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摘要：本文对旧水泥混凝土路面沥青层加铺改造技术进行分析，并详细叙述了三种加铺的沥青面层的计算方法，从而对今后公路沥青加铺工程起到很好的借鉴作用。
关键词：路况调查与评定；病害处理；沥青加铺层
1旧水泥混凝土路面路况调查与评定
路面状况是指路面在被调查、评价时所具有的外观和内在状态,也称为路面使用性能。通常外观状态表现在路面破损和不平整,内在状态有路面强度和抗滑性能。通过路况调查以确定路面破损类型,路面破损一般分为结构性破损和功能性破损。一般说来,路面出现结构性损坏都要伴随功能性损坏,但路面出现功能性损坏不一定出现了结构性损坏。对于功能性损坏可通过加铺罩面使其功能得以恢复,对于结构性损坏,通常要对损坏路面进行彻底的翻修。《公路水泥混凝土路面养护规范》规定的水泥混凝土路面状况调查的内容主要包括四个方面：（1）平整度; （2）破损状况; （3）结构承载力; （4）抗滑能力。
（1）平整度调查与评定
路面结构出现损坏,会在不同程度上影响路面的平整度,也即影响路面的行驶质量。因此,可以通过平整度在一定程度上反映路面的损坏状况。路面平整度的调查指标为国际平整度指数,国际平整度指数是以标准车1 km行驶距离,车身纵向位移的累计值表示路面平整度。
（2）破损状况调查与评定
水泥混凝土路面损坏可分为:断裂类、竖向位移类、接缝类和表层类四种类型。断裂类主要指纵、横、斜向裂缝和交叉裂缝、断裂板等;竖向位移类主要指沉陷和胀起;接缝类主要指接缝的填缝料损坏、唧泥、错台和拱起等;表层类主要指坑洞、露骨、网裂和起皮、粗集料冻融裂纹、修补损坏等。
路面损坏状况调查主要是调查旧水泥混凝土路面各种病害的数量和损害的轻重程度。评价标准见表1。
表1水泥混凝土路面破损状况评价标准
（3）路面结构承载能力调查与评定结构承载能力的测定一般可分为无破损试验和破损试验两类。破损类试验,是从路面各结构层内钻取试件,在实验室内测定其物理～力学性质,确定各项计算参数,由此计算出结构的承载能力;无破损类测定,不需破损路面结构,通过测定路面结构的最大弯沉值,来分析判断路面结构的承载能力,见表2。
表2板下脱空评定标准
（4）抗滑能力能力调查
路面所具有的抗滑能力是安全性能评价的主要指标,其调查指标为轮胎与路面之间的摩擦系数。路面在使用过程中,因车轮的不断磨损,道路表面的抗滑能力因集料被磨光而逐渐下降,当抗滑能力下降到不安全时,便需采取措施予以恢复。抗滑系数以摆式摩擦系数测定仪测得的数据为标准。
2旧水泥混凝土路面病害处理
水泥混凝土路面破损的发生,可分为外界因素、设计缺陷、施工缺陷以及各种因素互相影响而引起的。因此,必须充分调查,查明原因,采取针对性的治理方法。
（1）破碎与断裂板处理
对于严重破碎板与断裂板要整块凿除,然后处理好基层并夯实,重新浇筑混凝土板块,并进行养生达到初期强度可承受车辆荷载时,再开放交通。当施工期紧或受交通条件限制时,也可安装预制的钢筋混凝土板。
（2）脱空板处理
处理措施是钻孔压浆法,灌注材料要求流动性好,压强高,可选用10# ～30#水泥浆,并可增加早强剂、膨胀剂、粉煤灰、硅藻土、粘土、砂、石膏等来改善和易性,提高强度,见表3。
表3压桨材料配合比表
压浆孔的布置可根据路面板的尺寸,板的损坏情况,压浆机类型及压浆压力灵活掌握,一般采用梅花桩型布设,间距在1. 5～3 m之间。
（3）板边、板角修补
对于板角破碎、角隅断裂、掉边、缺角等病害板,用切割机按破裂面的大小确定切割范围,将损坏部分破碎凿除。清除混凝土碎屑后,目测基层,若基层板体性差,则下挖基层,直至板体性好的层面,然后浇筑与旧板等强度的水泥混凝土与旧板面齐平。板边碎裂可按一定长和宽切割成矩形,板角断裂按破裂面确定切割范围,切割时尽量保留原有钢筋,对有缺陷的传力杆予以更换并在新老混凝土之间加设传力杆,现浇混凝土与旧面板之间的接缝切出约宽3 mm深4 mm的接缝槽,并灌入填缝材料。
（4）基层处理
当水泥混凝土路面板的破坏是由于基层的原因引起时,则首先应处理基层。基层可采用换填低标号混凝土或换填水稳定性好的土、碎（砂）砾石等方法来处理。如果施工不方便的话,基层处理也可以采用C15贫混凝土将路面基层补强,其补强混凝土顶面标高应与旧路面基层顶面标高相同。在路面排水不良地带翻修路面板时,路面板边缘及路肩应设置路基纵、横向排水系统。单一边板翻修时应在路面板接缝处设置横向盲沟,较长路段翻修时宜设置纵向盲沟,并应在纵坡底部设置横向盲沟。
（5）其他病害处理
对板接缝、断缝的处理时,先要对所有的接缝及断缝进行清扫,先用铁钩清除缝中的砂石、泥土,并用气泵吹干净,然后灌满沥青。
处理板块间的错台时,首先根据错台的大小拌制适宜级配的乳化沥青常温料,铺在错台处,使高低板缝平顺接茬,在沥青常温铺料之前,可在混凝土面上喷洒乳化沥青,用量为0. 8 kg/m2 ,铺料应压实。也可以用板底压浆调整法来恢复平顺,调整后若仍有高差,且错台量小于10 mm的,用建筑磨平机直接打磨掉高出的部分或人工凿除高出部分,凿除（打磨）宽度一般为10～30 cm。错台量大于10 mm的,可在低的一侧用沥青砂或细粒式沥青碎石衬平,衬补长度为高差的1～2倍,也可用聚合物水泥砂浆薄层修补,修补前應用钢丝刷将原路面清理干净。
板虽未破坏但板端拱起常发生应力集中,要用切缝机在拱起的两侧横缝切宽、切深,以释放应力,再切开拱起端,将板恢复原位,然后进行接缝处理。板边、板角有脱落现象时,先清除板边角破损部位的碎块,用高压空气吹净后涂刷粘层油,然后铺上热拌细石沥青混凝土或沥青砂,用大锤夯实混合料,面积大时可用压路机碾压。
3道路加宽问题的解决
新旧路基加宽处理后在结合部位路基材质和路面结构层厚度、强度不一,特别是一边为新填路基,一边为原有旧路基,质量也存在差异,在结合部位产生一个临界面,为道路开裂留下隐患。新旧路基结合部位工艺较复杂,施工难度较大,往往在此产生人为的质量因素,如密实度达不到设计标准等,也是产生裂缝的原因之一。结合部位两边的新旧路基沉降速率不一样,沉降量不同,导致结合部位存在应力突变、集中的现象,弯拉应力大而结合界面强度较低,会在该处开裂形成错台;另外,新加宽路基边坡坡脚在填土重力作用下逐渐发生侧向位移,进一步带动上面的填土沉降和侧向位移,使整个加宽部分的填土沿结合部位产生横向和竖向移动。由于这两方面因素的作用,会在交界处形成纵向裂缝,使得道路结构变得较为复杂。
常用的方法是将路基边坡挖成宽120 cm,高为120 cm、80 cm、80 cm依次下挖的台阶形式。具体措施如图1所示。
图1路基加宽的处置措施
土工隔栅的主要作用是加强新旧路基的连接程度,提高新旧路基的整体性,减少新路基的沉降。
4沥青加铺层的结构设计
水泥混凝土路面上沥青加铺层结构组成设计考虑的主要问题是反射裂缝,它是由于下层接缝或裂缝的反射引起的加铺层断裂。为了保持一个平整的行车表面,必须防止和控制这些裂缝,保持加铺层的整体性,防止水分浸入路面体系。因此,设计一个合理的加铺层结构是非常重要的。
（1）AASHTO法
AASHTO法的基本思想是采用补足厚度缺额的概念确定沥青加铺层的厚度,其计算公式为
式中: h为沥青加铺层的厚度; hd 为按现有地基承载力和未来的交通要求,由新建水泥混凝上路面设计方法确定的单层混凝上面层所需厚度,单位为cm; h0 为旧水泥混凝上板的厚度,单位为cm。
c1 为考虑损坏裂缝和接缝是否修复的系数,加铺前已进行全厚度修补时, c1 = 1;否则按每km未修复接缝和裂缝的数量在0. 6～1. 0的范围内取值; c2 为考虑旧面层是否存在耐久性的问题的系数,无耐久性问题时, c2 = 1. 0;有较多耐久性裂缝但未碎裂时, c2 = 0. 96～0. 99,有少量碎裂时, c2 =0. 88～0. 95,严重碎裂时, c2 = 0. 80～0. 87。
c3 为考虑疲劳损坏程度的系数,横向裂缝板的数量小于5%时, c3 = 0. 97～1. 0;横向裂缝板的数量在5% ～15%之间时, c3 = 0. 94～0. 96;横向裂缝板的数量大于15%时, c3 =0. 90～0. 93。
B 为混凝土层厚与沥青层厚的当量转换系数,它是混凝上厚度缺额的函数。
B = 2. 223 3 + 0. 001 53（ hd - he ）2 - 0. 060 4（ hd - he ）
（2） COE法
旧水泥混凝土路面上加铺沥青层的经验计算公式为
h =A （ Fhd - Cb h0 ）
式中: h为沥青加铺层的厚度, cm; A 为混凝土层厚与沥青层厚的当量转换系数,A = 2. 5; F为控制旧面层板在加铺后裂缝进一步发展程度的系数,随交通和路基强度变动于0. 6～1. 0; hd 为按现有地基承载力和未来交通要求,由新建混凝土路面设计方法确定的单层混凝土面层所需厚度, cm;Cb 为旧面层板的状况系数,含有细微的初始裂缝时, Cb = 1,含有多条裂缝或角隅断裂时, Cb = 0. 75; h0 为旧混凝土板的厚度, cm。
（2）A I（美国地沥青学会）法
美国地沥青学会法关于水泥混凝土路面上沥青加铺层的通用厚度设计表,沥青加铺层厚度的选用考虑了水平拉应力和竖向剪应力两者的作用,以便使反射裂缝减小到最低程度。在这一方法中,加铺层厚度与板长及年平均温度差有关,见表4。
表4中建議最小厚度值为10 cm,此厚度将减小挠度约20%。当加铺层厚度超过18 cm时应考虑采用其他方案,如破碎稳固法、增设裂缝松弛法等。
表4水泥混凝土路面上沥青加铺层通用厚度值
注:年平均温度差指30年平均的最热和最冷月最高正常日最高温度与最低正常日最小温度之差
5结论
通过工程实践与理论研究证明,只要在设计、施工和管理中加强和注意质量控制,在旧水泥混凝上路面上进行沥青混合料罩面,不仅技术上可行,而且提高了路面的行驶质量,改善了交通条件,延长了道路的使用寿命,节约了资金,缩短了旧路改建的工期,具有较好的经济效益和社会效益。该项技术的推广,对旧路改建具有广阔的应用前景。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：路况调查与评定；病害处理；沥青加铺层
1旧水泥混凝土路面路况调查与评定
路面状况是指路面在被调查、评价时所具有的外观和内在状态,也称为路面使用性能。通常外观状态表现在路面破损和不平整,内在状态有路面强度和抗滑性能。通过路况调查以确定路面破损类型,路面破损一般分为结构性破损和功能性破损。一般说来,路面出现结构性损坏都要伴随功能性损坏,但路面出现功能性损坏不一定出现了结构性损坏。对于功能性损坏可通过加铺罩面使其功能得以恢复,对于结构性损坏,通常要对损坏路面进行彻底的翻修。《公路水泥混凝土路面养护规范》规定的水泥混凝土路面状况调查的内容主要包括四个方面：（1）平整度; （2）破损状况; （3）结构承载力; （4）抗滑能力。
（1）平整度调查与评定
路面结构出现损坏,会在不同程度上影响路面的平整度,也即影响路面的行驶质量。因此,可以通过平整度在一定程度上反映路面的损坏状况。路面平整度的调查指标为国际平整度指数,国际平整度指数是以标准车1 km行驶距离,车身纵向位移的累计值表示路面平整度。
（2）破损状况调查与评定
水泥混凝土路面损坏可分为:断裂类、竖向位移类、接缝类和表层类四种类型。断裂类主要指纵、横、斜向裂缝和交叉裂缝、断裂板等;竖向位移类主要指沉陷和胀起;接缝类主要指接缝的填缝料损坏、唧泥、错台和拱起等;表层类主要指坑洞、露骨、网裂和起皮、粗集料冻融裂纹、修补损坏等。
路面损坏状况调查主要是调查旧水泥混凝土路面各种病害的数量和损害的轻重程度。评价标准见表1。
表1水泥混凝土路面破损状况评价标准
（3）路面结构承载能力调查与评定结构承载能力的测定一般可分为无破损试验和破损试验两类。破损类试验,是从路面各结构层内钻取试件,在实验室内测定其物理～力学性质,确定各项计算参数,由此计算出结构的承载能力;无破损类测定,不需破损路面结构,通过测定路面结构的最大弯沉值,来分析判断路面结构的承载能力,见表2。
表2板下脱空评定标准
（4）抗滑能力能力调查
路面所具有的抗滑能力是安全性能评价的主要指标,其调查指标为轮胎与路面之间的摩擦系数。路面在使用过程中,因车轮的不断磨损,道路表面的抗滑能力因集料被磨光而逐渐下降,当抗滑能力下降到不安全时,便需采取措施予以恢复。抗滑系数以摆式摩擦系数测定仪测得的数据为标准。
2旧水泥混凝土路面病害处理
水泥混凝土路面破损的发生,可分为外界因素、设计缺陷、施工缺陷以及各种因素互相影响而引起的。因此,必须充分调查,查明原因,采取针对性的治理方法。
（1）破碎与断裂板处理
对于严重破碎板与断裂板要整块凿除,然后处理好基层并夯实,重新浇筑混凝土板块,并进行养生达到初期强度可承受车辆荷载时,再开放交通。当施工期紧或受交通条件限制时,也可安装预制的钢筋混凝土板。
（2）脱空板处理
处理措施是钻孔压浆法,灌注材料要求流动性好,压强高,可选用10# ～30#水泥浆,并可增加早强剂、膨胀剂、粉煤灰、硅藻土、粘土、砂、石膏等来改善和易性,提高强度,见表3。
表3压桨材料配合比表
压浆孔的布置可根据路面板的尺寸,板的损坏情况,压浆机类型及压浆压力灵活掌握,一般采用梅花桩型布设,间距在1. 5～3 m之间。
（3）板边、板角修补
对于板角破碎、角隅断裂、掉边、缺角等病害板,用切割机按破裂面的大小确定切割范围,将损坏部分破碎凿除。清除混凝土碎屑后,目测基层,若基层板体性差,则下挖基层,直至板体性好的层面,然后浇筑与旧板等强度的水泥混凝土与旧板面齐平。板边碎裂可按一定长和宽切割成矩形,板角断裂按破裂面确定切割范围,切割时尽量保留原有钢筋,对有缺陷的传力杆予以更换并在新老混凝土之间加设传力杆,现浇混凝土与旧面板之间的接缝切出约宽3 mm深4 mm的接缝槽,并灌入填缝材料。
（4）基层处理
当水泥混凝土路面板的破坏是由于基层的原因引起时,则首先应处理基层。基层可采用换填低标号混凝土或换填水稳定性好的土、碎（砂）砾石等方法来处理。如果施工不方便的话,基层处理也可以采用C15贫混凝土将路面基层补强,其补强混凝土顶面标高应与旧路面基层顶面标高相同。在路面排水不良地带翻修路面板时,路面板边缘及路肩应设置路基纵、横向排水系统。单一边板翻修时应在路面板接缝处设置横向盲沟,较长路段翻修时宜设置纵向盲沟,并应在纵坡底部设置横向盲沟。
（5）其他病害处理
对板接缝、断缝的处理时,先要对所有的接缝及断缝进行清扫,先用铁钩清除缝中的砂石、泥土,并用气泵吹干净,然后灌满沥青。
处理板块间的错台时,首先根据错台的大小拌制适宜级配的乳化沥青常温料,铺在错台处,使高低板缝平顺接茬,在沥青常温铺料之前,可在混凝土面上喷洒乳化沥青,用量为0. 8 kg/m2 ,铺料应压实。也可以用板底压浆调整法来恢复平顺,调整后若仍有高差,且错台量小于10 mm的,用建筑磨平机直接打磨掉高出的部分或人工凿除高出部分,凿除（打磨）宽度一般为10～30 cm。错台量大于10 mm的,可在低的一侧用沥青砂或细粒式沥青碎石衬平,衬补长度为高差的1～2倍,也可用聚合物水泥砂浆薄层修补,修补前應用钢丝刷将原路面清理干净。
板虽未破坏但板端拱起常发生应力集中,要用切缝机在拱起的两侧横缝切宽、切深,以释放应力,再切开拱起端,将板恢复原位,然后进行接缝处理。板边、板角有脱落现象时,先清除板边角破损部位的碎块,用高压空气吹净后涂刷粘层油,然后铺上热拌细石沥青混凝土或沥青砂,用大锤夯实混合料,面积大时可用压路机碾压。
3道路加宽问题的解决
新旧路基加宽处理后在结合部位路基材质和路面结构层厚度、强度不一,特别是一边为新填路基,一边为原有旧路基,质量也存在差异,在结合部位产生一个临界面,为道路开裂留下隐患。新旧路基结合部位工艺较复杂,施工难度较大,往往在此产生人为的质量因素,如密实度达不到设计标准等,也是产生裂缝的原因之一。结合部位两边的新旧路基沉降速率不一样,沉降量不同,导致结合部位存在应力突变、集中的现象,弯拉应力大而结合界面强度较低,会在该处开裂形成错台;另外,新加宽路基边坡坡脚在填土重力作用下逐渐发生侧向位移,进一步带动上面的填土沉降和侧向位移,使整个加宽部分的填土沿结合部位产生横向和竖向移动。由于这两方面因素的作用,会在交界处形成纵向裂缝,使得道路结构变得较为复杂。
常用的方法是将路基边坡挖成宽120 cm,高为120 cm、80 cm、80 cm依次下挖的台阶形式。具体措施如图1所示。
图1路基加宽的处置措施
土工隔栅的主要作用是加强新旧路基的连接程度,提高新旧路基的整体性,减少新路基的沉降。
4沥青加铺层的结构设计
水泥混凝土路面上沥青加铺层结构组成设计考虑的主要问题是反射裂缝,它是由于下层接缝或裂缝的反射引起的加铺层断裂。为了保持一个平整的行车表面,必须防止和控制这些裂缝,保持加铺层的整体性,防止水分浸入路面体系。因此,设计一个合理的加铺层结构是非常重要的。
（1）AASHTO法
AASHTO法的基本思想是采用补足厚度缺额的概念确定沥青加铺层的厚度,其计算公式为
式中: h为沥青加铺层的厚度; hd 为按现有地基承载力和未来的交通要求,由新建水泥混凝上路面设计方法确定的单层混凝上面层所需厚度,单位为cm; h0 为旧水泥混凝上板的厚度,单位为cm。
c1 为考虑损坏裂缝和接缝是否修复的系数,加铺前已进行全厚度修补时, c1 = 1;否则按每km未修复接缝和裂缝的数量在0. 6～1. 0的范围内取值; c2 为考虑旧面层是否存在耐久性的问题的系数,无耐久性问题时, c2 = 1. 0;有较多耐久性裂缝但未碎裂时, c2 = 0. 96～0. 99,有少量碎裂时, c2 =0. 88～0. 95,严重碎裂时, c2 = 0. 80～0. 87。
c3 为考虑疲劳损坏程度的系数,横向裂缝板的数量小于5%时, c3 = 0. 97～1. 0;横向裂缝板的数量在5% ～15%之间时, c3 = 0. 94～0. 96;横向裂缝板的数量大于15%时, c3 =0. 90～0. 93。
B 为混凝土层厚与沥青层厚的当量转换系数,它是混凝上厚度缺额的函数。
B = 2. 223 3 + 0. 001 53（ hd - he ）2 - 0. 060 4（ hd - he ）
（2） COE法
旧水泥混凝土路面上加铺沥青层的经验计算公式为
h =A （ Fhd - Cb h0 ）
式中: h为沥青加铺层的厚度, cm; A 为混凝土层厚与沥青层厚的当量转换系数,A = 2. 5; F为控制旧面层板在加铺后裂缝进一步发展程度的系数,随交通和路基强度变动于0. 6～1. 0; hd 为按现有地基承载力和未来交通要求,由新建混凝土路面设计方法确定的单层混凝土面层所需厚度, cm;Cb 为旧面层板的状况系数,含有细微的初始裂缝时, Cb = 1,含有多条裂缝或角隅断裂时, Cb = 0. 75; h0 为旧混凝土板的厚度, cm。
（2）A I（美国地沥青学会）法
美国地沥青学会法关于水泥混凝土路面上沥青加铺层的通用厚度设计表,沥青加铺层厚度的选用考虑了水平拉应力和竖向剪应力两者的作用,以便使反射裂缝减小到最低程度。在这一方法中,加铺层厚度与板长及年平均温度差有关,见表4。
表4中建議最小厚度值为10 cm,此厚度将减小挠度约20%。当加铺层厚度超过18 cm时应考虑采用其他方案,如破碎稳固法、增设裂缝松弛法等。
表4水泥混凝土路面上沥青加铺层通用厚度值
注:年平均温度差指30年平均的最热和最冷月最高正常日最高温度与最低正常日最小温度之差
5结论
通过工程实践与理论研究证明,只要在设计、施工和管理中加强和注意质量控制,在旧水泥混凝上路面上进行沥青混合料罩面,不仅技术上可行,而且提高了路面的行驶质量,改善了交通条件,延长了道路的使用寿命,节约了资金,缩短了旧路改建的工期,具有较好的经济效益和社会效益。该项技术的推广,对旧路改建具有广阔的应用前景。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。