浅谈在水泥路面上加罩沥青混凝土防治反射裂缝的处理技术

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【摘 要】沥青混凝土加罩是旧水泥混凝土路面改建工程中的常用方法，但是，沥青罩面层会产生反射裂缝，可以采取各种技术措施延缓或减少反射裂缝。该文分析了反射裂缝的产生机理，提出防治反射裂缝的技术措施及其施工工艺要点，并初步评价实施效果。

【关键词】水泥混凝土路面；沥青混凝土加罩；反射裂缝；机理；技术关键

1 加罩沥青混凝土面层的技术关键

在旧水泥路面各种改建方案中，加罩沥青混凝土是实际工程中最常用的措施之一，尤其是原水泥路面修建不久，随即又面临拓宽改建这种情况，如上海市"三纵三横"城市主干路的组成部分，陆家浜路和华山路等道路拓宽工程，路面结构设计方案为利用原路面，按规划进行拓宽，最后统一加罩沥青混凝土。

水泥混凝土路面上加罩沥青混凝土是一项牵涉面广、影响因素多的课题，主要涉及原路面的评估和处理、加罩层层次和厚度的确定、反射裂缝防治技术的选择和施工工艺等方面，尚需进行不断的探索和研究：

1.1 原路面的评估和处理

加罩前对原水泥路面进行必要的状况评定和处理是影响加罩效果的先决条件。一般可按《公路水泥混凝土路面设计规范》"附件G

旧混凝土路面状况评定"中的有关细则进行综合调研和评价，主要包括各种损坏的归类统计和成因分析，最终对原路面做出分级评定，这里不一一熬述。考虑到水泥路面上加罩沥青混凝土相关的技术问题（主要是反射裂缝问题），本研究着重对原水泥路面接缝的弯沉差（或者说传荷能力）进行了测试。测试对象包括缩缝、胀缝和沟槽开挖处等各种类型的接缝，并为日后观测和研究做好准备。

原路面接缝弯沉差测试注意要点以及加罩前原损坏路面的处理详见"四。工程实例"。

1.2 加罩层层次和厚度的确定

加罩层设计厚度的确定主要考虑结构强度因素和非结构强度因素，与结构强度因素有关的设计层厚度问题，目前国内部分高校和科研单位进行了大量理论分析，并建立了三维有限元应力计算模型，研究加罩层厚度与板底弯拉应力和接缝剪切应力及罩面层综合应力之间的相互关系，由于对加罩后的反射裂缝尚无法控制和缺乏相应的标准，故基本以经验确定。美国AASHTO计算方法如下：

加罩层厚度H=A（D1-D2） 式中：H：沥青混凝土加罩层厚度。

A：旧板厚度与沥青罩面层之间的等效系数。A=2.2233+0.0099(D1-D2)-0.1534(D1 - D2)2

D1：承受设计交通荷载所需的板厚。D2：旧板的有效厚度。

该公式考虑了旧路的剩余寿命、影响路面使用质量的因素、可靠度，但未考虑反射裂缝的影响因素。

与非结构强度因素有关的加罩厚度确定，主要考虑考虑道路沿线标高的控制、沥青混凝土最小摊铺厚度要求和加罩层与与板的结合问题以及工程费用控制等，据国外报道，有效的加罩总厚度以10～15cm为宜，一般采用二层式加罩。

1.3 反射裂缝的防治

对道路工程师来说，反射裂缝并不是一个新问题，最初，反射裂缝就是由旧水泥混凝土路面上加罩沥青面层而提出来的。早在五十年代初期，工程技术人员就开始用各种不同的材料、方法和技术来延缓或防止反射裂缝的产生，随着土工材料和施工机械技术的发展，反射裂缝防止技术取得了新的进步。

目前，国内外对反射裂缝的产生机理已经有了一个基本统一的认识，各种反射裂缝防止技术的实施效果尚在探索之中。

1.4 施工工艺

沥青加罩层施工工艺的好坏将直接影响到日后路面的使用效果和寿命，它除了常规的沥青混凝土摊铺工艺外，还包括施工前设计要求的准备工作和各种防止反射裂缝技术措施的工艺要求。

2 反射裂缝产生机理及防治技术

2.1 反射裂缝产生机理

根据国内外研究结果，水泥混凝土路面沥青加罩层的反射裂缝主要来源于两部分，即水泥路面接缝处的应力集中和沥青加罩层底部的弯拉应力，简述如下：

2.1.1 应力集中

在沥青罩面层与水泥砼路面结合良好的前提下，水泥路面接缝处应力集中使得裂缝直接扩展进入罩面层，而应力集中来源于温度变化、行驶车辆及两者的综合作用，主要分温度型反射裂缝和荷载型反射裂缝两种：

温度型反射裂缝：水泥砼路面的温度影响一般按日变化温度和年变化温度来考虑。在年变化温度影响下，由于作用时间长，沥青罩面层顶面和底面的温度基本接近，在冬季，由于水泥板的收缩在沥青罩面层内产生拉应力，在夏季，由于水泥板的膨胀在沥青罩面层内产生压应力，而应力均集中在水泥板的接（裂）缝处；在日变化温度影响下，沥青罩面层顶面的温度变化比地面大，使沥青罩面层出现翘曲变形，温度下降，顶面出现拉应力，底面出现压应力，导致开裂。

荷载型反射裂缝：汽车经过接缝时，沥青罩面层受力分3个过程：

1）荷载位于接缝一侧时，由相邻板块弯沉差引起的剪切应力。2）荷载位于接缝时，罩面层主要承受弯拉应力的作用，由于水泥板在接缝处不能承受弯拉应力，因此，沥青罩面层所受的弯拉应力最大。3）荷载位于接缝另一侧时，由相邻板块弯沉差引起的与第1次方向相反的剪切应力。车轮经过接缝时，接缝两侧砼板将出现相对位移（即弯沉差），该差值是剪切应力的根源，资料表明，相对位移大于0.06～0.10mm时，反射裂缝的出现频率较快，路面使用寿命缩短。

2.1.2 沥青罩面层底部的最大弯拉应力

当通过一定的技术措施消除了水泥板接缝处应力集中的影响，反射裂缝出现的另一个原因就是在车辆荷载的作用下使罩面层在接缝处产生最大的弯沉，相应产生最大的应力，从而使接缝顶部的沥青罩面层成为反射裂缝产生的最可能部位。

2.2 反射裂缝的影响因素

影响因素主要包括外界因素和内在因素。外界因素包括温度和行车荷载；内在因素指路面结构本身的特征，主要包括罩面层与水泥路面之间的结合能力、沥青混凝土的抗弯拉强度、罩面层厚度和水泥路面的传荷能力等等，国内外学者运用静力学平衡方法和三维有限元分析研究后表明，层间界面剪切模量的提高，温度型反射裂缝出现的可能性将增大，而荷载型反射裂缝出现的可能性将减小，因此，加罩前确定何种反射裂缝为主显得特别重要；水泥路面的传荷能力与荷载型反射裂缝密切相关。

2.3 反射裂缝的防治技术

通过上述反射裂缝产生机理的分析，结合国内外的实践经验和最新发展动态，为防治反射裂缝，可针对工程具体情况采取如下各种技术措施：

2.3.1 应力吸收

在罩面层和原路面之间设置隔离层，主要采用弹性模量较小的材料，如土工布、砂、石屑等，根本就是消除应力集中，目前使用较多的是土工布，其主要功能为：

1）计算表明，设置土工布后，使界面结合力减少，相应减小罩面层的拉应力。2）由于土工布的延伸性，使旧板的位移通过土工布使应力扩展，从而缓解应力集中。3）防止表面水和地下水的渗入，减缓罩面层的剥落破坏。4）延缓旧板温度变化速度，减小位移量。

2.3.2 加筋

采用强度和弹性模量较大的材料，以提高加罩层的抗拉强度，如钢筋网、玻璃纤维格栅、纤维沥青混凝土等。玻纤格栅的主要特性以及在沥青路面中的主要功能：

特性：高抗拉强度、低延伸率、热稳定性。功能：防止或减少沥青路面各种裂缝的产生，如疲劳开裂、低温收缩开裂、由下卧层裂缝引发的反射裂缝。

纤维沥青砼的功能：纤维主要是聚脂或聚丙烯等化工产品，以0.3%左右的掺量（每立方米沥青砼中含18亿根纤维），产生巨大的内聚力，使沥青砼具有很好的强度和耐久性，防疲劳开裂和收缩或裂缝反射。

从试验过程和数据可以初步得出以下结论：

1）在普通沥青混凝土中掺入0.3%得纤维后，劈裂强度可提高20%左右，两种纤维之间区别不大。2）两种纤维在拌和过程中（200℃）均无变质发脆现象。

2.3.3 破碎原水泥路面

这种方法在国外使用较广，防裂效果最好，但需专用的破碎设备，理论上不允许破碎后的路面有任何松动，否则将加大罩面层厚度，不一定经济。

2.3.4 锯缝

即在加罩后的沥青面层上锯缝，并与原水泥路面的接缝对齐，一般采用锯横缝，这种方法难度在于施工，且拓宽工程如设计中心线与原路面中心线不一直时就不太好处理。

2.4 防治技术的效果

从以往的工程实践来看，除破碎原水泥路面外，反射裂缝防治技术只能延缓或减少反射裂缝，但不能消除，一般能延缓3至5年，相应减少养护工作量。至于何种措施的效果好，目前说法不一，本研究专门选取了不同的技术措施和多种组合进行试验路研究，以期取得初步结论。

3 结语

3.1 根据初步研究和观测，文中所采取的各种防治反射裂缝的措施只能延缓或减少反射裂缝，不能消除。

3.2 加罩层厚度目前尚无标准和规范，可参照国内外的一些计算方法，主要由经验确定，在非结构因素的前提下，适宜的厚度为10cm左右，但要考虑构造和经济上的限制和要求。

3.3 水泥混凝土路面的沥青砼罩面牵涉到多方面的技术因素，尚有待进一步的理论和试验研究，对反射裂缝必须要有充分的认识，在现有技术的基础上，应综合技术经济加以分析，选择适宜的技术措施。

参考文献：

[1]中华人民共和国行标准.公路养护技术规范（JTG H10－2009）.北京：人民交通出版社，2009

[2]中华人民共和国行标准.公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTG F30－2003）.北京：人民交通出版社，2003

[3]李华、金志强：水泥混凝土路面修补技术.北京：人民交通出版社，1997

[4]傅智、金志强：水泥混凝土路面施工与养护技术.北京：人民交通出版社，2003

[5]翟站立：路基路面施工及养护技术.北京：人民交通出版社，2001