（交通运输工程专业论文）320国道旧水泥混凝土路面结构补强和排水措施研究.pdf

摘要 随着我国经济建设的发展，公路交通运输事业也随之迅猛发展。许多国道和 省干道交通量不但超出预计的增长率，而且重载车辆超载超限现象十分普遍，因 此许多国道、省道干线公路上的现有水泥混凝土路面已不能适应迅猛增长的大交 通量和重载作用，造成不同程度的破坏，缩短了现有水泥混凝土路面的使用寿命 和服务质量。因此有必要研究适应目前交通要求的重载条件下现有水泥混凝土路 面结构增强和相应的排水防护措施。 本论文针对江西多雨地区的特点，以国道3 2 0 太平桥至上饶段的部分破损路 面为研究对象，通过对交通状况、交通组成及现有水泥混凝土路面破损状况的调 查，进行了重载作用下水泥混凝土路面结构补强优化和排水设计的研究，得到了 以下结论。 l 、运用注浆技术原理、室内注浆材料性能试验以及k 5 3 1 + 4 0 0 k 5 3 l - i - 7 9 5 试验路段的现场注浆试验，研究确定了针对本路段注浆浆液的比例；确定了注浆 措施对修补旧水泥混凝土面板板底脱空的效果是明显的，并修筑了实体工程。 2 、通过大量室内实验以及k 5 4 2 - - i - 5 0 0 k 5 4 3 + 5 0 0 试验路段，研究得出了上 下层铺式钢纤维混凝土极大的提高了面板的极限荷载和疲劳使用寿命，而它的级 配、水灰比、水泥用量和施工工艺都与普通水泥混凝土一致，而用钢量是普通钢 纤维水泥混凝土用钢量的四分之一，其施工便利性和费用的节省上都是普通钢纤 维水泥混凝土无法相比的，因此可以在增加少量费用的前提下获得优良的高强度 低钢纤维用量的水泥混凝土面层。 3 、采用路面结构内部排水层、边缘排水系统及半刚性透水混凝土性能试验， 研究得出了半刚性透水混凝土的级配范围和组成设计流程，并从试验路段的雨天 观测中观察到有雨水从排水管中流出，取得了排水性能良好的路面结构形式。 另外由于江西省的经济尚不发达，本次研究对于路面情况较好的路段、路面 极差路段和一般性路段三种不同损坏状况，经过经济性评价提出了不同的罩面技 术和施工工艺。本论文的研究数据对于我国南方多雨地区的水泥混凝土路面的改 善和增强有实际应用价值，提供了丰富的技术参数、工程应用方案。希望能在多 雨和重交通量地区的老路修缮中提供帮助。 关键词：水泥砼路面；重载；脱空；注浆技术；上下层铺式；c t p b 材料 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc h i n a se c o n o m i cc o n s t r u c t i o n ，r o a dt r a n s p o r t a t i o n i n d u s t r ya l s od e v e l o p e dr a p i d l y i nm a n yn a t i o n a la n dp r o v i n c i a lt r u n kr o a d st h e t r a f f i cv o l u m ei sn o to n l ye x p e c t e dt oe x c e e dt h eg r o w t hr a t e ，b u ta l s ot h ep h e n o m e n o n o fo v e r l o a d i n go fv e h i c l e sa n dh e a v y - g a u g ew i d e s p r e a d s oc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t i nm a n yn a t i o n a l ，p r o v i n c i a lh i g h w a yh a sb e e nu n a b l et om e e tt h er a p i dg r o w t ho ft h e l a r g et r a f f i cv o l u m ea n dh e a v yl o a d ，w h i c hc a u s e dv a r i a b l ed e g r e e so fd a m a g ea n d s h o r t e n e dt h el i f ea n dq u a l i t yo fs e r v i c eo ft h ee x i s t i n gc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt os t u d yt h ee x i s t i n gi n c r e a s e ds t r u c t u r eo fc e m e n tc o n c r e t e a n dt h ec o r r e s p o n d i n gp a v e m e n td r a i n a g em e a s u r e su n d e rt h ec o n d i t i o n so ft h ec u r r e n t r e q u i r e m e n t so f t h eh e a v yt r a f f i c a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fw e ti nj i a n g x ip r o v i n c e ，t h i sp a p e rs t u d i e do n t h eo p t i m i z i t i cr e i n f o r e e ds t r u c t u r eo fc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tu n d e rt h eh e a v yl o a d a n dd r a i n a g ed e s i g n ，t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o no f t r a f f i cc o n d i t i o n s ，t r a f f i cc o m p o s i t i o n o ft h ee x i s t i n gc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n ta n dd a m a g e ds t a t e ，w h i c ht o o kt h et h e d a m a g e dp a r to ft h er o a df r o mt a i p i n gq i a o t os h a n g r a oi n3 2 0n a t i o n a lt r u n kh i g h w a y f o re x a m p l e ，a n dr e c e i v e dt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s 1 u s i n gp r i n c i p l e so fg r o u t i n gt e c h n o l o g y ，i n d o o rp e r f o r m a n c et e s ta n dg r o u t i n g t e s ti nk 5 31 + 4 0 0 k 5 31 + 7 9 5s e c t i o n ，t h ep r o p o r t i o no f t h eg r o u t i n gi nt h i ss e c t i o ni s d e t e r m i n e d ，a n di t i si d e n t i f i e dt h a tg r o u t i n gm e a s u r e su s e dt or e p a i rt h eo l dc o n c r e t e p a n e l sv o i db o a r dh a dt h eo b v i o u se f f e c t ，a n dt h ep r o j e c te n t i t yi sc o n s t r u c t e d 2 t h r o u g hal a r g en u m b e ro fi n d o o rp e r f o r m a n c et e s ta n ds t u d i e so nk 5 4 2 + 5 0 0 k 5 4 3 + 5 0 0t e s ts e c t i o n s ，i ti s p r o v e dt h a t s t e e lf i b e rr e i n f o r c e dc o n c r e t eg r e a t l y i n c r e a s e dt h ep a n e l su l t i m a t el o a da n df a t i g u el i f eu s i n gs p r e a d i n gi nl a y e r s ，a n di t s g r a d a t i o n ，w a t e r c e m e n tr a t i o ，t h ea m o u n to fc e m e n ta n dt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y a r ec o n s i s t e n tw i t ht h eo r d i n a r yc e m e n tc o n c r e t e ，t h ea m o u n to fs t e e li saq u a r t e ro f o r d i n a r ys t e e lf i b e rr e i n f o r c e dc o n c r e t e ，a n dt h eo r d i n a r ys t e e lf i b e rc e m e n tc o n c r e t e a r ec a nn o tb ec o m p a r e dt oi ti nc o n v e n i e n c ea n dc o s ts a v i n g s u n d e rt h ep e r m i to fa s l i g h ti n c r e a s ei na c c e s sw ec a no b t a i nt h ec o n c r e t ep a v e m e n tw i t hh i g h - s t r e n g t ha n d l o w a m o u n ts t e e lf i b e rs t r u c t u r e 3 b yu s i n g t h ei n t e r n a ld r a i n a g el a y e r ，t h ee d g ed r a i n a g es y s t e ma n d s e m i p e r m e a b l er i g i dc o n c r e t ep e r f o r m a n c et e s t s ，w es t u d i e dt h es c o p eo fg r a d a t i o n a n dt h ec o m p o s i t i o no ft h ed e s i g np r o c e s so ft h es e m i p e r m e a b l er i g i dc o n c r e t e a n d w eo b s e r v e di nar a i nt h a tt h e r ew a so u t f l o wf r o mt h ed r a i n a g ep i p e s ，s ot h ep a v e m e n t s t r u c t u r eh a sg o o dd r a i n a g ep e r f o r m a n c e i i - a l s o ，b e c a u s eo fj i a n g x i su n d e v e l o p e de c o n o m y ，w i t ht h ee c o n o m i ce v a l u a t i o n m e t h o dt h i ss t u d yp r o p o s e dd i f f e r e n to v e r l a yt e c h n o l o g ya n dc o n s t r u c t i o np r o c e s a c c o r d i n gt ot h et h r e ed i f f e r e n ts e c t i o n s d a m a g e ds i t u a t i o n ：b e t t e rs e c t i o n so fr o a d c o n d i t i o n s ，p o o rs e c t i o n sa n dt h eg e n e r a ls e c t i o n i nt h i sp a p e r ，t h er e s e a r c hd a t ah a s p r a c t i c a lv a l u et ot h ei m p r o v e m e n ta n de n h a n c e m e n to f c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t i n t h es o u t ha r e ao fc h i n a ，w h i c hp r o v i d i n gal o to ft e c h n i c a lp a r a m e t e r s ，e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n s i ti sh o p e dt h a tt h i sd a t ac o u l dh e l pr e p a i r i n gt h eo l dr o a di nw e ta n d h e a v yt r a f f i cr e g i o n s k e yw o r d s ：c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t ；h e a v yl o a d ；p a v e m e n tv o i d ；g r o u t i n g t e c h n o l o g y ；s p r e a d i n gi nl a y e r s ；c t p bm a t e r i a l i n 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：落寺彳乞日期：陴j 月a 尹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：日期：弘加y 年r 月a 牛日 导师签名：枷示 埘吼缈j 月夕牟日 第一章绪论 1 1 前言 随着我国经济建设的发展，公路交通运输事业也随之迅猛发展。许多国道和省干道 交通量不但超出预计的增长率，而且公路车辆重型化十分明显。另外由于车辆管理和养 路费、过路费等规费政策与实际脱离，致使重载车辆超载超限现象十分普遍，车辆的重 载超载超限的比例达到2 5 - 4 5 。其中有的车辆载重超过额定吨位的2 至3 倍，并且有 不少车辆的轴载超出了路面标准设计轴载的限值标准( 单轴1 0 0 k n 、双联轴1 8 0 k n 和 三联轴2 2 0 刚) 。因此许多国道、省道干线公路上的现有水泥混凝土路面已不能适应迅 猛增长的大交通量和重载作用，造成不同程度的破坏，缩短了现有水泥混凝土路面的使 用寿命和服务质量。同时对行车安全、运行效益和道路养护、管理等产生了很大的影响， 这一问题已引起公路部门和交通部门的高度重视。因此有必要研究适应目前交通要求的 重载条件下现有水泥混凝土路面结构增强和相应的排水防护措施。 本文主要针对3 2 0 国道太平桥至上饶段水泥混凝土路面在重载车辆交通作用下的交 通组成、重载特征、路面损坏及排水状况等因素进行分析，以及重载交通对路面结构的 力学分析和路面结构的相关对策的研究，并根据现有水泥混凝土路面结构增强的各种技 术措施实施有若干种方案的试验路段。另外通过现场调研、理论分析、室内材料试验等 从中总结出一整套理论与实际相结合的方法，以求得现有水泥砼路面结构增强与排水的 有效措施，使现有水泥砼路面能继续发挥其应有的作用和获得良好的社会经济效益。 1 2 研究的背景和必要性 江西省气候四季变化分明，春季温暖多雨，夏季炎热湿润，秋季凉爽少雨，冬季寒 冷干燥，年平均气温为1 6 2 , - - 1 9 7 。c 左右，年平均降水量为1 3 4 1 4 - 1 9 3 4 4 毫米，年 平均日照时数为1 4 7 3 - - 2 0 7 8 小时，年平均无霜期为2 4 1 - - 3 0 4 天。全年气候温暖，雨量 充沛，光照充足，无霜期长，具有亚热带湿润气候特色。 随着江西省国民经济的迅速发展，道路交通量增多，车辆轴载不断增大。交通量的 增大给运输业带来了巨大的收益，但对道路的破坏却是日益加剧。早期的道路大部分为 水泥砼路面，由于交通量的迅猛发展超出了原设计预测，尤其是在重载和超载重车的重 复作用下，给路面造成诸多不同程度的破坏如断板、裂缝、错台、唧泥等病害，给行车 带来了极大的不便，这对经济发展起到了负面影响。而水泥砼路面修复工作复杂，维修 费用较高，目前缺乏经济有效的修补技术。为适应国民经济和区域性经济发展的需要， 减少工程投资，进行对现有水泥砼路面通过结构强度增强和相应排水措施的研究，继续 发挥现有水泥砼路面的经济效益和社会效益十分必要。 1 3 国内外研究现状及水平 1 重载 国外对重载( h e a v v - d u t y ) 对路面影响的研究主要在结构设计和材料设计两部分。 前者包括轴载的换算、路面结构的类型和厚度，以及重载作用下的路面损坏类型；后者 则是考虑了材料的性质而增强路面结构抵抗外力破坏的能力，以及通过纤维加筋等提高 路面的韧性、减薄面层和延长使用寿命，减少水泥混凝土路面的寿命周期费用【l 】。 由于车辆重载、超载和超限的现象越来越普遍，国内一些单位相继开展了一些研究， 如交通部公路规划设计院、同济大学进行的对轴载换算方法的研究【2 】，交通部公路研究 所和河北省进行的加速加载试验，河南省进行的特重车对路面应力、弯沉的研究，长沙 理工大学对重、超重车对路面使用寿命的分析，长安大学初步建立了重载路面设计体系。 可见，国内对重载研究范围也较为广泛，并取得了一定的经验。但是我国幅员辽阔，各 地区的自然条件差异悬殊( 主要是地质、气温、降水、筑路材料、施工机械、施工水平 及经济条件等) ，各地的研究和国家的水泥混凝土规范往往难以面面俱到和反映全国各 地的条件。因此需要针对3 2 0 国道( 江西省上饶段) 在重载作用下现有水泥砼路面结构 增强和快速排除老路面结构内部的水损害等方面需要作进一步的研究，以适应江西省的 交通和经济发展的需求。 2 脱空 水泥混凝土路面板脱空是指面板与基础之间产生空隙，属于路面的结构性损坏。造 成板底脱空的原因是多方面的，是内因和外因共同作用的结果。水泥混凝土路面在使用 过程中，由于板下基层材料的刚度远小于混凝土路面板，特别是以石灰、水泥等无机结 合料稳定细粒土为基层的道路，在行车荷载的反复作用下，板下基层将产生塑性变形累 计，而出现与板体脱离的现象；同时温度湿度的变化而引起的混凝土路面板挠曲，也易 造成板下脱空【3 】。在雨季，渗入的雨水将在板下形成积水；在行车荷载的反复挤压作用 下，积水与基层材料中的细粒材料形成泥浆，并沿面板接缝缝隙处喷溅出来，形成唧泥。 唧泥的出现进一步加剧了板下的脱空。实际观测和实践经验都表明，水泥混凝土路面板 下的局部脱空是大量存在的，特别是修筑在细粒材料基层上的水泥混凝土路面。脱空的 出现对水泥混凝土路面板的受力是极为不利的，特别是在板角、板边部位在行车荷载的 作用下，其受力状态类似于悬臂梁，将产生过大的应力、应变和竖向变形，极易导致水 泥混凝土路面板的断裂和破碎等损坏，这将严重影响水泥混凝土路面板的使用性能和疲 劳寿命。 板底脱空的原因可概括分为：结构设计原因、施工质量原因和养护管理水平等三类。 水泥混凝土路面板下脱空对板角、板边应力极为不利。水泥混凝土路面的缝边板角 处，由于基层的脱空，在荷载作用下，水泥混凝土路面板的工作状态近似于悬臂梁，板 2 角或板边产生过大的弯沉和应力。在重复荷载作用下，最终导致路面板的疲劳开裂。因 此必须经常性地准确评定板底脱空状态( 脱空位置与脱空尺寸) ，及时地修复。当面板 下产生脱空后，采取灌浆或封底是一种有效的修复措施，但这应当以准确评定脱空状况 为基础，否则不但浪费人力、物力，而且可能造成路面的进一步破坏。加拿大的w u ， s _ s 4 l 的研究表明，如果板底处理不当将使路面的使用性能下降甚至迅速破坏。因此，对 使用中的水泥混凝土路面，以可靠的方法评定板下基础脱空的位置及大小，及时采取有 效的修复措施，以阻止此类结构性破坏的发展是极为重要的，同时，这也是现代路面管 理系统中一个重要的组成部分。 东南大学唐伯明博士在板底脱空研究方面做了很多工作，得出主要结论有【6 l ： ( 1 ) 当脱空发生在板边、角时，荷载响应受基础脱空的影响非常显著； ( 2 ) 接缝传荷能力较小时，有可能是地基脱空所至，传荷能力较大时，则 不一定无脱空存在； ( 3 ) 地基脱空与否及脱空尺寸，不影响混凝土板体变形性质，即n c h r p 法 并不是普遍方法； ( 4 ) 脱空与传荷能力变化对弯沉盆有同样的影响效果，将二者区分不易； ( 5 ) 可能的脱空大都发生在驶离板的板边、板角处。 经过调研得知张宁等人的研究更符合实际，可用于确定脱空量，现简要介绍 其研究结论如下【5 】： ( 1 ) 通过对水泥混凝土路面缝边荷载弯沉曲线特征点的分析，建立并验证了接 缝传荷工作模型，更精确地描述了接缝的实际工作状态，为接缝传荷能力的准确评定、 接缝使用性能的研究以及脱空评定奠定了基础。 ( 2 ) 通过对第一传荷状态临界荷载及其对应弯沉影响因素分析，表明脱空对弯沉 影响显著，因此用落锤式弯沉仪( f w d ) 对水泥混凝土路面板底脱空进行评定是切实可行 的。但其前提是区分传荷变化与脱空对弯沉的影响，显然，以往单一采用弯沉来评定脱 空状况是不切合实际的。 ( 3 ) 提出了以第一传荷状态临界荷载及其对应弯沉作为评定指标的脱空评定方法， 从而区分了传荷变化与脱空对弯沉的影响，使得脱空评定在单板系统的基础上进行，大 大简化了评定模型。 ( 4 ) 在实际应用中，可以对典型的地基刚度与板厚参数分别建立脱空尺寸弯沉 回归关系，其研究结果表明，它们之间回归效果显著，这就为以后脱空状况快速评定提 供了方便。 ( 5 ) 建立了板中f w d 荷载作用时水泥混凝土路面板下地基刚度的评定模型。 在张宁的研究中，其计算得到板角脱空尺寸与弯沉关系曲线，结合相关系数可以看 出，脱空尺寸与弯沉回归效果显著，脱空对弯沉的影响是显著的。在实际应用中，可以 对典型的地基刚度与板厚参数分别建立下述回归关系式： 对于板边来说： y = a 3 x 3 + a 2 x 2 + a l x a n ( 1 2 ) 对于板角来说： y = a 2 x 2 - 4 - a t x a 。 ( 1 3 ) 这样，只需用f w d 实测缝边板中和板角弯沉，即可迅速评定板的脱空状况【1 0 1 。 3 旧水泥混凝土路面加铺层 目前，许多发达国家公路建设的重点都已从新建逐渐向现有公路的加铺改造转移。 1 9 7 6 年美国提出4 r 计划( 即罩面r e s u f f a c i n g ，恢复再生r e s t o r a t i o n ，修缮r e h a b i l i t a t i o n ， 改建r e c o n s t r u c t i o n ) ，就开始非常重视i e t 路的加铺改造工作了。可以预测，在不久的 将来，我国高等级公路建设取得阶段性成果之后，重点也会从新建逐渐向现有公路的修 复转移【7 1 。 通过国内外的调研，旧水泥混凝土路面的加铺改造形式主要可以归结为以下3 种结 构形式： ( 1 ) 旧水泥混凝土路面上加铺新的水泥混凝土路面罩面，简称“白+ 白” 方案 在“白+ 白”罩面中，按罩面与原有路面的层间粘结方式，分为结合式、分 离式、部分结合式。也有的在加铺分离式水泥板补强后再加铺一薄沥青混凝土面层以改 善行车性能和使用性斛引。分离式( 非粘结) 加铺层对现有水泥混凝土路面状况较差的 情况特别适用，与其它加铺结构形式相比它在加铺层施工前对现有路面的处治工作量较 小，只需要对板下空隙较大处及活动的混凝土面板等进行修复【9 】o 通过这些处治，可使 加铺层及隔离层的厚度减薄，从而使工程总体较经济。实践证明，分离式混凝土路面加 铺层在路面性能退化前的较长时期内，性能和费用都优于沥青加铺层。分离式混凝土加 铺层可避免因路面重建而带来的费用大、工期长、对正常交通秩序干扰大等一系列问题。 它可以在现有路面上直接施工，而不需要挖除全部现有的混凝土路面再对基层进行处 治。加铺层混凝土的铺筑方法同新铺筑的混凝土路面施工基本一样，可做成接缝设传力 杆或不设传力杆的素混凝土路面，也可做成钢筋混凝土或连续式钢筋混凝土路面，施工 便利。与挖除重建相比，虽然个别路段可能会遇到调坡或抬高桥面问题，但其费用常大 大低于重建的费用【1 1 】。旧混凝土面层为分离式加铺层提供了刚度很大和抗冲刷能力强的 地基，而由于设置了隔离层，阻止反射裂缝对加铺层的影响，延长了路面的使用寿命。 相对来说，结合式加铺层对原有路面的处治要求较高，旧水泥混凝土路面的评价等级必 须达到良以上，而由于旧混凝土板本身的接缝，使得其上的加铺层的反射裂缝问题相对 比较严重，从而缩短加铺层的使用寿命【1 2 】。对于分离式水泥混凝土路面加铺层来说，由 于新板是一刚度较大的结构层，由旧水泥混凝土路面接、裂缝或错台引起的应力集中会 使加铺层层底的弯拉应力非常大，因而，这类结构的设计控制指标是新加铺层板底的弯 拉应力，即以新板的疲劳寿命为控制指标【1 5 】。按照美国对已使用2 - 3 9 年的分离式水泥 混凝土加铺层的损坏调查，这类加铺层的主要损坏是角隅断裂和纵、横向裂缝，其错台 量较新建混凝土面层小得多，平均值变动于o 5 6 m m 范围内【1 3 】。 4 ( 2 ) 水泥混凝土路面上直接或补强后加铺沥青混凝土面层，简称“白+ 黑”或者“白 + 补强层+ 黑”方案 旧混凝土面层的接缝或裂缝往往在通车数年内很快反射到沥青加铺层上i l 引。为了防 止反射裂缝，最新2 0 0 2 年版的公路水泥混凝土路面设计规范( j t g d 4 0 - 2 0 0 2 ) 要求 只有当旧混凝土面层的结构性损坏状况和接缝传荷能力均评定为优良或中时，并且对旧 混凝土面层裂缝、错台和板底脱空等病害进行修复后，才能采用沥青加铺层。防止和控 制反射裂缝是沥青加铺层设计的重点。旧水泥混凝土路面上的沥青加铺层是一种特殊的 路面结构，应力应变特性与一般的弹性层状体系有较大的差别【1 6 1 。由于裂缝的存在，在 外力荷载作用下，沥青混凝土加铺层处于复杂的三维应力状态。车辆行驶经过不连续的 板体时，沥青混凝土加铺层中由于裂缝两侧相邻板块产生竖向位移差，而出现较大的剪 切应力。另外，由于路面暴露在大气中，受气温周期性变化的影响，沥青加铺层和旧路 面板都会缩胀，并产生温度应力。由于旧水泥混凝土路面的应力在接缝处不连续，沥青 加铺层同时承受它本身以及旧路面所产生的温度应力。在几十年防治反射裂缝的实践 中，国内外的研究人员进行了大量试验，先后尝试了多种防治措施。这些措施涉及整个 沥青罩面复合结构的各个层次，根据其结构层次的不同，大致可以分为：改善沥青混凝 土罩面层性能、设置中间夹层和处治旧路面板。具体包括增加沥青混凝土罩面层厚度【l7 】； 应用改性沥青、s a m i 、土工织物类、土工网格、格栅、粘结层【1 8 】；封填接缝、裂缝【1 9 】； 稳定旧路面板【2 0 】等。其中加筋沥青罩面和应力一应变吸收薄膜夹层一直是研究者关注的 热点【2 l 】。 有时为了减轻旧板裂缝以及错台引起的应力集中对沥青加铺层的直接作用通常在 旧水泥混凝土路面上设置半刚性基层或级配碎石基层以达到补强或隔离作用，从而提高 沥青混凝土加铺层的使用寿命【2 2 1 。在旧水泥混凝土路面上加铺半刚性基层( 水泥稳定碎 石基层或二灰碎石基层【2 3 】) 进行补强然后再加铺沥青面层，在国内的早期改造工程中应 用较多，但是由于半刚性基层本身的温缩和干缩特性，使得半刚性基层本身容易出现早 期开裂【2 4 1 ，影响沥青面层的使用寿命，在如今的加铺改造工程中此类方案应用较少，有 些地区逐渐采用加铺2 0 c m 水泥稳定碎石或二灰碎石补强然后加铺2 4 c m 以上的水泥混 凝土板这类方案。级配碎石作为半刚性基层与沥青面层之间的中间层国内尚不多见，但 在澳大利亚和南非作为减缓沥青路面反射裂缝的一种措施应用较多，且较为成功【2 5 】。级 配碎石具有良好力学性，但是国内的实例加铺工程也不尽成功【2 6 1 ，这主要归结到级配碎 石加铺层的两大关键控制因素：优质级配碎石以及一流的施工工艺是级配碎石层成败的 关键2 7 1 。 ( 3 ) 旧水泥混凝土路面先碎石化后加铺面层，简称“碎石化+ 沥青混凝土路面”或 者“碎石化+ 水泥混凝土路面”口引 碎石化( r u b b l i z a t i o n ) 是指针对旧水泥混凝土路面大面积破坏已丧失了整体承载能 力，通过局部的挖除、压浆等处治方式已不能恢复其使用功能，并且通过加铺方式存在 反射裂缝问题或已不能达到结构强度要求的情况下对旧水泥混凝土板块采用的一种终 极处理方法。一般是利用特殊的施工机械，对局部基层破坏严重的部位进行处治后，将 水泥混凝土板块破碎成较小的粒径( 5 m p a ，f 2 8 _ 1 0 m p a 。 试验过程中，减水剂应先完全溶解成溶液后再加入水泥及粉煤灰中。流动性试验指 标参照a s t m c 9 3 9 中的锥形漏斗( 体积1 7 2 5 m l 士5 m 1 ) 制定，以流出的时间( s ) 为标 准( 在室温2 0 条件下，纯水的流出时间为8 s ) 。 1 ) 粉煤灰与水泥比例的确定 1 9 根据上海地区注浆工程实践的经验，在室内采用水灰比o 4 7 ( 水泥与粉煤灰之和： 水) 进行试验，来调整水泥和粉煤灰的适当比例。2 8 天强度试验结果见图3 1 。 由图3 1 可以看出粉煤灰与水泥的比例在0 4 - - 0 6 之间时，其2 8 天强度变化不大， 基本上维持在2 4 m p a 左右，满足了修补旧水泥混凝土板所要求的注浆浆液的后期强度。 而其相应的7 天强度也都超过了5 m p a 。故粉煤灰与水泥的比例建议为0 4 0 6 之间。 而从江西本地注浆旅工的实际经验看，粉煤灰：水泥= 3 ：7 ，也符合这个范围的要 求，相当于o 4 3 ，而在现场拌和的过程中这个比较适合注浆，相应提高施工进度。故本 试验段还是建议粉煤灰：水泥= 3 ：7 。 7 、，- - 0 00 40 5 0 60 70 80 9 图3 1 粉煤灰：水泥与2 8 天强度的关系图 2 ) 水灰比的确定 粉煤灰与水泥的比例确定为3 ：7 ，并以此比例进行室内试验，不断调整水灰比的变 化，结果见图3 2 、图3 3 。 广一 ， 一 i-l- 0 4 5o 5 00 5 5o 6 0o 6 5o 7 0 图3 2 水灰比与2 8 天强度的关系图 从图3 2 可以看出水灰比维持在0 4 5 - 0 5 0 之间时，2 8 天强度变化不大，基本维持 在2 0 m p a 左右，若水灰比继续增大，强度下降比较明显。当水灰比达到0 5 5 时2 8 天强 度为1 5 m p a ，7 天的强度超过5 m p a ，满足要求。故在不添加外加剂的情况下水灰比不 加 加 o 5 0 5 0 5 o 2 2 l 1 宜过大，最好保持在0 4 5 - 0 5 5 之间。 图3 3 为水灰比的变化与稠度的关系曲线，稠度在一定程度上表征了浆液的流动性， 即旌工时的和易性和注浆时的可灌注性。根据江西地区注浆的实践经验，注浆浆液的稠 度一般在1 6 - 3 0 s 之间。浆液过稠，施工拌和困难，注浆也比较困难，浆液容易堵住管 道，在板下的渗透性和流动性降低；浆液过稀，浆液的泌水性增加，随着水泥和粉煤灰 颗粒的沉淀，在板下与浆液之间形成的一个很薄的水层，一旦水分欺蒸发后同样存在脱 空，影响注浆效果。浆液的泌水性大小可以通过浆液硬化后所形成试件高度的变化来表 征，当水灰比大于0 5 5 时，试件高度开始明显降低，水灰比到0 6 时降低的高度已经达 到6 ，故水灰比不亦大于0 5 5 。 l i l -ii- 0 4 5 o 5 0o 5 50 6 00 6 50 7 0 图3 3 水狄比与稠度的关系图 从图3 3 可以看出，当水灰比在o 5 0 - - 一0 5 5 时，稠度完全满足要求。水灰比在o 5 0 时，实际上的稠度已经达到了3 3 s ，基本上满足要求，但在不加减水剂的情况下，建议 采用0 5 5 的水灰比进行注浆，此时稠度为2 0 s 。添加s n i i 高效型减水剂，添加剂量为 水泥重量的o 5 。 3 ) 实际施工的建议比例 采用注浆措施对旧水泥混凝土板进行补强具有方便快捷、易于施工、尽早通车、对 交通妨碍少的优势，因此在浆液中应适当加入早强剂，利于早日通车。而减水剂本身就 具有早强的作用，故本试验段施工建议适当加入减水剂。 建议比例为水泥：粉煤灰：水：s n 二i i 减水剂= 7 ：3 ：5 ：0 0 3 5 当在施工现场由于实际条件的限制对加入减水剂存在困难时，建议比例为水泥： 粉煤灰：水：= 7 ：3 - 5 5 。 3 5 注浆前后效果分析 本试验段对板底脱空的评定标准为，现有砼板按接缝处主点弯沉小于0 2 m m 、差异 弯沉小于0 0 6 m m 以指标控制，即这两个指标均满足的板不需要处理，否则采取注浆或 2 l o 0 o 0 0 0 o 2 0 8 6 4 2 其他措施修补旧板。 3 2 0 国道太平桥至玉山段大部分的水泥混凝土板已破坏或者脱空情况严重，车辆经 过时裂缝有明显的溅水现象，故对路面采用了5 4 m 长的贝克曼梁和后轴轴载1 0 0 k n 的 标准车，测量其主点和副点弯沉，确定其板下脱空情况。而后分别在注浆施工后的7 d 、 2 8 d 对面板的弯沉情况进行了复测，以确定注浆对旧混凝土板补强的效果。分别对面板 的四个角点进行了弯沉测试，弯沉仪触点在沿行车方向靠纵缝7 0 锄，横缝前后各1 0 锄 测定主、副点弯沉。载重车驶入测试板即停在横缝处，但不得压缝。弯沉仪的测点与支 座不应放在相邻两块面板上，待弯沉车离测试板时，方可读取百分表值。测点位置如图 3 4 。本试验段的浆液配比按建议的配比值进行配制。 行 车 方 向 图3 4 测点位置示意图 注浆试验段选取坏板较少的3 2 0 路段进行，桩号为k 5 3 1 + 4 0 0 1 5 3 l + 7 9 5 左半幅 ( 江西至上海的方向) 。 3 5 1 注浆前弯沉情况 在注浆前7 d 、1 4 d 对面板进行了两次弯沉测量，测量的结果见表3 1 ( 注浆前1 4 d 的数值经分析，可能存在仪器系统误差) 。 表3 1注浆前7 d 、1 4 d 弯沉状况百分比值表 主点弯沉 abcd ( m m ) 7 d ( ) 1 4 d ( )7 d ( ) 1 4 d ( )7 ( 1 ( )1 4 d ( )7 d ( ) 1 4 d ( ) 1 5 万次( 外荷 1 5 万次( 外荷 1 6 k n )1 5 k n )1 5 k n )2 5 k n ) 疲劳次数 及荷载( 应 试件2 1 6 6 0 4 ( 外荷 1 5 万次( 外荷 1 5 万次( 外荷 1 5 万次( 9 1 - 荷 力控制) 1 5 k n )1 5 k n )1 5 k n )3 0 k n ) 4 3 2 7 7 ( 外荷1 3 0 5 8 ( 外荷 1 5 1 1 ( 外荷 试件34 2 4 0 ( 外荷3 0 k n ) 1 5 k n )2 0 k n )2 5 k n ) 5 素混凝土和钢纤维混凝土从表4 - 6 中可以看到以下规律： 1 ) 弯拉强度试验中可以看到，随着钢纤维用量的增大试件的弯拉强度也在增大， 当每层钢纤维用量为1 3 k g m 2 时，弯拉强度就达到5 6 m p a , 为素混凝土的1 6 8 倍。当 每层钢纤维用量1 5 k g m ：时，弯拉强度就达到6 1 3 m p a 为素混凝土的1 8 4 倍。试验使 用的是p 0 3 2 5 级水泥，根据素混凝土的弯拉强度和抗压强度，此素混凝土只能达到c 3 0 的水平。然而仅加入每层1 3 k g m 3 钢纤维( 对于2 0 c m 厚的钢纤维砼的体积用量为0 1 6 6 或1 3 k g m 3 ) 时弯拉强度就达到5 6 m p a ，满足研究要求的技术经济指标； 2 ) 随着钢纤维用量的增大试件的抗压强度也在增大，在每层钢纤维用量为1 5 k g m 2 时，抗压强度就达到4 3 2 6 m p a 为素混凝土的1 4 3 倍，达到c 4 0 的水平。这是由于 钢纤维的存在对试件的表面起了侧向约束作用，但是这种作用对混凝土的抗压强度的提 高不是质的飞跃； 4 2 防水材料 在旧水泥砼路面上加铺水泥砼路面，对路面进行结构补强，是目前旧路改造和提高 中常采用的技术方法。但由于旧混凝土板块之间的纵缝、横缝和裂缝( 为了节俭造价， 旧混凝土板上只有一条裂缝的也要处理后再利用) ，不仅会引反射裂缝，而且雨天会通 过接缝渗水引起路面的水损害，并在一定程度上影响路面的使用寿命。因此，就需要有 一种材料既能隔离新旧混凝土面板防止反射，又能防止通过接缝渗水。现在处理各种缝 隙采用的是