城市道路“白加黑”改造设计研究

城市道路“白加黑”改造设计研究

郭京京

身份证号 13042519941213****

摘要：

随着我国经济发展和综合国力的不断提升，中国的城市建设也进入了大发展期，水泥混凝土路面的缺点也越来越明显，沥青混凝土路面由于在使用性能、环保性能等方面的优势大量应用于城市道路中，也越来越多的沥青路面应用于水泥混凝土路面改造中。本文从实际与理论相结合的角度出发﹐旨在为类似改造工程的提供参考性的设计方法。

1、对旧水泥混凝土道路现状调查与评价

1.1旧水泥混凝土道路状况评价标准

水泥路面破损状况根据《公路技术状况评定标准》（JTG 5120-2018）规定，水泥混凝土路面技术状况评定采用路面技术状况指数PQI和相应的分项指标包括路面损坏、路面平整度、路面跳车、路面磨损和路面抗滑性能五项内容。有刻槽的水泥混凝土路面不应作路面磨耗评定。水泥路面技术状况指标等级划分标准见下表1：

表1 水泥路面技术状况指标等级划分标准

注：PCI-路面损坏状况指数、RQI-路面行驶质量指数、PBI-路面跳车指数、PWI-路面磨耗指数、SRI-路面抗滑性能指数；水泥混凝土路面行驶质量指数RQI等级划分标准，“优”应为RQI≥88，“良”应为80≤RQI＜88，其他保持不变。

1.2 路面弯沉检测

1.2.1测试的目的
水泥混凝土路面的承载能力采用弯沉检测来评价，主要反映三个方面的性能状况：整体承载能力，主要通过板中弯沉测试和刚度组成分析计算下承层的弹性模量来反映；板角脱空情况，通过板角弯沉测试，根据弯沉值来判断；接缝传荷能力评价，通过跨过横缝的两个弯沉传感器计算弯沉差和传荷系数。
1.2.2.评价标准

表2 水泥砼路面承载能力评价标准

注：(弯沉单位：0.01mm)
根据调查情况的结果，决定采取哪一种改造办法：完全挖除、破碎利用、不破碎利用。

2、旧水泥混凝土路面处治方法

（1）完全挖除：翻修一般仅适用于旧水泥混凝土路面破损已经十分严重，无法进行水泥混凝土加铺、或沥青混凝土加铺、或路面标高受到限制的路段；

（2）破碎利用：在旧水泥混凝土面层的结构损坏较严重，承载能力较差，对损坏板进行修复后再采取其他措施已不经济时，才采用对旧水泥混凝土板进行破碎利用；

（3）不破碎利用：加铺沥青混凝土，即所谓“白改黑”加铺改造，造价较低、施工方便、对交通影响小，同时有效地改善了原水泥混凝土路面的行车条件，是目前经常采用的水泥路面修复措施。

3、沥青加铺层防反射裂缝措施

旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土层后，路面形成了刚柔相济的复合结构路面。两种材料性能差异大，又由于旧路面板上存在接缝和裂缝，并常常伴有错台、脱空现象，这使其路面结构内部应力分布极其不均匀。在温度和交通荷载的作用下，沥青加铺层在原有接（裂）缝处出现裂缝，即所谓的反射裂缝。反射裂缝本身对加铺层的使用性能影响不大，但是环境因素的负面影响（雨水、氧化等）使得裂缝迅速向四周扩散，同时随着雨水的进入，造成路面结构内部的破坏，从而引起加铺层的病害，如龟裂、坑洞等。反射裂缝的发生将严重影响沥青加铺层的使用寿命，造成“白改黑”工程的失败。如何控制与防止反射裂缝已成为旧水泥混凝土路面沥青加铺层设计与研究的关键问题。

3.1 旧水泥板的修补与加固
对旧水泥板的处治是共同采用的一种基本措施。但是这种措施的效果是有限的，由于这种处治方法不可能完全消除板块间弯沉差异，而且注浆区域原来就是基层病害区，其注浆强度在水等作用下会遂步下降。虽然“白改黑”工程均采用了对旧水泥板处治，但仍然出现了反射裂缝等病害。所以旧板处治肯定要做，加铺前把水泥混凝土板按公路养护技术规范要求处治好，尽量减少原水泥混凝土板接缝处的竖向和水平相对位移。强度上能满足通行汽车的要求，但还不能解决反射裂缝等的病害。

3.2 增加沥青罩面层厚度
同济大学基于有限元的方法计算研究表明每增加1cm沥青层厚度，可减少加铺层底面弯沉差5%左右；但是增加到一定厚度，防治反射裂缝的效果不明显，而会将大幅度增加路面造价，也不经济。有关资料表明：5cm厚的加铺层，当年冬季就有部分反射裂缝发生，使用4年后有加铺层全部发生反射裂缝；10cm厚加铺层，使用4年后有95%反射裂缝；15cm厚加铺层，使用4年只有24%的反射裂缝；另一方面可能会受到路面标高的限制，而且夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙，而会削弱由于旧水泥混凝土板作基层而产生的强基薄面的优势，故这一方法有很大的局限性。
3.3 设置应力或应变吸收夹层
在旧水泥混凝土路面和加铺层之间设置夹层，可以使沥青层底面应力或应变离开应力集中的接缝或裂缝端部而减低，同时也改变了加铺层结构（包括夹层在内）的抗拉和抗剪能力。其主要类型有橡胶沥青应力吸收夹层（1cmSAMI）、土工织物夹层、土工格栅夹层等三大类，这种结构一般设置于加铺层底部，其目的是减少裂缝尖端的拉应力，起到应力缓解和加筋作用。能消散裂缝或接缝在荷载作用下的应力集中，也缓解来自车辆荷载的应力。同时可解决新建路面半刚性或刚性基层后期产生温缩、干缩裂缝引发路面早期反射裂缝的问题。
3.4 设置裂缝松弛/延缓层
在沥青加铺层和旧水泥混凝土路面之间设置一层由开级配沥青碎石混合料或级配碎石组成裂缝缓解层。碎石缓解层特性（散粒体）如下：容许板伸缩变形、容许板翘曲变形、接缝不向上扩展。因此，设置碎石缓解层可有效防治反射裂缝。

4.结语

城市道路“白加黑”改造设计的难点在于旧水泥混凝土路面上加铺沥青罩面层控制和延缓反射裂缝。反射裂缝问题是一个古老而又非常棘手的难题，涉及刚性和柔性两种不同的路面结构，本文只对“白加黑”改造设计做个初步总结，作为更进一步的探索，应加强如下几方面的工作:(1)通过室内试验和铺筑野外试验路,进一步了解和验证各种防治反射裂缝措施的效果及影响因素;开发新的防治反射裂缝措施。(2)开展温度应力的分析研究和温度应力+荷载应力叠加问题的研究(3)开展基于典型防治反射裂缝措施的旧水泥路面上沥青罩面层设计方法的研究。