土工布在旧水泥路面加铺沥青混凝土面层改造中的应用.doc

土工布在旧水泥路面加铺沥青混凝土面层改造中的应用摘要：文章阐述了在城市旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层时，铺设土工布防治沥青混凝土路面反射裂缝的关键施工工艺和技术，对土工合成材料在加铺沥青混凝土面层使用中的问题提出了看法。关键词：土工布；旧水泥路面；沥青混凝土加铺层；反射裂缝；土工格栅中图分类号：u416文献标识码：a文章编号：1009-2374（2012）25-0052-04旧混凝土道路经过数年的使用，路面行车的舒适性差，车速难以提高，成为急需解决的问题，加铺沥青混凝土面层就成为解决这一问题的方案之一，这就是所谓的道路“白加黑”工程。在水泥混凝土路面上加铺沥青层具有“刚柔相济”的特点，能大大改善旧路面的使用性能，提高道路的交通运输能力，改善路面平整度，减少车辆行驶噪音。但是，沥青加铺层中可能出现的反射裂缝往往缩短了沥青罩面层的寿命，在如何消除和减少反射裂缝的方案选择中，土工合成材料成为所选择的有效方法之一。1工程实例某市中心城区主要道路沥青混凝土路面改造工程属于规划区内城市道路改造项目，区内大部分混凝土道路都是在810年前修筑的，经过多年来超负荷的运行，已出现大量的损坏，感官差，行车舒适度差，水泥路面在城市内的扬尘也日益严重。为改善城市形象，对主要道路进行加铺沥青混凝土的改造。设计加铺的沥青混凝土面层采用复合面层，上面层为3cm的ac-13型细粒式沥青混凝土，下面层为4cm的ac-20型中粒式沥青混凝土，沥青标号ah-70。设计在新旧混凝土接缝及混凝土路面板纵、横缝之间均铺道路专用土工布，土工布宽1m，居缝中布置。土工布采用行业标准公路工程土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布（jt/t 519-2004），抗拉强度不小于8kn/m，熔点不小于170，单位面积质量不大于200g/m2。沥青混凝土路面改造工程，在旧水泥路加铺沥青面层摊铺土工布前，应该完成一系列准备工作。由于本工程战线长，断续绵延10多公里，交通流量大，本次改造工程工期只有定额工期的1/3时间，极其紧张，设计单位和业主都只要求对路基做简单处理，调查原则是：先对原路进行调查，处理重大病害后再加铺沥青混凝土面层；对现有路况重点调查了混凝土板的破损状况。混凝土板的破损状况包括断板率、板底脱空状况。在其中一个路段的改造工作中，我们进行了弯沉值的检测。在对路面现状进行调查后，经过讨论，仅对重大病害做出了处理：（1）接缝采用沥青马蹄脂灌缝处理。（2）原路面的病害处理：麻面、严重脱皮路面：沥青砂补平；板块破碎：按一定面积切割成矩形，破碎并清除碎块，如基层板整体性差，则下挖基层，直至板体整性好的层面，然后浇筑混凝土与原混凝土面板平齐；面板脱空：在脱空部位水泥混凝土板上钻75mm孔（钻穿混凝土板），间距0.81.5m，然后用m15水泥砂浆高压灌注，注满为止；断板裂缝：对于有贯穿全板的纵、横、斜向裂缝的板块，按照纵横缝处理的方法进行。（3）为了延缓旧路面的反射裂缝，在调平层和沥青面层之间旧水泥路面的纵横缝处铺设土工布。（4）在对水泥旧路面进行上述处理后，根据纵横断面测量的结果和超短的允许工期的实际情况，将纵横坡度按现状坡度进行拟和，而不再按照改造设计的横坡进行大面积调整。2土工布的施工工艺（1）沥青道路专用的土工布基本施工顺序：清扫作业面均匀喷洒粘结油铺设土工布铺筑沥青混凝土面层碾压成型。（2）清扫工作面：施工作业面应平整、干燥、整洁，不得有油污、杂物或尘土。（3）喷洒透层油（对于新铺半刚性基层）、做稀浆封层（旧沥青路面）或铺设整平层（旧水泥路面）。（4）喷洒粘结油：洒油车按铺设宽度在已划定的线内均速前进，均匀喷洒沥青，局部采用人工喷洒，应保持均匀，不能有条纹、遗露及滴洒现象，出现露白或油量过多形成堆积都是不允许的。粘结沥青的标号与混合料沥青标号一致。喷洒沥青粘结油的横向范围应比土工布宽出2.5cm。如果使用的是热沥青，为了均匀喷洒，应使其温度保持在150170之间，喷洒热沥青后，应在30min以内铺设土工布。（5）铺设土工布：使用热沥青时，在喷洒粘结油后应在30min之内铺设土工布，将土工布单面烧毛的一面向上铺设。使用乳化沥青时，必须在破乳之后才能铺设土工布，以便能有较好的粘结效果。土工布纵向及横向搭接宽度为1015cm，搭接部分必须人工洒布热沥青。（6）土工布在铺装过程中搭接、褶皱及转弯褶皱的处理：土工布褶皱重叠宽度超过2.5cm时，必须人工剪开褶，铺平并洒油粘结后平铺在路面上。起皱的土工布剪开后铺平再洒粘层油于土工布上，以保证双层土工布均达到浸透要求并充分粘结。（7）铺筑沥青面层：铺设完土工布后可立即摊铺热拌沥青混合料，沥青混合料的温度不能低于135。（8）碾压成型并开放交通：沥青混合料的碾压按照现行沥青路面施工规范公路沥青路面施工技术规范（jtg f40-2004）执行，摊铺后对碾压的基本要求是保证摊铺层达到规定的压实度和表面的平整度，沥青混凝土表面温度低于50后方可开放交通。3土工布使用后的路面情况及加铺沥青层的关键技术分析中心城区道路改造后，经过一个多月的使用，经历了当地夏天的持续高温（路面温度达到60以上），总体状况很好，工程受到业主等政府部门的高度评价，但仍然存在着一些问题。由于工期因素及工程的特殊情况，采用超常规的施工方法，简化了施工程序，局部路面出现了显著的拥包、推移现象，部分位置虽已经重新摊铺了沥青混凝土，但效果还有待时间来检验。经过现场检查和分析，对于土工布施工和旧水泥路面加铺沥青混凝土，须在施工工艺和施工程序上作进一步的优化和调整，这里仅对于土工布的施工工艺和基层处理的关键技术作阐述。3.1现状混凝土路面状况的调查工作是选择处理方案的基础对现有路况应重点调查混凝土板的破损状况和水泥混凝土路面板承载能力。混凝土板的破损状况包括断板率、接缝错台、板底脱空状况；水泥混凝土路面板承载能力包括面板承载能力、接缝传荷能力、旧混凝土路面结构参数等。对于这些情况的调查是选择和确定处理方案的重要基础工作。路面调查应按现行公路水泥混凝土路面设计规范（jtg d40-2002）或公路水泥混凝土路面养护技术规范（jtj 073.1-2001）的有关规定，依据实测数据和收集的资料，对水泥混凝土路面的病害种类、范围和程度进行分级和分类，并逐板块提出处治措施。调查工作可采用落锤式弯沉仪（fwd）或贝克曼弯沉仪（bb）进行现场测定，并评价原路面结构承载力及接缝或裂缝传荷能力，判断板底脱空情况。若有条件，还可以利用路面雷达（gpr）同时进行路况调查，根据fwd和gpr检测的资料，综合进行分析，并进行必要的挖坑、钻芯取样试验。3.2对旧路处理是决定加铺沥青路面成败的关键3.2.1原路面的接缝处理。接缝采用橡胶沥青混合料灌缝处理。3.2.2原路面的病害处理。麻面、严重脱皮路面：洒橡胶沥青或粘稠沥青一层，用沥青砂补平。板块破碎：破碎后重新浇筑混凝土。接缝啃边，自由边断角：凿除边缝后，一种情况是重新浇注水泥混凝土；另一种情况是用橡胶沥青混凝土填平压实。面板脱空：钻孔，用水泥砂浆高压灌注。断板裂缝：清除，重新浇筑混凝土板。传荷能力差的接缝：切割，清除旧板，浇筑路面混凝土。错台：按斜度削平至下沉板边缘平齐。沉陷：对路基处理后，再重新铺筑基层及水泥混凝土面板。已经沥青处理过的旧水泥路面：对路基处理后，再重新铺筑基层及水泥混凝土面板。如果旧水泥混凝土路面较为光滑，应进行拉毛处理（即铣刨），然后再进行清扫及水洗处理。3.2.3为了延缓旧路面的反射裂缝，在调平层和沥青面层之间铺设土工布。原路面必须具有足够的整体强度和稳定性，其平整度、路拱等都应当符合设计、施工要求。土工布必须紧密与水泥路面粘牢，叠合的土工布层之间必须满涂粘层油粘牢，否则容易形成隔离层而起副作用。路面表层潮湿或路表有积水均不能施工，施工时必须保证路面干燥。3.2.4在对水泥旧路面进行上述处理后，还应根据纵横断面测量的结果进行调坡处理，纵横坡度均应符合设计要求。调坡处理的材料视其厚度情况可采用中、粗粒式沥青混凝土或嵌挤密级配型沥青碎石，按设计方案确定。3.2.5旧水泥路面调坡处理后，一般不再需要做整平层，直接在调平层上洒布粘层油并铺设土工布。4对加铺沥青面层技术的认识4.1土工布能有效地消减反射裂缝旧水泥混凝土路面的接缝和裂缝处的水平位移通过力的传递作用，在接缝和裂缝上方新铺的沥青层内出现应力集中，将旧水泥路面的裂缝反射上来，从而形成反射裂缝。形成反射裂缝的原因很多，大量研究表明温度变化引起的水平位移是产生反射裂缝的主要原因。如何抑制和减少反射裂缝的产生，一直是水泥混凝土路面加铺沥青面的关键问题。国内外采用了许多方法减缓反射裂缝反射到路表面的时间，同时减少路表水通过裂缝对基层和路基的侵蚀破坏。在中心城区道路改造工程中，设计采用了铺设土工布以减缓反射裂缝的产生。中心城区道路改造工程使用的是无纺土工布，它具有较高的拉伸模量和抗拉强度，膨胀系数低、尺寸稳定性好。土工布的使用能有效改善路面结构应力分布，缓解接缝或裂缝处的应力集中，通过它将应力向水平方向分布，防止和减少加铺沥青面的各种裂缝的产生，如疲劳、低温收缩开裂、高温车辙、反射裂缝等，从而延长路面使用寿命；土工布有较强的沥青浸渍能力，与粘层油结合后能形成一个理想的渗透层，具有良好的防水和保温作用，使旧水泥混凝土路面、土工布与加铺沥青层形成一个整体，有效减缓反射裂缝的产生。4.2粘层油在土工材料使用中起着非常重要的作用粘层油的用量直接影响到土工布防治反射裂缝的能力。用量过大会降低土工布表面的摩擦系数，即土工布与沥青加铺层的粘结力降低，使道路面层出现拥包、推移的现象；用量过少，旧水泥混凝土路面和沥青加铺层与土工布就不能形成一个良好的路面整体，因而影响土工布缓解应力集中的效果。粘层油的用量应预先根据土工布的性能、旧水泥混凝土路面状况等因素通过试验确定。4.3在加铺沥青中使用土工格栅比土工布更优国内外研究表明，旧水泥路面加铺沥青混凝土改造工作中，使用土工合成材料对消减裂缝的作用十分明显，而研究结果更倾向于优先选用土工格栅而非土工布处理旧路面混凝土缝。土工格栅是一种网格结构，厚度一般3.0mm左右，格栅的网格尺寸应为0.51.0倍骨料粒径，有25.425.4mm的网格规格，所以格栅对网格内的沥青混合料能起一种“箍固”作用。当道路基层受力出现裂缝并延伸到格栅处时，格栅改变了沥青混合料裂缝末端的受力状况，调整了路面结构的应力状态，从而改变了沥青混合料的弯曲破坏过程，使裂缝处沥青混凝土的张开变形受到了约束，阻止了疲劳裂缝的进一步发展，因而抑制裂缝向表面发展，提高了沥青混合料的抗疲劳性能，从而延长了路面的使用寿命。实验证明，土工格栅能提高沥青混合料的劈裂强度，增强抵抗拉应力和变形的能力，对防止反射裂缝起了较大的作用，对防止龟裂等较小宽度的裂缝反射效果更好。土工格栅的网格结构本身的抗拉强度大小是抑制裂缝发展的主要因素。强度高的格栅在相同变形条件下承受的沥青混合料填充的荷载较高，所以，采用抗拉强度高的格栅可更好地抑制裂缝的发展。土工格栅的另一个重要作用就是提高沥青混凝土路面的高温抗车辙的能力。导致车辙形成的初始原因沥青混合料高温稳定性不足，当高温季节荷载开始作用后，首先出现变形和流动的是沥青，随着沥青及胶浆的流动，沥青混凝土骨架逐渐被破坏至失稳，车辙加速形成。土工格栅能明显提高沥青混合料结构骨架的稳定性，从而提高沥青路面的高温稳定性能，因此提高了抗车辙性能。而且，研究表明，土工格栅还有一定的厚度效应，为减薄沥青加铺面层的厚度提供了基础条件。4.4加铺层的厚度影响路面的使用寿命旧路改造一般采用两层密实型沥青混凝土结构，沥青混凝土面层的最小厚度为810cm比较理想，一层为最小厚度5cm的沥青混凝土整平层，一层为4cm左右的抗滑表层，实现与其他沥青路面一样，具有良好的平整度、构造深度和密实度等。我国现行规范还没有关于旧水泥路面上沥青混凝土加铺层设计的详细规定，国内外研究过沥青混凝土加铺层的厚度，他们的计算认为，在旧水泥路面上沥青混凝土加铺层厚度都在10cm左右才合适，而我们所做的道路改造设计沥青混凝土加铺厚度为7cm（4+3），这将直接影响沥青混凝土路面的使用寿命，并必将造成今后的维修工作量增加。后期附近某城镇道路改造工程施工的路段吸取了该路段设计的经验，将加铺层厚度增至9cm（5+4），实际施工后证明，加铺效果比前者的要好得多。5结语通过对中心城区主要道路沥青混凝土路面改造工程的实践，我们认识到，在旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的改造中，施工单位应该首先采用科学的仪器设备认真调查旧水泥路面的路面板情况，针对调查情况，逐块对旧路面采用对应措施进行认真处理，使其成为合格的沥青路面基层。设计单位应广泛研究目前现有的文献资料和公路沥青路面设计规范（jtg d50-2006），合理经济地设计下层和面层沥青混凝土的厚度，合理选择和充分利用土工材料，比如优先选用土工格栅以消减反射裂缝的出现。参考文献1公路沥青路面施工技术规范（jtg f40-2004）s2公路水泥混凝土路面设计规范（jtg d40-2002）s3公路水泥混凝土路面养护技术规范（jtj 073.1-2001）s.作者简介：刘成群(1969-)，江苏如东人，中国核工业华兴建设有限公司研究员级高级工程师，研究方向：土建技术。