摘 要

为更加直观地了解“白改黑”路面不同结构组合的抗裂性能，采用多功能道路检测车对在役不同加铺结构“白改黑”路面进行检测，对比分析不同结构组合路面的横向裂缝间距、纵向裂缝贯穿率、龟裂分布律，并评价其对路面平整度和抗车辙性能的影响，验证不同加铺结构的抗裂性能。研究结果表明：增加结构层厚度、增设聚酯玻纤布或高弹性应力吸收层均可起到一定的抗裂缝反射性能；不同加铺结构不会对路面的平整度、抗车辙性能产生较大影响。

关键词

道路工程 | “白改黑” | 结构组合 | 抗裂性能

目前，沥青路面已经成为中国高速、干线公路的主要形式，但在山西省这一典型煤运重交通特殊区域，水泥混凝土路面仍占有一定的比例沥青网sinoasphalt.com。此外，据不完全统计，水泥混凝土路面占中国铺装路面的70%，故水泥混凝土路面的服务能力仍是研究的重点。为改善旧水泥混凝土路面的行车条件，提高道路运营效率和服务水平，道路管理部门开展了加铺改造工程，在充分利用旧水泥混凝土路面板的剩余承载能力的基础上，提高水泥混凝土路面的行驶舒适性。加铺沥青面层后，在外部交通荷载作用及环境温度的影响下，沥青加铺层的裂缝反射成为其运营期内的主要破坏类型[1-2]。若沥青加铺层防裂措施处理不当，雨水很容易通过反射裂缝渗入路面基层甚至土基，造成基层冲刷、土基软化、路面沉陷等更大的安全隐患[3-4]。现有旧水泥混凝土加铺抗裂缝反射技术主要包括满铺应力吸收层[5]以及铺设聚酯玻纤布[6-7]或橡胶沥青应力吸收膜[8]等方法，但关于这些加铺技术性能对比的研究未见报道。

本文采用多功能检测车对在役的不同加铺方案的路面开裂情况进行检测分析，对山西省典型的旧水泥混凝土路面“白改黑”工程中多种加铺方案进行对比，评价其工程适用性，为今后旧水泥混凝土路面加铺改造的设计、施工提供技术参考。

夏家营—汾阳高速公路（简称夏汾高速）位于山西省吕梁市境内，双向四车道，是青岛至银川高速公路在山西境内的重要组成部分，也是晋煤外运的主要通道。项目初期，夏汾高速公路采用水泥混凝土路面，按重交通量进行设计，各项指标满足当时执行的94设计规范要求，但并未预测到交通量和车辆轴载的迅猛增长，故面板采用了素混凝土。由于原设计结构相对薄弱，交通量预计不足，加上重载、超载车辆的长期作用，在通车第3年开始路面陆续产生病害；为改善路面行车条件和服务功能，养护部门将严重损坏的水泥混凝土板更换为钢筋混凝土板，但运营不到2年又开始出现开裂、脱空等病害，且无法彻底解决[9]。2008年，据夏汾高速重交通方向的出入口交通量计算，7年累计轴载次数为5．66×108次，远远超过了原30年设计累计轴载次数；同时，现场调查显示路面开裂、脱空等病害严重，存在较大的安全隐患[10]。

为提升夏汾高速路面服务水平，采用旧水泥混凝土路面综合处治后的沥青加铺（“白改黑”）方案进行路面改造。在改造过程中，采用了6种不同的抗裂缝反射结构组合，形成了典型的“白改黑”复合式路面结构形式，不同类型的结构如表1所示。

方案2~4采用山西交科新材料有限公司研发的高弹性橡胶马蹄脂应力吸收带处治旧水泥混凝土板的接缝，作为防治反射裂缝的局部处治措施[11-13]。橡胶玛蹄脂由高掺量SBS改性剂与胶粉复合改性，并辅以细集料等按一定比例配制成聚合物改性沥青胶浆[14]，按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）测试其基本性能指标，结果如表2所示。

高弹性橡胶玛蹄脂应力吸收带为现场浇筑，橡胶玛蹄脂经专用输送罐运输到现场，用移动模板推车铺筑到水泥混凝土接缝处，随后紧铺玻纤布，形成应力吸收带[15]。

夏汾高速“白改黑”路面已经运营5年之久，本文对在役的路面性能状况进行调查分析，对比不同结构组合下的“白改黑”路面抗裂性能，验证不同沥青加铺层结构在实际道路使用过程中的效果，为“白改黑”技术在山西省运煤重载道路中的推广应用提供指导。

本文采用山西省交通建设工程质量检测中心的ARAN9000多功能道路检测车（图1），对夏汾高速公路“白改黑”改造工程不同加铺结构路面的技术性能进行信息数据采集[16]。ARAN9000多功能道路检测车集成应用了现代信息技术，以改装的奔驰机动车为平台，将光电、IT和3S技术集成一体[17]；在正常行驶状态下，能自动完成对道路路面图像、路面形状、道路设施立体图像、平整度及道路几何参数等数据的采集、分析、分类及存储[18-21]。

横向裂缝间距

横向裂缝间距可直观地评价横向裂缝的严重程度，如图2所示。横向裂缝间距计算公式如下。

纵向裂缝贯穿度

用纵向裂缝的长度占评价路段总长度的比例来表现纵向裂缝的严重程度比较直观，因此引入纵向裂缝贯穿度的概念。在进行路面病害检测时，将纵向裂缝贯穿度进行了统计分析，其计算公式如下。

式中：ＲLL为纵向裂缝贯穿度；ｍ为评价路段内纵向裂缝的总长度。

平整度

路面平整度是反映路面功能性和舒适性的重要指标，也是路面评价及路面施工验收的一个重要指标。本文采用国际平整度（IRI）作为复合式路面表层功能性评价参数。

车辙

车辙病害严重影响行车安全性能，是评价道路使用性能的重要指标，本文采用路面车辙深度（RD）和路面车辙深度指数（RQI）作为复合式路面表层功能性评价参数。

依据《公路技术状况评定标准》（JTG   H20-2007），公路技术状况检测以1km为基本检测和调查单元，评定路段长度不应超过2000m，路面平整度应以20m（快速检测）为单位长期保存，路面车辙宜采用快速检测设备以10m（快速检测）为单位长期保存。只有当快速检测设备自动识别软件的准确率达到一定程度（如90%以上）时，其识别结果才能被直接用于技术状况评定及路面养护分析。为更加准确地进行病害分析，本文对识别结果进行人工核实后再汇总，结果如表3所示。

从表3可以看出，路面裂缝以横向裂缝为主，行车道内的反射裂缝远多于超车道内的裂缝，且超车道内的裂缝分布离散，因此后续内容主要对行车道内的裂缝情况进行分析。

横向裂缝间距分析

将各路面结构内的裂缝数量与其对应的长度进行取均值评比，以裂缝间隔距离进行评价，不同结构对旧水泥混凝土板裂缝反射性能的影响结果如图3所示。

从图3可以看出：不同路面结构内行车道的裂缝程度远大于超车道，而不同路面结构对行车道与超车道的裂缝间距的影响没有明显的变化规律。行车道内，方案1、2、4、5表现出较好的抗裂性能，方案6相对较差；超车道内，不同加铺结构中的裂缝间距相差较大，方案4、5、6表现出较好的抗裂性能；总体而言，方案4和方案5行车道与超车道内的裂缝间距较大，且维持在相对较低的水平。这和行车道内重载比例较大的现状较为吻合。

(1)对比方案1和方案2发现，满铺聚酯玻纤抗裂布可以起到一定的抗裂功能，但以聚酯玻纤抗裂布替代4cm厚的沥青混合料达不到相同的抗裂效果。(2)对比方案3、4可知，增大下面层材料最大粒径对行车道内的抗裂性能没有明显影响。(3)对比方案4、5可知，以高弹性应力吸收层替代相当厚度的下面层可以提高行车道内路面的抗裂性能。(4)对比方案2、3、5、6可知，增加下面层厚度可以起到一定的抗裂作用。

纵向裂缝贯穿分析

将各路面结构内的裂缝长度与其对应的长度进行取均值评比，以裂缝间隔距离进行评价，不同结构对旧水泥混凝土板裂缝反射性能的影响结果见图4。

从图4可以看出：在超车道和行车道内，纵向裂缝贯穿度都维持在较低的水平，各种路面加铺结构的整体抗竖向裂缝性能良好。方案3中，超车道中裂缝贯穿度为4%，而对应的行车道内裂缝贯穿度仅为0.8%；方案2、5、6都没有检测到纵向裂缝。同时，根据原始检测结果得知，行车道内纵向裂缝的严重程度仅为50%，超车道内纵向裂缝严重的严重程度为80%。

上述现象的原因主要在于，交通管制一般要求大车靠右行，导致行车道内重载车辆所占比例远大于超车道，故行车道内出现裂缝之后，将产生扩展而增加病害程度，所以纵向裂缝的破坏程度较高；超车之所以产生纵向裂缝是由于部分路段车辆变换车道引起的，但纵向裂缝相对较少，而超车道内纵向裂缝严重程度更大的原因是已有裂缝处的材料强度降低，致使横向抗剪切性能下降，荷载重复作用下纵向裂缝破坏程度更大。

龟裂分布分析

将各路面结构内的龟裂面积与其对应的车道的面积的比值进行取均值评比，以龟裂比例进行评价，不同加铺方案对旧水泥混凝土板裂缝反射性能的影响结果见图5。

从图5可以看出：在超车道内没有龟裂病害的出现，这反映出较轻轴载对路面的破坏程度远小于重载作用，也说明重载是加铺结构破坏的主要影响因素。同时，结合检测时拍摄的原始照片可知，龟裂往往与横向裂缝相伴而生，可以推测大部分的龟裂是由横向裂缝引起的，即为横向裂缝的衍生病害。

结合表3可以发现：方案1、2、6具有较好的防止龟裂扩散的作用。同时，对比方案1、3可知，在层间增设聚酯玻纤抗裂布可起到较好的防龟裂病害作用；对比方案2、3可知，增加下面层厚度也可发挥较好的防龟裂病害作用；对比方案4、5、6可知，高弹性应力吸收层可有效防止路面龟裂的产生；而对比方案2、4可知，增加下面层的材料粒径对于加铺层的整体抗裂性有不利的影响。因此，不论增加聚酯玻纤抗裂布、改用高弹性应力吸收层，还是降低加铺层材料粒径，都有利于提高加铺层抗疲劳性能。

依据《公路技术状况评定标准》（JTG   H20-2007）对各检测指标的评定指数，利用国际平整度指数（IRI），计算路面行驶质量指数（RQI）。国际平整度指数（IRI）评定结果见表4。

(1)不同加铺结构的反射裂缝主要发生在行车道内，提高加铺层厚度可以增强结构的抗裂性能，以高弹性应力吸收层替代相当厚度的下面层可以提高路面的抗裂性能，增设聚酯玻纤抗裂布可以起到一定的抗横向裂缝反射作用，但不可为此降低加铺层厚度。

(2)纵向裂缝发现较少，主要发生在变换车道较频繁的路段，且超车道内纵向裂缝的严重程度大于行车道。增加加铺层厚度、设置高弹性应力吸收层均可起到抗纵向裂缝的作用。

(3)“白改黑”路面中的龟裂主要发生在行车道内，多与横缝相伴出现，是重载作用下的一种疲劳破坏。增设聚酯玻纤抗裂布、高弹性应力吸收层和减小加铺层材料粒径均可增强加铺层的抗龟裂性能。

(4)不同加铺结构的路面平整度、抗车辙性能相差不大，应力吸收带不会对加铺结构的行驶特性带来较大的变化，高弹性应力吸收层也不会对路面的抗车辙性能产生明显的影响。