力和时间，这对一些位于城市中的道路改造带来了严重困扰。此时，常规复合路面应运而生，即当旧水泥混凝土层表面功能变差，而承载力基本能够满足使用的要求时，通过沥青罩面延长其使用寿命并提高行车舒适性。

然而，复合式路面是最近十几年才出现，在工程实践中并未广泛和大规模的运用；同时其病害产生机制及处治技术的研究还不够深入。本文将总结我国常规复合式路面的常见病害及产生原因，探讨常见病害的防治措施，同时结合广西桂林常规复合式路面的实际工程案例进行病害分析，为常规复合路面病害防治提供参考。

1 常规复合路面常见病害

我国常规复合路面通常出现沥青层面脱皮、车辙、坑槽、水泥混凝土板底脱空和沥青表层的反射裂缝等病害情况，其中又以沥青表层的反射裂缝最为典型，其它病害的发生都与此息息相关[3-5]。因此，本文重点对常规复合路面出现的反射裂缝病害进行重点分析。

由下层水泥混凝土板裂缝或接缝导致上层沥青混凝土底面开裂，并进一步由沥青混凝土底层扩展至表面出现的裂缝称为“反射裂缝”。通常认为当地气温的交替变化及当地行车荷载因素及二者的联合作用是导致反射裂缝出现的主因，对于气候湿润的地区，湿度因素也将为反射裂缝的产生创造条件[3]。

而大量研究表明，气温的变化是导致反射裂缝出现的关键因素。外界气温的下降将导致底层水泥混凝土板收缩，依靠层间的粘结效应，将牵扯上面层结构一起产生收缩，导致水泥板接缝和裂缝顶面所辐射的沥青混凝土面层区域发生拉应力集中情况。随着拉应力不断增大至超过上面层结构的抗拉强度时，表面将出现开裂[6]。另一方面，当行车荷载出现在旧混凝土承重层的接缝和裂隙处时，将导致该处两侧因应力不均而出现差异性沉降，从而导致对应顶面沥青加铺层出现应力集中现象，使该处的剪应力瞬间增大，随着剪应力增大至沥青混凝土层的极限抗剪强度而导致表层裂缝的出现[7-8]。

2 常规复合路面常见病害防治

常规复合路面病害防治措施主要从加铺前旧水泥混凝土路面板处理、改善沥青加铺层性能及设置中间防裂层三方面进行[6]。

2.1 加铺前旧水泥混凝土路面板处理

在对旧混凝土板进行上面层加铺前，通常要对土板的状态进行调查，针对其板底脱空处进行压浆处理，进而达到填充、贴密及改善板底的平整性的目的，增强其抗裂效果[10]。

2.2 改善沥青加铺层性能

通常采用增加沥青层厚度及改善沥青材料等措施来提高沥青加铺层的性能。为防止面层反射裂缝的产生，通常将面层厚度增加至15～25 cm，厚度的增加一方面削弱了底层温度变化幅度，另一方面增加了结构抗剪刚度[10]。而在材料上面的改进主要通过使用改性沥青或选用在混合料中掺入纤维材料，以增强沥青面层的抗裂性能。综合分析可知，前者在增加至一定范围厚度内对沥青抗裂性提高有效；而后者面临昂贵的改性费用，不经济。

2.3 设置中间防裂夹层

通常采用级配碎石、SAMI应力吸收层及土工合成材料作为中间层[10]。

常采用较粗颗粒的开级配碎石作为中间层，利用自身较大的孔隙率达到削弱温度和行车荷载影响的效果。因其费用较高，国内未大面积推广，而在西方发达国家运用较多。

而SAMI作为一种高韧性、低模量吸收材料，从理论上分析，其能有效吸收应力集中区域的应力，起到较好的防裂效果。但这种软弱夹层在实际中实施难度大，由于施工等因素的差异，处治效果不稳定。

设计土工合成材料成为了当前最为主流的处治方案，其中以土工织物和玻纤格栅为代表，前者利用其低劲度、低模量特点，对层面应力起到良好吸收效果；而后者利用其高劲度、高模量特点，对层面的应变起到了良好吸收作用，且二者无论在经济性和有效性方面都具有良好表现。

3 实体工程案例

3.1 工程概况

桂林市环城南二路位于桂林市象山区，为城市主干路，水泥混凝土道路，设计时速50 km/h，道路起于八中十字路口，终于净瓶山桥西端，标准路段路幅宽50.5 m，六块板形式，双向六车道，横断面布置为四幅路，机动车道宽为2×12.25 m，路线全长为2 205.682 m，起点桩号为K0+000，终点桩号为K2+205.682。道路两侧基本为已建成区，主要有北斗商区、德天商业广场、广西城市建设学校等。地理位置见图1。

图1 工程地理位置图

该城市道路起初于2016年2月采用“白改黑”加铺沥青面层方案进行改造，4月份环城南二路部分路段加铺的沥青混合料面层陆续出现裂缝类病害。

3.2 路面结构强度检测

因本次检测为复合路面，即水泥路面上加铺沥青路面，为判断路面产生裂缝的原因，采用落锤式弯沉仪对沥青路面出现横向裂缝的位置进行路面弯沉检测，具体方法为横向裂缝上下各测一次弯沉，检测结果见表1。

表1 环城南二路(K0+700～K2+000)路面弯沉值结果表

从表1检测结果可知，复合路面左幅二车道路最大弯沉值为126.8(0.01 mm)，为右幅二车道弯沉最大值的2.8倍，最小值为16.8(0.01 mm)，为右幅二车道弯沉最小值的2.2倍，标准差为19.6，为右幅二车道弯沉标准差的2.2倍；反映出左右两侧车道的弯沉出现明显的差异性，右幅二车道弯沉明显大于左幅二车道，由于这种差异性沉降将导致对应位置路面出现剪应力集中现象，随行车荷载的反复作用，当集中剪应力超过沥青混凝土加铺层的抗剪强度时，造成反射裂缝的出现。结合现场裂缝位置，发现表层的横向裂缝位置与旧水泥混凝土底板的横向接缝位置基本吻合，这也是典型反射裂缝的出现位置。结合该位置弯沉结果可知，该处路面承载力能力偏低，主要是因底下旧水泥混凝土路面板整体稳定性差，随温度应力和行车荷载的反复作用，板缝处过大竖向位移引起较高水平的应力集中，使沥青面层过早地疲劳开裂，若不及时进行处理，将引发更加严重的路面破坏。

3.3 路面内部的构造和缺陷检测

为了进一步探索沥青加铺层、旧水泥混凝土板和二者层间的结构，采用探地雷达探测路面破损段的地下结构。探地雷达的工作原理如图2所示，整理典型雷达异常图像见下页图3。

图2 探地雷达工作原理示意图

从图3异常雷达图分析可知，左右幅都有脱空、裂隙、不密实、孔洞等病害；左幅较右幅出现的病害更为明显，多处路面地下介质检测存在脱空、不密实、孔洞情况，这与弯沉检测的差异性结果一致。在行车荷载和温度应力的反复作用下，在这些病害位置极易出现剪应力集中的情况，进而引发路表面反射裂缝和路面沉陷的出现。

(a)裂隙

(b)脱空

(c)不密实

(d)孔洞

4 结语

(1)反射裂缝是常规路面最为普遍的路面病害，应从减小温度拉应力和行车荷载剪切应力两方面来进行防治。

(2)针对加铺前旧水泥混凝土路面处理、改善沥青加铺层性能及设置中间防裂夹层等复合路面病害的三大防治措施，应综合经济性、施工可操作性及处治效果等因素进行综合考虑。

(3)由上述分析可知，广西桂林市环城南二环道路加铺的沥青混合料面层陆续出线裂缝类病害主要为反射裂缝，主要因下部旧水泥混凝土板整体稳定性差，加之外界温度应力和行车荷载的反复作用，导致反射裂缝及沉降的产生，其位置主要集中在旧水泥混凝土板的接缝处。建议根据路面病害的严重程度，采取不同方案处治，针对其板底脱空处进行压浆处理，进而达到填充、贴密及改善板底的整体性的效果；同时，针对较为严重的灾害部位，考虑对层面铺设土工织物夹层，吸收层间的应力，恢复道路各结构层应有的强度和稳定性。

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