浅析“白改黑”路面反射裂缝的防治
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【摘 要】 本文对旧水泥混凝土路面改建为沥青路面技术进行了研究与探讨。针对水泥混凝土路面加铺沥青层的反射裂缝问题，分析了问题的成因并提出了防治措施以及相应的处理方法。
【关键词】 水泥砼 沥青砼 反射裂缝 防治及处理
采用沥青面层作为旧水泥混凝土路面的加铺层，这是一种典型的补强方法。这种形式的路面结构能吸收两种材料的优点，“刚柔相济”，即旧水泥混凝土面板提供了稳定、坚实的基层，沥青路面提供了抗滑系数较高、平整度好的面层，大大改善了路面的使用性能。然而这种复合结构涉及刚性、柔性两种路面结构形式，不仅材料差异大，而且旧水泥混凝土面板上存在接缝和裂缝及错台、脱空等损坏现象，使得复合结构中奇异部位突出，这就会在罩面层对应于旧水泥混凝土面板接缝、裂缝的位置上出现反射裂缝。反射裂缝本身对罩面层的使用性能影响不大，但环境因素的负效应（雨水、氧化） 常常使裂缝迅速扩散，从而缩短罩层的寿命。
1 “白改黑”流程
首先需对旧水泥混凝土板块进行调查与分析，根据调查结果将板块划分为不同的类型，针对不同的类型分别采取不同的处理措施对板块进行处理，处理方法可以参考不同的设计与施工规范；然后需对原路面的接缝进行处理，如果路面存在加宽，则需要对新加宽的水泥混凝土板块与旧面板进行连接处理；对旧混凝土面板病害处理完毕后，最后进行沥青混凝土路面加铺罩面。在实际的加铺施工过程中，最突出的问题是如何防止反射裂缝。世界各国在防裂研究上做了大量的试验和实践，取得了许多成功的经验。但至今没有形成统一的方案。《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2011对沥青加铺层结构设计作了规定，但对减缓反射裂缝的几种措施中并没有指明主要防裂措施和辅助防裂措施。
2 沥青混凝土加铺层反射裂缝成因
旧混凝土路面补强时常在原有路面上加铺一层沥青罩面，当混凝土位移产生的拉应力超过沥青罩面层的抗拉强度时，罩面层就会开裂，这种裂缝即称为反射裂缝。
沥青加铺层反射裂缝的扩展模式主要有张拉型反射裂缝及剪切型反射裂缝。交通荷载及温度作用是引起反射裂缝的两大因素。温度的变化可引起张拉型反射裂缝。沥青混凝土加铺层粘附在旧面层板上，旧面层板因温度下降而收缩时，由于旧面层板与加铺层的层间粘附阻力，沥青混凝土加铺层也会相应出现收缩变形。混凝土板的收缩在两条接缝（或裂缝）内进行，混凝土板降温时会导致接缝（或裂缝）上方的沥青混凝土加铺层内出现较集中的拉应力。此时拉应力若超过沥青混合料的抗拉强度，加铺层便出现开裂。剪切型反射裂缝通常由交通荷载引起。车轮荷载驶经接缝（或裂缝）时，在车轮偏荷载的作用下，接缝（或裂缝）两侧的板端出现弯沉差，使接缝上方的沥青混凝土加铺层承受较大的弯拉应力和剪切应力。此弯拉应力和剪切应力若超过沥青混合料的弯拉强度或抗剪强度，在接缝（或裂缝）处就会出现反射裂缝。而反射裂缝一般先出现在轮迹处，然后再向两侧发展，初期时对路面的使用性能影响不大；但随着雨水或雪水的浸入及沥青的氧化，裂缝两侧的路面结构层，特别是裂缝附近的土基含水量加大，甚至饱和，在大量行车荷载反复作用下，产生动水压力。由于水泥稳定砂砾基层抗冲刷能力较低，旧水泥混凝土路面便出现唧泥现象，水泥混凝土板底脱空，垂直相对位移加大，路面结构的承载能力大幅下降，路面加速破坏，使用功能丧失，使用寿命缩短。因此，沥青加铺层反射裂缝的控制成为旧水泥混凝土路面改造的最重要技术问题。
3 防治措施及对策
世界各国在防裂研究上做了大量的试验和实践，取得了许多成功的经验，但至今没有形成统一的方案。在笔者的工程实践过程中，反射裂缝防治措施主要有以下四种方式。
3.1 应力吸收法
应力吸收是指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，如橡胶沥青应力吸收层。这种方案本质上就是消除水泥混凝土板缝处的应力集中，把被加罩的沥青混凝土面层由应力产生的微小形变传递给低模量的隔离层，隔离层隔离了加罩层的形变，从而起到了吸收应力的作用。目前应力吸收使用较多的是土工布，但土工布施工质量难以保障，所以近年来有其他材料代替土工布，如纤毛胎基的改性沥青卷材等。这种方法的对温度型反射裂缝效果明显，但是要求原水泥混凝土板块板体性能应良好
3.2 加筋法
加筋法从本质上来说就是提高面层沥青混凝土的弹性模量，增加沥青面层的刚度，使沥青面层提高抗裂抗拉能力。在实际应用中，加筋有多种方法常用的有铺设钢筋网、铺设玻璃纤维格栅、采用加筋纤维沥青混凝土等。这种方法如果运用合理，能较明显减缓反射裂缝的开展，对增加路面结构强度也有帮助。但是加筋工艺各不相同，施工工艺较为复杂，加筋材料价格较高。
3.3 锯缝法
锯缝法是在加罩后的沥青面层上锯缝，并使锯缝与原水泥路面的接缝对齐，然后再灌缝封住，施工中一般采用锯横缝。这种方法是在沥青面层上预先留下假缝或称预切缝，使裂缝沿着设计要求的位置开展。当裂缝通过灌缝材料后，养护单位仅需重新灌缝即可。此方法养护费用低，养护效率高，但是施工较为复杂，尤其是要在摊铺时标明每条需要预切的缝的位置。适用范围较小，如果设计中心线与原路面中心线不在一条直线上时，采用此方法就会明显影响外观。
3.4 破碎旧水泥路面法
破碎原水泥路面法就是将原水泥混凝土完全破碎成小块状，再用重型压路机压实，然后再在上面摊铺沥青混凝土。这种方法国外使用广泛，防反射裂缝效果最好，但是工艺复杂，需专用的破碎设备，理论上破碎后的路面在压实后不
能有任何松动，否则将增加罩面层厚度，施工费用较高，施工噪音大。
3.5 防治对策
为防止沥青混凝土路面反射裂缝的产生，可以考虑采用如下措施。
（1）在水泥混凝土纵、横缝处粘贴自粘式防水卷材；
（2）设一定厚度的沥青混凝土找平层，（其厚度具体根据道路纵断面设计高与现状路面之间的高差确定），该结构层有吸收应力的作用，能一定程度上缓解沥青混凝土路面反射裂缝的产生；
（3） 橡胶沥青应力吸收层。
结合笔者设计与施工经验，认为需要从以下环节对反射裂缝进行控制。
①认真做好既有道路调查、检测，如实地反映既有道路情况，这是决定既有道路利用率的前提，为科学合理地提供决策打下基础。
②充分合理地布设沿线管线，尽可能减少对路面的破坏，从而减少纵向缝的数量。
③确定合理的结构层及基层防裂措施，其基层防裂措施主要为防止基层的不均匀沉降在新老衔接且不易压实处做砼基础，设格栅、传力杆。
4 工程案例
该项目为城市主干道I级，设计速度60km/h，其路幅分配如下： 8.25m（人行道+绿化带）+12.25m（车行道）+3.0m（中央分隔带）+12.25m（车行道）+8.25m（人行道+绿化带）=44m。路线全长为3.275公里。原路面结构形式如下：C30水泥混凝土面层厚24cm，改性乳化沥青稀浆封层厚8mm，6%水泥稳定级配碎石基层厚25cm，4%水泥稳定级配碎石基层厚25cm，填隙碎石垫层20cm。
既有水泥混凝土路面病害主要为轻度块状裂缝、轻重板角断裂、轻度错台等病害，同时为了道路美观和减少行车噪音，结合城市改造计划，拟对该项目进行“白改黑”。通过项目交工的几年时间来看，其防止反射裂缝的效果十分好，从目前来看，未出现反射裂缝现象发生。
5 结语
（1）旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土是目前我国公路技术领域的一大课题，目前尚无相应的设计规范和方法，因此需要按照一定的施工流程进行施工，才能保证质量。采用防反射裂缝措施目的是控制开裂，而不是消除开裂。所有的防反射裂缝措施只是尽量推迟产生早期裂缝的时间和一旦产生裂缝后，如何减缓其向上面层发展的速度，从而达到延长其使用寿命的目的。
（2）不论是加筋还是应变消散类措施，当应用于传荷能力很差的路面时，任何薄层沥青类罩面对防治反射裂缝都显得无能为力。为了有效地改造旧水泥混凝土路面，改善路面使用品质，应从提高面层、夹层性能，处治好旧板块、基层等多方面综合考虑改造方案。
（3）路面改造过程中，处治原混凝土路面很重要，尤其在传荷能力较差的接缝处，板下脱空能否有效地处理是关键。
（4）诸多防裂措施中，应首先考虑从功能上起主要防裂作用的应力缓解层，在有条件的情况下。辅以辅助防裂措施。需要对施工的各个环节进行控制，才能做到少出现、甚至不出现反射裂缝。
参考文献：
[1]《公路养护技术规范》[S].JTGH10-2009.
[2]《公路水泥混凝土路面设计规范》[S].JTG D40-2011.
[3]夏连学，赵卫平.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，1997.
[4]公路沥青路面设计规范[S].JTG D50-2006.
[5]公路沥青路面施工技术规范[S].JTG F40―2004.