1. 引言
连续配筋混凝土与沥青混凝土(CRC + AC)复合式路面是将整体强度高、病害少的连续配筋混凝土(CRC)与行车舒适的沥青混凝土(AC)结合在一起的一种刚柔复合式路面 [1] 。国外对于CRC + AC复合式路面的应用较少，更多的是将单层沥青表面层加铺于旧连续配筋混凝土路面作为一种养护措施 [2] 。国内2003年在湖南长潭高速公路旧水泥混凝土路面改造工程中修筑了44.76 km CRC + AC复合式路面 [3] ，之后在湖南、江苏、河北、山西等多个省份的公路项目中采用了CRC + AC复合式路面 [4] 。CRC + AC复合式路面因其刚柔兼济、安全耐久的优点，在高等级公路及城市道路建设中得到越来越广泛的应用 [5] [6] 。
2013年，武汉市在三环线综合改造工程中首次应用CRC + AC复合式路面 [7] [8] ，之后CRC + AC复合式路面在武汉市的应用越来越广泛。截至2023年底，武汉市CRC + AC复合式路面已建成里程超过200 km。本文通过对武汉市应用CRC + AC复合式路面的26个工程项目展开调研，分析并总结了工程应用中的相关经验，为CRC + AC复合式路面的合理设计及施工提供参考。
2. 应用道路概况
武汉市应用CRC + AC复合式路面的26个工程项目按建设时序划分，2013~2019年建成项目10个，2020~2023年建成项目16个，2019年之后增幅较快，主要是因为2017年东湖新技术开发区发布市政道路典型结构指引，明确推荐区内重载交通主干路采用CRC + AC复合式路面。按照道路等级划分，其中快速路3条、主干路20条、次干路3条，CRC + AC复合式路面在主干路的应用最为广泛。按照交通荷载等级划分，其中重交通道路15条、特重交通道路11条，CRC + AC复合式路面均应用在重交通及以上交通荷载等级道路。除未来一路南段、高新六路东段、山湖大道南段为新建项目，其余均为改造项目，改造前原路面多存在病害较多、屡次维修的问题，改造项目的CRC + AC复合式路面结构主要有破除新建和病害处理后加铺两种建设方式。根据武汉市经验，CRC + AC复合式路面在重载交通城市主干路改造项目中具有独特的优势。
3. 路面结构组合设计
3.1. 基层和底基层
CRC + AC复合式路面对基层和底基层的要求是适当的刚度和抗冲刷能力 [9] 。加铺改造项目通常是将局部病害处治后的旧沥青路面或旧水泥混凝土路面作为基层。武汉市新建或改造破除新建CRC + AC复合式路面应用最多的基层材料类型为水泥稳定碎石和贫混凝土，底基层材料类型为级配碎石。基层和底基层组合的典型形式为36 cm水泥稳定碎石 + 15 cm级配碎石和20 cm贫混凝土 + 20 cm级配碎石两种 [10] ，其中贫混凝土基层和级配碎石底基层组合在改造项目中占比超75%。
贫混凝土基层具有强度高、施工简便、工期短的优点，但其疲劳断裂也将成为结构设计的一项控制标准，尤其未设置级配碎石底基层时，贫混凝土基层和路基的模量比过大，可能成为影响结构安全的不利因素。工程中出现了贫混凝土基层开裂后向上反射导致连续配筋混凝土下面层断裂的情况。因此，采用贫混凝土基层时，应设置级配碎石底基层，有条件时宜设置沥青混凝土夹层，进一步减小连续配筋混凝土板的翘曲变形和翘曲应力。考虑基层板和面层板的弯曲刚度比，结构验算表明，贫混凝土基层适宜的弯拉强度为2.5~3.5 MPa，相应的厚度为16~20 cm。
3.2. 连续配筋混凝土下面层
连续配筋混凝土下面层是CRC + AC复合式路面的主要承重结构，其厚度初步计算与普通混凝土路面相同，再额外考虑沥青面层影响进行折减，设计厚度可不考虑磨耗层影响。在武汉市的应用中，连续配筋混凝土下面层弯拉强度标准值均不小于5.0 MPa，厚度在22~28 cm之间，其中雄楚大街BRT廊道工程和BRT东延线工程连续配筋混凝土下面层厚度为22 cm，107国道东西湖段整治提升工程连续配筋混凝土下面层厚度为28 cm，其余项目连续配筋混凝土下面层厚度为24 cm或26 cm，设计厚度取值较为单一，与交通荷载情况并不完全匹配。
对26个项目跟踪调查发现，仅沌口路改造工程CRC + AC复合式路面存在局部结构性病害，与重载货运车辆占比过高、改造过程中路基处理不到位有较大关系。结合混凝土板厚度计算和实体工程跟踪调查情况，推荐武汉市特重交通道路连续配筋混凝土下面层厚度采用24~26 cm，重交通道路连续配筋混凝土下面层厚度采用22~24 cm。
3.3. 沥青面层
沥青面层作为CRC + AC复合式路面的表面功能层，其内部及层间抗剪切能力要求较高 [11] 。武汉市26个项目中沥青面层主要采用两层，总厚度有9 cm、10 cm或12 cm三种，表层通常采用4 cm SMA-13或4 cm AC-13C，均采用SBS或TLA改性沥青，下层为5 cm SMA-16、6 cm AC-20C或8 cm AC-25C，SMA-16和AC-20C均采用改性沥青或添加抗车辙剂。三环线南段改造工程在AK11 + 060~AK11 + 540段CRC + AC复合式路面的沥青面层采用了6 cm SMA-16，通车8年后检测发现大车道平均车辙深度小于3.5 mm，平整度较好。综合考虑，建议CRC + AC复合式路面沥青面层厚度取6~10 cm。
3.4. 层间处治
复合式路面车辙、裂缝问题较多，与层间结合状态差有一定关系，而目前行业标准缺少针对复合式路面不同工况的层间处治措施技术要求。武汉市CRC + AC复合路面的连续配筋混凝土下面层与沥青面层之间超过85%采用防水黏结层加强层间黏结，其余为洒布黏层油。
在铺筑热沥青碎石防水黏结层前，为保证层间黏结效果，通常需对连续配筋混凝土下面层表面进行糙化处理 [12] ，可采用刻槽、抛丸、铣刨等方式。室内斜剪试验结果见表1，不同温度及剪切角度，铣刨方式的层间剪切强度均最大，抛丸方式其次，刻槽方式最小。现场拉拔试验检测也证实了以上结论，同时采用热沥青碎石防水黏结层相比于黏层油拉拔强度更高。因此，采用铣刨或抛丸糙化处理后再铺设热沥青碎石防水黏结层是CRC + AC复合路面较优的层间综合处治措施。
Table 1. Interlaminar shear strength of different roughness methods
表1. 不同糙化方式的层间剪切强度
4. 配筋及端部设计
4.1. 纵向配筋
连续配筋混凝土下面层纵向配筋的作用是控制裂缝产生的间距和宽度。对于CRC + AC复合路面，沥青面层可以降低连续配筋混凝土下面层受到的荷载应力和温度翘曲应力，还可以避免其产生剥落和渗水，有效减少冲断破坏，故连续配筋混凝土下面层的纵向配筋率可适当降低。武汉市连续配筋混凝土下面层的纵向钢筋直径主要采用18 mm或20 mm，间距12~30 cm，纵向配筋率0.69%~0.93%，其中纵向钢筋直径18 mm、间距12 cm，配筋率为0.85%的方式采用最多。连续配筋混凝土的纵向配筋率设计需结合工程气候条件(年平均空气相对湿度、最大温差)、混凝土材料参数(单位用水量、线膨胀系数、抗拉强度、抗压强度)、层间接触条件(摩阻系数)等计算得到 [9] ，相关参数对配筋率的影响见表2。
Table 2. Influence of climate and material parameters on longitudinal reinforcement ratio (considering asphalt surface)
表2. 气候及材料参数对纵向配筋率的影响(考虑沥青面层)
跟踪检测各项目，未发现通车后出现严重的冲断破坏，同时施工中发现纵向配筋率较高、钢筋间距较小时，钢筋网对振动能量的阻隔作用较大，不利于混凝土底部的振捣密实，钻芯检测发现，混凝土芯样下层孔洞较多、上下层密实度不均匀的情况较为明显，对混凝土的强度有较大的不利影响。因此，在满足配筋验算标准的情况下，纵向钢筋应尽可能采用大直径、大间距的布设方式。结合武汉市的气候条件及混凝土材料参数，CRC + AC复合式路面连续配筋混凝土下面层纵向钢筋推荐采用直径18~20 mm，间距13~22 cm，纵向配筋率0.6%~0.75%。
4.2. 横向配筋
横向钢筋主要用于固定纵向钢筋的位置，同时加长横向钢筋可代替纵缝拉杆。横向钢筋可按钢筋混凝土的配筋原则和要求计算确定。武汉市连续配筋混凝土下面层的横向钢筋直径主要采用14 mm或16 mm，间距30~60 cm，横向配筋率0.12%~0.28%，其中横向钢筋直径14 mm、间距50 cm、横向配筋率为0.13%的方式采用最多。跟踪观测发现横向裂缝与横向钢筋的位置有较多重合，主要是横向钢筋的存在造成混凝土纵向伸缩受阻所致。建议武汉市CRC + AC复合式路面连续配筋混凝土下面层横向钢筋间距采用50 cm，同时宜斜向设置，与纵向钢筋的夹角可取30˚~60˚，以避免出现横向钢筋与横向裂缝位置重合的不利情况。
4.3. 纵向钢筋布置
连续配筋混凝土下面层有单层配筋和双层配筋两种形式。在武汉市的应用中，仅木兰大道综合改造工程采用双层配筋，其余均为单层配筋。研究发现，下层连续配筋对表层裂缝的控制有一定作用，但作用并不明显，同时难以量化。双层配筋更适用于路基不稳定、板底可能脱空的加铺改造道路，此时板底受拉区裂缝位置处钢筋拉应力较大，在底部受拉区配筋可有效发挥作用 [13] 。
纵向钢筋埋置深度对配筋率影响较大，纵向钢筋的位置越靠近板顶，满足横向裂缝宽度指标所需的纵向配筋率越低，纵向钢筋埋置深度对配筋率的影响见表3。《公路水泥混凝土路面设计规范》 [9] 要求纵向钢筋距板顶面不应小于90 mm，主要是考虑到滑模摊铺机施工时位于振动仓内的振捣棒位置固定，需要从上到下将混凝土振捣密实，而钢筋网距离板顶面过近，会造成振捣施工困难。在武汉市CRC + AC复合式路面的应用中，纵向钢筋距连续配筋混凝土板顶面通常为10 cm。考虑到目前城市道路连续配筋混凝土普遍采用三辊轴施工工艺，布料后采用排式振捣机或手持式振捣棒穿过钢筋网、间歇插入混凝土内部进行振捣，因此纵向钢筋应尽可能往上布置，按照设置在板顶面下1/3厚度控制，充分发挥其控制裂缝的作用。
Table 3. Influence of longitudinal steel embedment depth on reinforcement ratio
表3. 纵向钢筋埋置深度对配筋率的影响
4.4. 端部处理
由于连续配筋混凝土横向不设缩缝，整块板受到温度应力作用将产生纵向位移，设置端部处理结构的作用在于约束或释放混凝土板的膨胀变形。国内外常见的连续配筋混凝土端部处理方式主要有钢筋混凝土地梁和宽翼缘工字钢梁两种，两种方式均需对下承层进行固定形式的破除，施工方法较困难，工程中应用越来越少。
目前武汉市CRC + AC复合式路面的端部处理普遍采用毛勒式伸缩缝的形式。然而，工程中发现毛勒式伸缩缝应用于CRC + AC复合式路面中也有较多的弊病，首先由于存在从沥青面层到连续配筋混凝土板的垂直贯穿接缝，车辆经过时会产生跳车的不舒适感，其次异型钢板两侧的钢纤维混凝土在车辆荷载长期作用下易开裂、破碎，维修养护困难，再次V型橡胶止水带易被刺破，存在防水能力不足、引发基层水损害的问题。目前已有多个项目出现毛勒式伸缩缝橡胶止水带破损及钢纤维混凝土碎裂病害，对行车造成较大影响。在高新大道综合改造中试验采用无螺栓梳形板式伸缩装置(图1)，通过相互交叉布列的梳齿连接接缝两端，无垂直贯穿接缝，行车舒适性好、耐久性大为提高。
Figure 1. CRC + AC composite pavement end expansion device (left for Mauler expansion joint, right for bolt-free comb plate expansion joint)
图1. CRC + AC复合式路面端部伸缩装置(左侧为毛勒式伸缩缝，右侧为无螺栓梳形板式伸缩缝)
5. 施工工艺
5.1. 连续配筋混凝土施工
城市道路普遍采用预拌混凝土，由水泥搅拌车运输，坍落度较大，不适用于滑模摊铺机施工，一般采用三辊轴机组施工。《公路水泥混凝土路面施工技术细则》 [14] 中三辊轴施工工艺的相关要求仅针对坍落度10~70 mm的塑性混凝土，缺少针对大坍落度混凝土的相关技术要求，如配合比设计、布料方式、振捣时间、养生方式等。
目前武汉市连续配筋混凝土施工采用的预拌混凝土坍落度多在140 mm以上，部分预拌混凝土采用泵车浇筑时坍落度达到了200 mm。大坍落度混凝土施工简便，但其配合比中单位用水量大、单位水泥用量大、砂率大，存在早期开裂多、粗骨料容易下沉、均匀性差等问题。为了解决早期开裂多和均匀性差的问题，连续配筋混凝土施工时应尽可能采用较小坍落度的混凝土，配合比设计时对抗离析性、早期开裂敏感性提出相关技术要求，施工中应采用螺旋布料器进行布料摊铺，排式振捣机振捣时间与混凝土坍落度相匹配，确保底部混凝土振捣密实，同时做好早期养生，提高均匀性、减少宽裂缝及密集裂缝。
5.2. 沥青面层施工
武汉市CRC + AC复合式路面两层式沥青面层通常都采用改性沥青，表面层70%以上采用了SMA-13沥青玛蹄脂碎石，但车辙问题仍未有效解决。部分项目在纵坡较大段、交叉口、大车道等位置出现车辙病害，较为严重的车辙深度达到了20 mm，主要表现为失稳型车辙。基于车辙病害的循证研究，CRC + AC复合式路面的沥青面层应加强对沥青原材料软化点指标的重视，改性沥青软化点应不小于75℃，混合料配合比设计优先采用S型嵌挤密实型级配，按照《城镇道路路面设计规范》 [15] 的要求提高重交通及特重交通道路沥青混合料动稳定度指标，并保证施工使用材料与配合比设计使用材料的一致性。
5.3. 层间处治施工
连续配筋混凝土表面糙化处理尚无控制标准。抛丸过浅、表面构造深度较小，层间黏结增强效果有限，铣刨过深会对连续配筋混凝土板造成结构性损伤。根据现场拉拔试验，建议将抛丸处理后构造深度不小于0.8 mm、铣刨处理后构造深度2~4 mm作为糙化处理的控制标准。
铣刨糙化处理与热沥青碎石防水黏结层组合的层间处治措施在武汉市特重交通荷载等级道路CRC + AC复合式路面中的应用最多(如图2所示)。热沥青碎石防水黏结层通常采用同步碎石工艺，部分项目采用3~5 mm单一粒径碎石，粒径过小，为了不黏轮，施工中基本满布，碎石重叠易造成层间滑动，有违防水黏结层设置初衷。结合室内外试验，防水黏结层碎石粒径宜为4.75~9.5 mm或9.5~13.2 mm [12] ，碎石撒布量按覆盖率60%~75%控制。热沥青洒布量对黏结、防水效果有较大影响，可采用SBS改性沥青，洒布量宜为1.4~2.0 kg/m2。
Figure 2. Effect maps of interlayer treatment (left for milling and roughening treatment of concrete surface, right for waterproof bonding layer of hot asphalt macadam)
图2. 层间处治效果图(左侧为混凝土表面铣刨糙化处理，右侧为热沥青碎石防水黏结层)
6. 结语
通过跟踪调查，武汉市应用CRC + AC复合式路面的市政道路维修养护频率及费用大为降低，未出现再次大中修改造的情况，取得了良好的应用效果，初步实现了重载交通长寿命路面的预期。经过调研，得到以下结论：
1) CRC + AC复合式路面主要应用于武汉市重载交通城市主干路改造项目。
2) CRC + AC复合式路面贫混凝土基层适宜的弯拉强度为2.5~3.5 MPa，相应的厚度为16~20 cm，连续配筋混凝土下面层厚度推荐采用22~26 cm，沥青面层厚度推荐采用6~10 cm。
3) 对连续配筋混凝土下面层进行铣刨糙化处理后再铺设热沥青碎石防水黏结层的层间综合处治方式具有最优的层间黏结效果。
4) 武汉市CRC + AC复合式路面连续配筋混凝土下面层适宜的纵向配筋率为0.6%~0.75%。纵向钢筋应尽可能往上布置，横向钢筋宜斜向设置，端部处理采用无螺栓梳形板式伸缩装置的耐久性更好。
5) 针对城市道路连续配筋混凝土普遍采用的大坍落度预拌混凝土，建议其配合比设计增加抗离析性、早期开裂敏感性相关技术要求，并加强施工质量控制。
6) 调查中也发现个别应用CRC + AC复合式路面的道路因路基换填处理不到位、帮宽路基不均匀沉降、重载集中等原因出现了局部板块断裂、连续的纵向裂缝等病害，修复较为困难，后续工程中应重视路基路面一体化设计及施工。