无纺土工布碎石封层在G580线沥青路面修复中的应用

邱志龙 张良 刘冬林

摘 要：近年来，随着新疆公路建设的不断推进，各地州主要公路干线网已经逐步完善，随着公路建设里程的增加，沥青路面的病害也日渐增多，特别是在自然环境相对较恶劣的南疆各地州。为解决旧沥青路面出现的病害，提高养护设计工作成效，经过实践总结在拟修复的沥青面层与碎石封层之间设置一层渗透沥青的无纺土工布，能有效阻止并延缓沥青面层的反射裂缝，大大提高公路的服务年限和行车舒适性，经过实践证明这是一种十分经济有效的道路功能性修复技术[1]。

关键词：旧沥青路面;防治裂缝;无纺土工布;碎石封层

中图分类号：U414 文献标识码：A

0 引言

国道580线（阿拉尔至和田段）位于塔里木盆地中，本路段以大陆干旱沙漠气候为基本特征，由于道路整体沿和田河布设，在一定程度上表现为区域气候特征，即昼夜温差较大，冬季干燥低温（最低-28℃），夏季干燥炎热（最高空气温度45.9℃、地表温度77.8℃）。本路段内沙尘、大风天气较多主要分布在春季和夏季，其中大风季节时间最长达6个月（4—9月）。

1 原路概況

本路段于2008年交工接养，2009年道路运营过程中，由于车辆荷载的反复作用和自然气候因素的不断影响，不同程度上产生了路面裂缝，如横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝。裂缝的分布以横向裂缝为主，发展速度极快，如不及时对以上病害进行处理，将出现以下发展趋势：首先，以横向裂缝处为边界，在雨雪水、风沙和车辆荷载的作用下，沥青路面产生沿横向裂缝重度龟裂的碎裂带;其次，碎裂带将继续发展，扩散至其余未受影响路面，严重时形成路面坑槽带。这些面层病害的出现将严重影响车辆行驶舒适度和行车安全，极大地削弱G580线的运营水平、降低公路正常使用年限。

原路面结构为：4 cm厚沥青路面表面处置+12 cm级配砂砾+30 cm天然砂砾，老路面验收弯沉为：50（1/100 mm）。

这一问题的出现，引起了养护单位工程技术人员的极大关注，经过对本路段病害调查、试验、分析、比较，得出结论为以下几点：第一点，引起裂缝的主要原因是沙漠地区气候干燥、昼夜温差大，造成路面温缩裂缝;第二点，在冬季路面裂缝宽度明显有增大趋势，在雨雪水、风沙、渗入缝隙后，在车辆荷载的反复作用下，裂缝继续扩大、破坏，直至沥青面层出现重度龟裂和坑槽。

2 道路病害处理思路

根据此病害的特征要处理好，就要解决两个方面的问题：一方面是解决老沥青路面的反射裂缝，另一方面是在选用的沥青面层中其材料应具备一定抵挡温缩变形的能力。处理反射裂缝的经验做法是设计足够厚的面层。而在日常养护工作中发现，当沥青面层厚度达到6 cm以上时，抵抗反射效果才随厚度增加而提高，由于该方法成本过高，故不宜推广应用[2]。

3 作用机理及材料要求

3.1 无纺土工布材料使用背景

近年来，随着科技的发展，材料强度得到大幅提高，新材料、新工艺在工程中的应用变得越来越广泛。在国内外相关研究以及实验中发现，旧沥青路面的功能性修复施工时，加入专用土工布对路面裂缝的修复处理效果十分明显。但是无纺土工布与之相比，更加经济。

充分比选后，发现在利用原有沥青路面的基础上，加铺无纺土工布做碎石封层罩面[3]是一种既能修复路面又能节约成本的设计方法。浸透沥青的无纺土工布夹层既可有效地减缓反射裂缝，又可防止雨雪水、风沙沿裂缝渗入基层。因此在旧路面改造工程中，我们选择了无纺土工布碎石封层罩面这种复合性技术。

3.2 旧沥青路面罩面处理要解决以下两方面的问题

（1）旧沥青路面温缩裂缝引起的反射裂缝。在旧沥青路面上铺设土工布可以将旧路的温缩应力更好地传递、扩散、均匀分布，分解、减小集中应力对新路面作用引起的拉应力，从而将减少新路面出现的反射裂缝。新路面下的土工布可将温缩应力均匀地重分布在老沥青面层上，并分解、减少应力集中，从而减少、消解部分应力的能量，使新路面的温缩裂缝减少。

（2）罩面所用的沥青混合料自身的温缩裂缝。在集料的选择方面规定：沥青碎石封层必须满足一定的抵抗温度变化的能力，能克服温差变化导致的变形。碎石选用单一粒径8～10 mm，单一粒径空隙率大，碎石之间的沥青膜厚度大，沥青膜与无纺土工布之间的纤维结合更提高了沥青膜的抗拉能力，修复后的新沥青路面抗裂性能和防渗水性能大大提高。

（3）无纺土工布材料特点及施工要求。无纺土工布材料特性：①抗拉伸性能优异;②与路面、沥青的接触面大，更容易将应力分布扩散均匀，不易产生集中裂缝;③在与沥青的接触中更容易吸附、渗透形成整体作用，抗裂、防渗水，且整体修复成本较低。

首先，由于本次路段采用的无纺土工布拥有较佳的延展性能和抗刺（胀）能力，通过增大应力扩散面积，来削弱在沥青面层裂缝处出现的集中应力，从而消解由于温缩作用拉伸应力产生的能量。其次，该无纺土工布具有较强的耐高温能力（也可应用于热铺施工），热铺施工时，沥青混合料温度高达150℃。由于聚酯玻纤无纺土工布在150℃高温下不会出现融化或软化，因此其材料性能能满足热铺要求。

1）聚酯玻纤无纺土工布性能指标。聚酯玻纤无纺土工布既能人工摊铺亦能机械摊铺，由于

该型土工布单面烧毛的独特工艺性能，在铺设后不会被机械车轮带起，适合现场快速化施工。

2）无纺土工布施工程序。土工布作为一种新材料，具有独特的施工工艺，施工程序如下：

第一步：清理工作面;安排专人打扫原有沥青路面碎裂颗粒、土渣及其他杂物，原沥青面层表面需保持干燥，不得出现二次污染。铲除原路面凸出部分，对原沥青面层破损严重的坑槽，应挖除其损坏位置，并采用沥青混合料进行修补。路面裂缝5 mm以下的可不用处理，封层施工时乳化沥青自然灌入会进行灌缝处理，但5 mm以上的必须处理，避免封层出现反射裂缝。

无纺土工布沥青碎石封层的施工质量，极易受施工时段的天气影响，严禁在风力三级（含三级）以上、雨雪或者低温（沥青面层表面温度低于10℃）天气施工。并且在施工过程中随时关注天气变化，降雨过后沥青面层湿度大于75%时应暂停施工。

第二步：在喷洒改性乳化沥青前，应将待铺设区面层清理干净，其用量应控制在1.6 kg/m2，改性乳化沥青的加工关键工序为温度控制，沥青在加热过程中应随时测量控制温度，沥青洒铺温度宜控制在40～50℃。乳化沥青喷洒时，应保证撒布均匀，严禁过度撒布，撒布横向宽度需超过土工布边缘10 cm为最佳。

第三步：①铺放无纺土工布，铺放过程中，应注意将烧毛粗糙的一侧朝上，先将无纺土工布一端使用固定器定死，然后使用机械或人力拉紧，土工布的伸长率应控制在1.0%～1.5%，为充分发挥无纺土工布的性能，需对其进行预张拉处理。无纺土工布摊铺应平整，平直地紧贴沥青面层铺设向前，严禁铺设过程中出现折叠或者起皱，接口处可互相搭接15 cm。无纺土工布根据现场不同情况可采用固定钉或薄铁皮作为固定材料;其中为便于快速施工固定钉可选择水泥钉或射钉等;为保证土工布固定不发生移动或变形，薄铁皮可采用厚度为1 mm、宽度3 mm。②无纺土工布横向、纵向搭接宽度宜采用5 cm，按布设前进方向采用前端压后端的方式进行，布设完成后可用乳化沥青或热沥青进行胶结，再用水泥钉或薄铁皮进行固定。当搭接过宽时，搭接处夹层变厚，面层与基层结合力减弱，容易导致面层起鼓、脱离、位移等不良影响。如出现搭接超过设计规定值，应切开后废弃。③无纺土工布的平面线型布置宜采用直线。在即将进入弯道时，将无纺土工布在弯折处断开，堆叠铺设后喷洒粘层油胶结。安放无纺土工布时应避免出现褶皱，如出现褶皱且褶皱高度>2 cm，应当裁去褶皱部分后沿布置方向上进行搭接，搭接处喷洒粘层油胶结。

第四步：当无纺土工布布置好后，轮胎压路机再进行碾压2遍，保证土工布与旧沥青面层密贴。

第五步：在无纺土工布上均匀洒布改性乳化沥青碎石封层。

沥青碎石封层应在洒布后及时碾压，可采用16吨轮胎压路机进行碾压，匀速2 km/h，碾压采取两边后中间、先慢后快的原则，每次碾压重叠宽度30 cm，碾压次数≥5次。开放交通后，行车速度对路面的影响也非常大，在刚碾压完成的路面上，车速控制在30 km/h以下时轮胎带起的石料非常少，高速行驶车辆能将大量未粘结成型的石料带起脱落，造成行车道上石料大面积脱落，并将带起的石料对过往车辆形成危害。因此在开放交通后的几天时间里（根据天气温度和碾压成型情况），要安排专人指挥控制交通，车速不得超过30 km/h，以确保碎石封层的施工质量。

4 结语

2010年已对本段路采用无纺土工布碎石封层进行了施工，施工中采用的新材料实际性能在完工运营阶段，取得了超出意想的成效，竣工运营至今十余年时间内，道路路面未出现反射裂缝，而2016年施工的路段，由于未采用此方法的路段均已不同程度出现反射裂缝。可见，拟修复的沥青面层与碎石封层之间设置无纺土工布，与直接加铺沥青路面的方案相比，不仅可以大大降低建设费用，又能明显提高路面使用年限，改善原路面層性能，养护成本大幅降低、行车舒适性大大提高。

参考文献：

[1]公路沥青路面养护设计规范：JTG 5421-2018[S].

[2]费乐.土工布在107国道沥青路面大修中的应用[J].交通世界，2006（6）：56-59.

[3]公路沥青路面养护技术规范：JTG 5142-2019[S].