混凝土路面增设封层的必要性及施工技术
时间：2021-01-09 12:03:20 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：新修订的现行国家行业标准《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）中明确要求水泥混凝土路面板底刚性基层和半刚性基层表面应设置缓冲封层和隔离封层。文章将着重通过分析增设基层上部缓冲封层和隔离封层的设置作用、工程案例经验和施工技术要求，来论证通过设置基层表面封层，将有效提高混凝土路面的质量和性能，控制并减少路面早期裂缝的产生。
关键词：混凝土路面；裂缝；隔离封层；缓冲封层；施工技术
在我国公路工程的建设实践中，水泥混凝土路面因其承载性能好、可靠性能高、施工操作便捷等优点，已被广泛采用和接纳。混凝土路面常见的破坏形式包括：断板、脱开和唧泥等，而路面裂缝的产生则是引发上述一系列病害的“罪魁祸首”。
水泥混凝土路面裂缝按照裂缝形式可分为纵向缝和横向缝两大类，纵向裂缝的产生主要有以下三个原因：（1）路面结构强度不能适应重载交通的作用；（2）地基不良引起地基不均匀沉降；（3）交通荷载的显著不平衡。横向裂缝主要分为温度裂缝和反射裂缝两种：温度裂缝是指路面在低温收缩变形受到约束，产生拉应力或者拉应变性，超出面层抗拉强度而开裂，主要是北方地区秋冬季节气温急剧下降，昼夜温差过大造成的；反射裂缝是指由于半刚性基层横向开裂，或者是加铺的面层由于下卧旧路面的横向裂缝、水泥路面的横向接缝等，造成的面层的开裂形成反射裂缝，还有路面与构造物的连接处填土压实度不足，固结沉陷也会形成横向裂缝。图1-1为某电厂厂区内水泥混凝土道路铺筑完成半刚性基层及混凝土面层后，产生的早期横向裂缝。该道路设计荷载等级为公路一级，结构层设计见图1-2。
由于道路裂缝产生的原因是多种多样的，故控制和减少裂缝产生的方法也是多样的。文章将着重通过分析增设基层上部缓冲封层和隔离封层的设置作用、工程案例经验和施工技术要求，来论证通过设置基层表面封层，将有效提高混凝土路面的质量和性能，控制并减少路面早期裂缝的产生。
现行国家行业标准《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）中第4.4.5款明确规定：贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，层厚不宜小于40mm。无机结合料稳定碎石基层上应设置封层，封层可采用单层沥青表面处治或适宜的膜层材料等。当采用单层沥青表面处治时，层厚不宜小于6mm。
在水泥混凝土路面板底半刚性基层上增设隔离封层；在贫混凝土等刚性基层上设置缓冲封层。一方面是实现刚性面层的软着陆；另一方面，两者均要求隔离水分，切实提高水泥路面的抗冲刷脱空变形能力。从而达到优化水泥混凝土路面结构、延长实际使用年限的目的。
在具体分析设置封层的作用之前，首先来了解下水泥稳定土的工程特性，水泥稳定土是用水泥做结合料所得混合料的一个广义的名称。水泥稳定土半刚性基层作为道路基层已被广泛使用，它的强度是比较稳定的，且受水分的影响相对较小。土、砂、石屑或碎石经过水泥稳定后能获得重要的技术指标，如抗压强度，抗弯拉强度和承载比等数值。它的强度来源既取决于材料的固有性质，又取决于制配和铺筑水泥混合料的成分、级配、含水量及施工时采用的工艺过程。水泥稳定土具有良好的适应性，能适应各等级公路路面基层以及机场路面基层的需要；并具有良好的经济型，尤其是在缺乏优质颗粒的地区，采用水泥稳定土做基层或底层土是比较适宜的。但同时也存在着易产生收缩裂缝、水泥水化作用较快、受雨季施工影响、施工用水和养生用水较多、不能直接经受汽车磨耗等不足。
1 缓冲封层和隔离封层的作用及工程案例
1.1 刚性基层表面设置缓冲封层
贫混凝土基层不仅能够为面层混凝土板提供良好的支撑和板间传荷能力，还可为施工机械和支模提供良好的工作平面，并有助于防止唧泥。因此，在重载交通路面中，贫混凝土基层应用越来越多。贫混凝土基层与水泥混凝土面层板之间存在很高的摩擦作用。减少摩擦作用的一种途径就是在贫混凝土基层与面层之间铺设一层中间层，或称缓冲封层。
在贫混凝土基层上设计水泥路面或在老水泥路面上加铺水泥路面时，设置30-50mm沥青混凝土缓冲封层，其作用是：（1）降低面层与基层的结合程度，减少层间摩阻力，减少水泥混凝土路面早期断板；（2）消除或减少混凝土面层底面在施工过程中产生的薄弱过渡层，并有效保护施工期间的基层不受破坏；（3）提高水泥稳定粒料基层的抗冲刷能力；（4）减振缓冲，解决垂直翘曲变形破坏问题。据已有实验数据可知，250mm厚、4mX5m面板翘曲变形约4.5mm。目前，还没有有效手段实测面板的温差垂直翘曲量。根据国内外工程经验估计，至少30mm以上厚度的沥青混凝土方可缓解掉这样大的翘曲变形量。
广东省梅（州）河（源）高速公路、广东省清（远）连（州）高速公路及湖南省宜章107 国道加铺改建项目等开展了一系列试验研究，并且分别对不设隔离层、设蜡质养护剂隔离层、设稀浆封层和设3cm沥青混凝土封层四个方案进行了室内直道动应力试验，系统比较了不同隔离层在层间力学性能等方面的差别，为以后类似项目选择隔离方案、进行隔离层施工质量控制提供了科学依据。试验研究表明：在重载交通水泥混凝土路面及贫混凝土基层（刚性大）水泥混凝土路面中，为了减少车辆动载对路面的影响，缓冲封层宜优先采用沥青混凝土隔离层。
在核电工程第三代AP1000核电机组建设中，由于其重大型设备和模块化的施工特性，要求使用美国进口的极重荷载级LAMPSON大吊车，吊车起吊时，对道路的路基承载力要求极高，其中核岛“T型”台大吊车带载行驶区域的对地压力可达92.10t/㎡。该道路采用毛石混凝土作为道路刚性基层，并在基层表面铺筑了50mm厚细粒式沥青混凝土缓冲封层，上面再铺设钢筋混凝土面层。图1-3为美国LAMPSON大吊车，图1-4为基层表面铺筑沥青混凝土夹层施工现场。
此外，由于我国的运煤专线公路及轴载极重需求越来越多，但在我国已经建成的几条贫混凝土刚性基层上滑模摊铺的高速公路水泥混凝土路面中，3年之内的断角率超过了85%，已经到了无法竣工验收的破损程度。而从抵抗极重荷载的承载能力要求来看，又必须使用贫混凝土基层，故设置缓冲封层将“势在必行”。
