应力吸收层在复兴路大修工程中的技术应用

袁海燕

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082）

1 工程概述

复兴路（二环—四环）始建于上世纪60年代末期，是配合修建地铁工程的道路恢复工程。道路双向行驶，二环—三环路段红线宽95 m，双向8～10条车道，路面宽35.2 m。三环—四环路段红线宽80 m，路面宽22.2 m，双向5～6条机动车道，路面总宽22.2 m。

原路面结构为水泥混凝土结构，分两层施做，上层为12 cm厚300号混凝土，下层为200号混凝土。复兴路水泥混凝土基础横向分块为6 m+5.1 m+5.1 m+6 m，纵向一般分块为10 m，个别为9～12 m。2000年复兴路进行沥青罩面处理，处理结构厚度8 cm。

2014年启动大修工程，经现况调查面层经过14年使用后病害类型主要为反射裂缝、车辙、网裂及碎裂。反射裂缝是“白改黑”后沥青路面的典型病害，大部分为中重度反射裂缝。本工程的难点为反射裂缝的处置。

2 反射裂缝成因分析[1-3]

反射裂缝是水泥混凝土基础加铺沥青面层的一种常见病害，在温度和车辆荷载的反复作用下，沥青混凝土加铺层受张拉应力和剪切应力作用在水泥混凝土板缝接缝处出现的裂缝。旧混凝土板由于温度变化在接缝处反复张开或缩小，其张拉应力使沥青混凝土面层产生疲劳开裂，即温缩型反射裂缝；旧混凝土板接缝两侧相邻板块产生竖向位移差使沥青混凝土加铺层出现较大的剪切应力，导致沥青面层开裂，即荷载型反射裂缝。是反射裂缝产生的原因。

反射裂缝发育扩展后如不及时进行灌缝处理，水分通过裂缝下渗，滞留在混凝土板与沥青层之间，经过长时间腐蚀和冻融破坏，导致混凝土局部强度丧失，严重的会碎裂或成粉末状；混凝土基层出现局部坑槽，见图1、图2。水分下渗至道路基层，基层会发生唧浆和空洞等破坏形式，造成基层强度丧失，容易引起路面竖向沉降，从而导致沥青混凝土面层进一步的损坏。直观表现为反射裂缝周边沥青混凝土出现碎裂或者沉陷。

图1 混凝土板周边破损

图2 混凝土板周边坑槽

反射裂缝发育的中后期，其周围的沥青混凝土会伴随有网裂、碎裂甚至坑槽、沉陷等病害。反射裂缝按其不同的发育程度分类更为直观并具可操作性。具体可分为三类，标准见表1。典型裂缝见图3～图6。

表1 反射裂缝分类表

图3 重度典型横缝

图4 重度典型横缝

图5 中度典型横缝

图6 轻度典型横缝

复兴路（三环—四环）横向板缝共计总长12 610 m，其中中度、重度裂缝长度9 702 m，占总长度的76.9%。轻度横缝2 908 m，占总长度的23.1%。纵向板缝共计23 412.6 m，中、重度反射纵缝共计8 452.5 m，占总长度的36.1%，轻度裂缝占总长度63.9%。统计见表2、表3。

表3 西长安街（复兴路）反射纵缝破坏统计表

表2 西长安街（复兴路）反射横缝破坏统计表

3 关键技术方案选定

3.1 应力吸收层的选定

通过对复兴路原有路面结构、现况破损状况以及现况交通组成结果分析，在温差和荷载的反复作用下，旧混凝土路面的接缝处的温缩变形引起表层开裂。实践证明，在混凝土板和沥青加铺层间设置应力吸收材料能有效的延缓反射裂缝的发生。目前普遍采用的分为三类，即应力吸收层、土工织物和土工格栅，优缺点对比见表4。

表4 应力吸收材料性能对比表

土工格栅类材料使用范围广，且价格较低，但不具备防水能力。通过前述分析来看，水损害是加剧反射裂缝发展的重要原因，因此用土工格栅类材料进行反射裂缝处理也是不适宜的。

土工织物类材料性能及价格介于应力吸收层材料与土工格栅类材料之间，既能满足局部贴缝处理需要，又能起到防水作用。首先通过反射裂缝进行病害调查统计，轻度反射横缝长度占总长度的23.1%。轻度反射纵缝长度占总长度的63.9%。轻度裂缝的数量较大，如果仅对中、重度反射裂缝进行开缝处理，未处理的轻度反射裂缝存在较大的安全隐患。其次考虑剩余路面沥青材料的性能，反射裂缝局部处理后，剩余的沥青面层为使用13 a后沥青面层老化，其残余性能无法鉴定是否能达到规范指标要求。因此本工程从材料性能、整体性考虑不适宜采用土工织物类材料处理反射裂缝。

经过方案比选最终选定对沥青路面整体铣刨后加铺应力吸收层的处理方式。采用加铺2.5 cm应力吸收层的技术方案延缓反射裂缝的发生，同时以公交车道实际接地压强1.0 MPa，地面温度按70℃进行材料指标设计，对沥青面层材料，分别对高温、低温、水稳定性等提出相应的指标要求，解决公交车道的车辙问题。

3.2 应力吸收层的作用

（1）应力吸收作用：由于应力吸收层具有一定的柔韧性，当沥青路面板受到冲击后，应力吸收层也会因受压而产生变形，从而缓解沥青面层对基层的冲击，较好地分散沥青面层和基层之间的应力，减弱车辆荷载的冲击振动影响，使水泥混凝土路面板实际受到的荷载有所减小，即减小了荷载应力，改善了路面的工作状况，应力吸收层发挥了应力吸收的作用。

（2）抗裂作用：应力吸收层可以减弱车辆荷载对沥青路面的冲击荷载，设置的应力吸收层承受基层顶面温缩裂缝产生的拉应力，应力吸收层具有抗裂性能好、适应变形能力强，能有效阻止基层开裂后向路面板扩展、延伸的趋势，消弱反射裂缝对路面的影响。

（3）防水作用：由于应力吸收层密实不透水，起到隔水作用，能有效防止由沥青面层产生的温缩裂缝。因此，设置应力吸收层，可有效地保护基层，从而使沥青混凝土路面具有良好的耐久性，并且充分发挥使用寿命长的特点。

（4）设置应力吸收层可改善车辆的行驶条件和乘车的舒适性，降低行车噪音。

4 应力吸收层材料指标要求

应力吸收层沥青混合料在延缓旧水泥混凝土路面反射裂缝问题方面具有明显优势，本次西长安街道路大修工程中在地铁防爆层上水泥混凝土路面设置高黏高弹改性沥青混合料应力吸收层，应力吸收层混合料的施工工艺、质量管理及验收参照如下规定执行。

4.1 沥青胶结料及添加剂性能

应力吸收层采用高粘高弹改性沥青，其技术要求见表5。

表5 高粘高弹改性沥青技术要求

4.2 矿料级配

应力吸收层由3～5 mm石料、0～3 mm机制砂、天然砂、矿粉、特种高弹性改性沥青组成。原材料除满足国家行业标准《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）和《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）外，还必须满足下表的相关技术要求。见表6。

表6 应力吸收层混合料矿料级配

4.3 配合比设计指标

应力吸收层采用旋转压实方法成型试件，成型试件直径100 mm，旋转压实仪的单位压力为600 kPa，设定旋转压实次数为50次。根据混合料体积性质、力学性能确定最佳沥青用量。应力吸收层沥青混合料的矿料级配和混合料性能技术要求见表 7、表 8。

表7 应力吸收层混合料矿料级配

表8 应力吸收层混合料性能要求

4.4 改性乳化沥青粘层油（高黏）技术要求

应力吸收层施工前必须洒布SBS改性乳化沥青黏层，代号为 PCR-SBS，洒布量为 0.2～0.3 kg/m2，残留物含量63%，对SBS改性粘层油提出动力黏度（60℃）不小于1 500的性能指标。应力吸收层混合料铺筑前，在旧水泥混凝土路面上应洒布改性乳化沥青黏层，改性乳化沥青不得稀释，应采用洒布车机械洒布，实际洒布量可根据路面表面状况和清洁程度进行调整，见表9。

表9 改性乳化沥青技术要求

4.5 验收指标

应力吸收层的密实度验收采用压实度和现场空隙率双指标控制，厚度、沥青用量、级配的控制标准见下表。应力吸收层的外观、接缝、厚度、平整度、宽度、纵断面高程、横坡等验收标准与《北京市城市道路工程施工技术规范》（DBJ 01-45—2000）、《城镇道路工程施工质量检验评定标准》（DBJ 01-11—2004）等技术规范中要求一致，见表10。

表10 现场检测验收指标

5 结 语

本工程应力吸收层、应力吸收层与水泥混凝土间喷洒的改性乳化沥青粘层油（高粘）是工程的技术难点。为提高技术质量，还有很多设计技术难点。（1）为保证路面平整度，对混凝土板处理采用精铣刨技术。将路面面层平整度控制指标提高到不大于1 cm。（2）为适应工程夜间施工，次日开放交通的特点，采用低温型加热施工式橡胶沥青填缝料。（3）提出符合实际情况的材料指标控制，为提高路面抗车辙能力，按公交车道实际接地压强1.0 MPa，地面温度70℃进行材料指标设计。