（交通运输工程专业论文）旧混凝土路面沥青混凝土加铺层结构研究及应用.pdf

摘要 在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层是一种常用的、有效的路面修复技术， 它具有工期短、对交通影响小、修复后路面服务性能好等优点，己成为改善路面 使用性能和提高承载能力、延长服务年限的一项常用措施。然而，水泥混凝土板 中的原始裂( 接) 缝，使得沥青加铺层在使用过程中很容易出现反射裂缝，这对修 复后的路面使用寿命产生很大的负面影响。尽管我国已开展了这方面的试验和研 究，至今还没有提出成熟的加铺设计方案。因此继续开展旧水泥混凝土路面上加 铺沥青面层防治反射裂缝方法的研究，是必要而且是可行的。 ( 1 ) 旧水泥混凝土路面状况调查 在沥青混凝土加铺层之前对旧水泥混凝土路面的损坏情况和结构状况进行正 确的评价是解决反射裂缝和保证加罩成功至关重要的一环，其前提就是要了解旧 水泥混凝土路面的结构特性对沥青加铺层中的应力和反射裂缝的影响。 ( 2 ) 旧水泥混凝土路面加铺层改造中沥青加铺层的设计 旧路改造的加铺层设计方法不仅涉及旧路面的损坏、结构状况、交通状况、 环境因素，而且还需要合适的力学分析模型、正确的材料参数、有效的防反射裂 缝措施等，内容广泛、复杂多变，至今尚未有成熟的设计方法。本文介绍了目前 相对成熟的几种加铺层设计体系，并加以评析，提出今后尚需研究的问题，为促 进我国对考虑反射裂缝的旧水泥混凝土路面上沥青加铺层设计方法的研究提供参 考。 ( 3 ) 反射裂缝的防治与控制 在沥青混凝土加铺层之前对旧水泥混凝土路面的结构状况进行正确评估是解 决反射裂缝和保证加铺层成功至关重要的一环，其前提是了解旧水泥混凝土路面 结构特性对沥青加铺层中应力的影响，通过对反射裂缝的产生机理进行详细的分 析，研究土工布和玻璃纤维格栅在防治与控制反射裂缝中的作用机理，对其施工 工艺进行详细的介绍，并对比研究了土工布和玻璃纤维格栅在旧路面改造工程中 的优劣。 关键词：旧水泥混凝土路面；路况评定；沥青加铺层面设计方法；病害处理； 反射裂缝 a b s t r a c t p a v i n ga s p h a l tp a v e m e n to nm eo l dc o n c r e t ep a v e m e n ti s ac o m m o ne f f e c t i v e t e c h n i q u ef o rp a v e m e n tr e g e n e r a t i o n i th a st h ea d v a n t a g e so f s h o r tc o n s t r u c t i o np e r i o d ， l i t t l es i d ee f f e c t sf o rt r a n s p o r t a t i o na n dg o o ds e r v i c ea f t e rr e g e n e r a t i o n s oi th a sb e e n t h ec o m m o nm e a s u r et oi m p r o v et h ep a v e m e n t p e r f o r m a n c e ，p r o m o t et h ec a r r y i n g c a p a c i t ya n dp r o l o n gt h es e r v i c ed e a d l i n e b u td u r i n gt h eu s eo fo v e r l a y , i te a s i l y e m e r g e st h er e f l e c tc r a c k i n gi na s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n tb e c a u s eo ft h eo r i g i n a lc r a c k i nc e m e n tc o n c r e t e ，a n dt h i sb r i n g ss e v e r en e g a t i v ei n f l u e n c e so nt h el i f eo fp a v e m e n t t o d a yt h e r eh a sn om a t u r ed e s i g no fo v e r l a yt h o u g hh a v i n gh a dr e s e a r c ha n d t e s to nt h i s a s p e c ti n0 1 1 1 c o u n t r y i tw a sn e c e s s a r ya n df e a s i b l et os t u d yt h ed e s i g nt op r e v e n t r e f l e c t i n gc r a c k so nt h ea s p h a l to v e r l m do nt h eo l dc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t i t s n e c e s s a r yf o ru st oi n v e s t i g a t et h eq u e s t i o nf r o mt h e t h r e ea s p e c t s ( 11 ac o r r e c ta s s e s s m e n tf o rp a v e m e n td i s t r e s sa n ds t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i co fo l d c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tb e f o r eo v e r l a yi st h es t i c kp o i n to fp r e v e n t i n gr e f l e c t i o n c r a c k i n ga n dg u a r a n t e et h es u c c e s so fr e h a b i l i t a t i o n , w h i c hr e q u i r e su n d e r s t a n d i n gh o w t h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i co fo l dp a v e m e n te f f e c t st h es t r e s sa n dr e f l e c t i o nc r a c k i n go f t h ea s p h a l to v e r l a y f 2 ) t h ea s p h a l to v e r l a yd e s i g ni nr e h a b i l i t a t i o no fo l dc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t a s p h a l to v e r l a yd e s i g nn o to n l yr e l a t e st h ed i s t r e s s ，s t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c ，t r a f f i ca n d e n v i r o n m e n to ft h eo l dp a v e m e n t ，b u ta l s or e q u i r e sr e a s o n a b l em e c h a n i c sm o d e l ，c o r r e c t m a t e r i a lp a r a m e t e r , e f f e c t i v em e a s t l r eo fp r e v e n t i n gr e f l e c t i o nc r a c k i n g ，a n ds oo n s o t h e r ei ss t i l ln o tam a t u r e dd e s i g nm e t h o du pt on o w t h i sp a p e ri n t r o d u c e ss e v e r a l r e l a t i v e l ym a t u r e dd e s i g nm e t h o d sa n dp u t sf o r w a r ds o m ep r o b l e m s w h i c hr e q u i r em o r e s t u d y t h i sp u r p o s ei st oa c c e l e r a t et h es t u d yo fa s p h a l to v e r l a yd e s i g ni no u rc o u n t r y ( 3 ) t h ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lo fr e f l e c t i o nc r a c k i n g ac o r r e c ta s s e s s m e n tf o rp a v e m e n td i s t r e s sa n ds t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i co fo l d c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tb e f o r eo v e r l a yi st h es t i c kp o i n to fp r e v e n t i n gr e f l e c t i o n c r a c k i n ga n dg u a r a n t e et h es u c c e s so fr e h a b i l i t a t i o n ，w h i c hr e q u i r e su n d e r s t a n d i n gh o w t h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i co fo l dp a v e m e n te f f e c t st h es t r e s so ft h ea s p h a l to v e r l a y , h y d e t a i l o da n a l y s i so fg e n e r a t i o nm e c h a n i s mo fr e f l e c t i o nc r a c k i n g ，t h i sp a p e r a l s os t u d i e s t h ep r i n c i p l er e s p e c t i v e l yh o wt h eg e o t e x t i l ea n dg l a s sf i b e ro l dp r e v e n t sa n dc o n t r o l s r e t i e c t i o nc r a c k i n g ，a n di n t r o d u c e st h e i rc o n s t r u c t i o nc r a f t si nd e t a i l t h e i ra d v a n t a g e s a n d s h o r t c o m i n g sa r ea l s oa n a l y z e dc o m p a r a t i v e l yi nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：r e h a b i l i t a t i o no f o l dc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t ：t h ec o n d i t i o n so f t h e p a v e m e n t ：d i s t r e s sh a n d l i n g ： r e f l e c t i o nc r a c k i n g 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体己经发表或撰写过的作品成果。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结果由本人承担。 学位论文作者签名：7 l i 面瓣 日期： o g r ej 月1 3 日 重庆交通大学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。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部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。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行 信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：术为断指导教师签名：瑚也杉 日期： d 笞年j 胡 3 日 日期： 带 卜月j 厂日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n i ( i 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名：术勿簖 日期：0 孑年i2 月j3 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 公路是国民经济的命脉，由于其特有的优越性和灵活性，发挥着其它运输方 式不可替代的作用。公路建设又是国家主要的基础产业之一，它的迅速发展，对 于促进国民经济发展，拉动其他相关产业发展具有非常重要的意义。我国水泥混 凝土路面始建于6 0 年代中期，自8 0 年代以来，水泥混凝土路面在全国得到了迅 速发展。全国水泥混凝土路面的总里程由1 9 8 0 年的1 6 0 0 公里，飞速上升到2 0 0 1 年的1 5 万多公里【l 】。到目前为止，我国现有的水泥混凝土路面，有相当一部分已 经接近或超过了其设计年限，面临着大修。同时，随着我国经济建设的日益繁荣， 公路交通量和汽车载重量剧增，越来越多早期修建的旧水泥混凝土路面出现了路 面结构损坏、使用性能下降的情况，严重影响了行驶车辆的行车舒适性和安全性。 因此，我国大量早期修建的旧水泥混凝土路面面临着修复工作。近年来，由于经 济的飞速发展，交通运输任务日趋繁重，汽车荷载也不断增加，尤其在超载汽车 的影响下，多数路段的水泥混凝土路面结构已大规模损坏，严重影响了路面的正 常使用和行车安全，有必要对旧的水泥混凝土路面进行大修。 与沥青路面相比，水泥混凝土路面是一种具有刚度大、材料来源丰富、扩散 荷载能力强以及具有稳定性结构等许多优点的高级路面结构形式，在公路路面中 占有很大的比重。水泥混凝土路面在行车荷载与自然因素等作用下，会因水泥混 凝土面板、接缝和基层、土基的缺陷产生各种类型的损坏，其中既有设计的原因， 也有施工质量的问题，以及人为的外界因素等，有时则是各种因素相互影响所造 成的。水泥混凝土路面在养护良好的条件下，其使用期限要比其它路面长，但一 旦开始损坏，则会引起路面损害的迅速发展。为了恢复路面结构的完整性或改善 路面的使用性能，必须进行水泥混凝土路面的养护和维修。根据养护的规模，一 般可以分为四种类型i l j 。 1 ) 保养指维修路面状况和延缓路面状况恶化的一些措施； 2 ) 小修指在小面积内进行恢复路面状况的措施，包括修补、换板、板底 灌浆、抬高板块和磨平板面等，修理面积通常小于路段面积的3 5 ； 3 ) 中修指小修的扩大，措施相仿，但修理面积大于路段面积的3 5 ； 4 ) 大修指在整个路段进行的修理，目的是为了提高整个路面的承载能力、 平整度或者抗滑性能，包括铺筑沥青混合料或水泥混凝土加铺层，拆除旧路面或 破碎旧路面在其上铺筑新面层等。相对沥青路面而言，水泥混凝土路面的修复比 较困难，国内外通常采用的大修措施有四种：加铺沥青混合料面层、加铺新水泥 2第一章绪论 混凝土面层、对原有水泥混凝土路面进行翻修及冲击压实原水泥混凝土路面。 ( 1 ) 加铺沥青混合料面层在旧水泥混凝土面板上铺筑粒料或半刚性基层 后再加铺沥青混合料面层，或者直接在旧水泥混凝土面板上加铺沥青混合料结构 层，所谓“白加黑”。一般认为，这是修复旧水泥混凝土路面的一种有效补强措施， 不仅提高了路面的承载能力，消除了原有接缝处易产生唧泥、断裂、脱空等多种 病害的不利影响，同时也提高了路面平整度和抗滑能力，改善了路用性能，提高 了路面服务水平。 ( 2 ) 加铺新水泥混凝土面层在旧水泥混凝土面板上铺筑结合式、分离式 新水泥混凝土面板，或者铺筑半刚性基层后加铺新水泥混凝土面板，所谓“白加 白。一般这种措施在盛产水泥的地区使用比较多。常用于路基高度低，重车较多 的公路上；能较好的提高路面的承载能力。 ( 3 ) 对原有水泥混凝土路面进行翻修拆除旧路面，对路基进行处理后， 铺筑新的水泥混凝土或沥青混合料路面结构。常用于原路面的路基有严重缺陷而 影响正常使用的路段，或旧路面标高严禁升高的路段。 ( 4 ) 冲击压实原水泥混凝土路面采用冲压技术断裂、稳固旧水泥混凝土 路面，然后加铺沥青混凝土面层。目前冲击压实技术采用了破裂压稳、打裂压稳和 碎石化技术，这些方法的共同点是通过破碎原有的水泥混凝土面板来消除旧水泥混 凝土路面的板体性，以及由路面结构破损所带来的路面结构整体刚度的不均匀性， 以保证新加铺层结构有一均匀稳定的承重层，消除了路面的反射裂缝【2 】【3 】。 如何有针对性地选择旧水泥混凝土路面的修复方案，国内外尚没有较成熟的 评价方法可供参考。不过，从我国近几年旧水泥混凝土路面的改造实践可以看出， 在以上所述的四种大修措施中，最常见的是在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混合 料面层。这种措施不仅简单方便，能有效地改善旧水泥混凝土路面的使用性能， 而且造价低廉、工期短，对交通和环境的影响较小；加铺新水泥混凝土面层的改 善措施，其新建面层的厚度一般不低于2 0 c m ，造价远远高于沥青加铺层，并且养 生期长达2 8 天，极大地妨碍了道路交通；而对原有水泥混凝土路面进行翻修的改 善措施，其旧板的破碎、运输和废弃均需要大量成本，对交通和环境的影响也非 常大；冲击压实原水泥混凝土路面方案对施工技术和施工机械要求都很高，国内 很少使用，只是处于研究实用阶段。 加铺沥青混合料面层的修复方案的选择，应该根据原水泥混凝土路面破损程 度，同时结合工程造价、当地原材料以及能较快恢复交通等方面的综合考虑最终 采用的修复措施是采取在经过处理后的旧水泥混凝土路面上直接加铺沥青混合料 面层或者加铺基层后再加铺沥青混合料面层。进行补强修复后的路面涉及刚性、 柔性两种路面结构形式，这种复合路面结构突出的优点在于其下层有高强度的水 第一章绪论3 泥混凝土路面板作为基层，可以承受较大的汽车荷载，上层的沥青加铺层又能显 著的改善路面使用性能，降低噪声和扬尘，提高行车的舒适性和安全性；不足的 是路面上下两层的材料性能差异大，旧水泥混凝土面板受温度变化的影响也大， 而且旧路面板上存在接缝和裂缝，并常常伴有错台、脱空等损坏现象，在温度应 力和荷载应力的共同重复作用下，沥青加铺层在对应于旧路面板接缝裂缝的位置 上极易出现裂缝，这种裂缝常称之为反射裂缝1 4 】。反射裂缝如果不继续发展，深度 也不贯穿面层的话，其本身对沥青加铺层路面的行驶性能及整个路面结构的影响 不大，但是环境因素( 包括雨水、氧化等) 和旧水泥混凝土板块间的热胀冷缩等 负效应常常使得裂缝迅速向四周扩展，如果裂缝的深度一旦发展到贯穿面层，水 分便会乘机而入，水分的侵入不仅会冲刷基层，造成沥青面层的唧浆，而且还会 直接造成沥青面层的水损坏，引起沥青路面的进一步开裂，从而大大缩短了沥青 加铺层的使用寿命。因此，除了加铺层合理厚度的选择之外，反射裂缝和防水的 问题是旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层所面临的一大难题。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国内外研究现状综述 早在二十世纪3 0 年代，国外已经开始尝试在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面 层的路面修复技术，而且绝大部分重交通道路均采取在贫混凝土基层上加铺沥青 面层的修复措施。近年来，随着国内水泥混凝土路面由“建设期 向“养护期” 过渡，越来越多的旧水泥混凝土路面正进行着加铺沥青面层的改造实践，在旧水 泥混凝土路面上加铺沥青面层已经成为一种主要的大修措施。目前，国内对旧水 泥混凝土路面上加铺沥青面层的研究很多，但还没有形成完整的体系来指导设计 和施工。特别是关于反射裂缝的防治问题，更是国内外的道路工作者研究的重点。 自6 0 年代以来，各国学者就反射裂缝开展了多方面的研究工作，这些研究工作概 括起来主要可分为四个方面。 1 ) 反射裂缝的产生机理 第二届反射裂缝国际会议形成了以下共识：温度应力引起反射裂缝的产生， 并“参与了其最初的扩展；荷载应力加速了裂缝的进一步扩展【3 j 。也就是说，温 度变化和行车荷载是引起旧水泥混凝土路面上沥青加铺层产生反射裂缝的主要原 因。另外，国内外大量的工程实践表明，气候条件、沥青加铺层的材料性能、交 通状况以及旧路面的损坏状况也是影响反射裂缝产生和发展的主要因素。 2 ) 反射裂缝的防治措施 国内外的研究表明，有效的防反措施涉及整个路面结构：加铺层、夹层( 如 果有) 、旧水泥路面板、基础( 基层和土基) ，在提高各结构层性能的同时，应从 4 第一章绪论 整体的角度来防治反射裂缝。这些防反措施大致可以分为三类【5 】：改善沥青加铺层 性能、设置中间夹层和增设补强层。常用的方法有： ( 1 ) 改善沥青加铺层的性能主要是为了提高加铺层的抗变形能力和抗拉强 度，应用改性沥青或在混合料中加入纤维、增加沥青面层厚度、加铺层下部应用 加筋材料； ( 2 ) 设置中间夹层，可使温度作用下引起的接缝变化及车辆荷载作用下相邻 板边的竖向位移被夹层材料吸收，从而起到降低裂缝应力峰值的作用，常用夹层 材料有土工布和土工格栅，上世纪8 0 年代以来，美国、加拿大、法国、英国、比 利时、荷兰等欧美国家相继开展的高强度土工夹层加筋加铺层的应用研究结果表 明，在旧路面与加铺层之间加铺一层土工格栅或土工布夹层对于防止反射裂缝的 产生与扩展，确有非常明显的效果； ( 3 ) 增设补强层即在旧水泥混凝土路面上加铺一层基层补强后，再加铺沥青 面层，可减缓反射裂缝的产生。 3 ) 评价防反措施的试验方法 关于评价防反措施的试验方法，国内外的研究人员都进行了大量的试验研究， 主要模拟了正荷载、温度以及两者的综合效应对反射裂缝的影响，能在一定程度 上为防反措施的改进提供指导性的意见。但是，具体有效的试验方法还有待进一 步的研究。 4 ) 反射裂缝的力学分析方法 有限元法仍是国内外研究人员最常采用的力学分析方法。为了使旧水泥混凝 土路面上的沥青加铺层路面更好地发挥其使用性能，延长其使用寿命，国内外的 研究人员除了对“反射裂缝”进行了大量研究之外，对旧水泥混凝土路面状况的 评价方法及沥青加铺层的设计方法也进行了大量的实践研究。在国外经济发达的 国家中，旧水泥混凝土路面的路况评定和损坏鉴定，一直受到管理、研究等单位 的极大重视，并且为之投入了相当数量的财力和物力。在上世纪8 0 年代，美国伊 利斯诺大学开发研究了针对美国国内水泥混凝土路面的评价系统( c o p e s ) 。该系 统对美国七个州一千多英里水泥混凝土路面的唧泥、错台、裂缝、接缝损坏以及 现时服务能力进行评价分析，提出了州水平级的回归预测模型。目前欧洲各国和 美国正在对c o p e s 进一步扩展和完善【5 】。相对于国外的研究状况而言，我国在这 方面的研究尚处于起步阶段。我国对旧水泥混凝土路面修复技术的研究始于上世 纪9 0 年代初期的国家科技工作引导性项目“我国水泥混凝士路面发展对策及修复 技术研究 ，其重点是对数据的采集方法、调查和测定方法进行统一的规定，与此 同时，同济大学、西安公路交通大学的学者分别对混凝土路面使用状况评价指数 进行划分、界定，给出了一些经验公式。关于沥青加铺层的设计理论和方法，早 第一章绪论 5 在二十世纪5 0 年代初期，美国在大量试验路研究的基础上，提出了多种沥青加铺 层的设计理论和方法，如a a s h t o 、a i 、a r e 法等。1 9 8 5 年美国联邦公路管理局 出版了路面修复手册，1 9 8 8 年对此又进行了修订。1 9 9 5 年在总结全美研究成 果及工程实践的基础上，又出版了a c p c c 修复与评价指南，使沥青加铺层的 设计方法不断得以完善和发展【6 】。国内对在旧水泥混凝土路面加铺沥青层的研究起 步较晚，我国的沥青路面设计规范对这方面还没有明确的设计体系和设计指标， 而新出版的公路水泥混凝土路面养护技术规范( j t j 0 7 3 1 - - 2 0 0 1 ) 中也只是对 反射裂缝的防治给出了具体的施工要求，对沥青面层的结构没有明确限制。目前， 全国多所院校正在对该问题进行研究，所用的计算方法有弹性层状体系理论、弹 性地基板理论、有限元法与弹性断裂力学等，并取得了一定的成果。总之，国内 外的研究已经证明：彻底消除反射裂缝是不经济、不现实的，尤其采用较薄的沥 青加铺层时。因此，在选择防反措施时，应着重考虑其是否具有延缓反射裂缝向 四周扩展的能力和使开裂的加铺层保持整体性的能力。另外，旧水泥混凝土路面 所在地的气候条件、交通状况以及旧路面的损坏状况对旧水泥路面的加铺层效果 有很大影响，铺筑前对其进行仔细调查、分析和评价是非常必要的。 1 2 2 关于反射裂缝还有待解决的主要问题 虽然国内外的研究人员针对沥青加铺层路面的反射裂缝问题进行了大量的研 究探索，但至今仍存在以下问题【7 1 。 ( 1 ) 反射裂缝的产生机理、产生时机问题 反射裂缝的产生机理难于确定，温度应力和荷载应力是造成反射裂缝的主要 原因，但其相对重要性是随着气候条件、材料状况、交通状况以及旧路面的损坏 状况等不同而不同的。对于反射裂缝最容易产生的季节问题，仍没有详细地研究。 ( 2 ) 防治反射裂缝的有效措施问题 防治反射裂缝措施的路用性能十分复杂，其防治效果不仅与行车荷载有关， 同时受温度变化的影响，而且与旧路面板的损坏状况有关，每种防反措施都有其 适用范围，各种防治措施的适用范围及其与旧路面的状况之间的内在关系，我们 还知之甚少。 ( 3 ) 反射裂缝的分析方法问题 由于旧水泥混凝土路面上存在接缝和裂缝，使得其顶部加铺层中的应力存在 奇异性，普通的力学分析方法难以得到满意的分析结果。有限元方法是最常用的 分析方法，但其适用于分析带裂缝结构的有效性，至今仍无人验证过。 ( 4 ) 评价防治反射裂缝的试验方法问题 虽然国内外的研究人员都进行了大量的试验研究，但几乎所有的试验都模拟 6 第一章绪论 正荷载、温度以及两者的综合效应对反射裂缝的影响，没有涉及到偏荷载对产生 反射裂缝的影响，更没有试验模拟温度应力和偏荷载对产生反射裂缝的综合效应。 同时，多数室内试验的规模较小，且多采用梁试样，进行模拟板体效应的足尺试 验是非常必要的。 ( 5 ) 基于反射裂缝的旧水泥混凝土路面的评价方法问题 尽管此问题十分重要，但直到近几年才为人们所重视。此问题直接关系到沥 青加铺层铺筑前对旧路的处理、防止反射裂缝措施的选择、加铺层的使用性能等 问题。因此，加强基于反射裂缝的旧水泥混凝土路面损坏状况的评价方法的研究 是非常必要的。 ( 6 ) 基于反射裂缝的旧水泥混凝土路面沥青加铺层的设计方法问题 国内外的研究人员针对旧水泥混凝土沥青加铺层设计方法的研究，取得了很 多成果，提出了一些经验设计方法，但由于存在以上六个方面的难题，因此至今 还没有形成较为成熟的设计方法。 1 3 本论文研究的主要内容 目前，国内很多水泥混凝土路面正处于维修和待修状态，旧水泥混凝土路面 行车舒适性差，车速难以提高的状况是目前难以解决的问题，然而至今也没有行 之有效的改造方法。本文研究的内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 旧水泥混凝土路面的路况调查和评定； ( 2 ) 沥青面层加铺前旧水泥混凝土路面的病害处理方法研究； ( 3 ) 旧水泥混凝土路面沥青加铺层设计方法； ( 4 ) 减缓反射裂缝的措施； ( 5 ) 旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层及夹层的施工工艺。 本文在调查旧水泥混凝土路面路况的基础上，提出其评价指标，对旧路面进 行评价；提出了旧路面的病害处理措施及控制指标；在详细分析反射裂缝的产生 和发展的基础上，拟定加铺改造方案和施工工艺；本文研究的重点在于解决旧水 泥混凝土路面加铺层改造工程中的实际问题和难点问题，研究的目的不仅在于推 进旧水泥混凝土路面加铺改造这个领域的研究深度，更是为了将研究成果应用到 工程实际，更好的指导工程应用。 第二章旧水泥混凝土路面的路况调查和评定7 第二章旧水泥混凝土路面的路况调查和评定 科学地进行水泥混凝土路面调查与分析，对旧水泥混凝土路面修复方案的制 定与实施，具有重要意义。取得调查数据后，可进行定性分析与定量计算。定性 分析主要是旧水泥混凝土路面破损状况；现有水泥混凝土路面破损原因分析：水 泥混凝土路面的修复方法和原则。定量计算主要是计算得出路面修复设计中所需 的计算参数，如基层顶面模量、混凝土路面厚度、混凝土的抗弯拉强度与弹性模 量。 路面破损状况是路况调查与评价中的一个重要指标。路面破损状况用破损类 型、破损轻重程度和出现的范围或密度来描述。在调查路面破损状况的方法中， 有人工目测丈量的方法和自动路面破损摄影车方法。通过具体方法调查旧路破损 状况，分析道路路面须改建的原因。若因路面破损严重须改建，应对旧路破损的 原因做充分调查，以指导路面和改建方案拟定。 2 1 旧水泥路面路况调查方法及评价方法 加铺层设计是在对现有路面结构性能作出正确评定的基础上进行的，为了了 解旧水泥混凝土路面的结构状况和强度、分析路面损坏的原因及提出处理措施、 分析设计所需考虑的主要因素及道路的交通状况，对旧路面的状况性进行分析， 做到路面设计技术先进，经济合理。因此，对旧水泥混凝土路面的破损状况和结 构状况等进行调查和评定是非常必要的，是保证旧水泥混凝土路面上成功地加铺 沥青混合料面层至关重要的一环。 路面破损状况以破损类型、破损轻重程度和出现的范围或密度三项属性表征。 各种病害的定义和轻重程度分级。各种病害和轻重程度出现的范围或密度，以调 查路段内出现该种病害和轻重程度等级的混凝土板块数占该路段板块总数的百分 率计。同一块板内存在多种病害或轻重程度等级时，以最显著的种类或最重的程 度计入系数【8 】。调查方法以公路水泥混凝土路面养护技术规范( j t j 0 7 3 1 - - 2 0 0 1 ) 为依据，按照混凝土路面病害类型和分级，沿着整个调查路段逐板块进行调查， 调查工作采用目测和仪具量测方法，详细记录各种损坏类型、损坏程度和数量； 调查内容包括路面破损状况、结构承载能力、路基和路面的排水状况及路面的修 建和养护历史等。 2 2 路面状况的评定内容+ 2 2 1 路用性能 路面破损状况评定 8 第二章旧水泥混凝土路面的路况调查和评定 路面破损状况的评定采用路面状况指数( p c i ) 和断板率( d b l ) 两项指标。 路面破损状况分为五个等级，各个等级的路面状况指数和断板率的评定标准见表 2 1 【8 】o 表2 1路面破损状况等级评定标准 评定 等级优良中 次差 路面状况指数p c i 8 58 4 - - 一7 06 9 5 55 4 一4 0 2 0 1 ) 路面状况指数( p c i ) 的计算 根据路段破损状况调查得到的病害类型、轻重程度和密度数据，按照下列公 式确定该路段的路面状况指数( p c i ) ，以1 0 0 分制表示。 力脚， 尸c i = 1 0 0 一 d p ，眵，(21), j 二- 一二- 一掣掣 t = lj - 1 式中：f 、，分别为损坏类型和严重程度； n 损坏类型总数： 所。f 类型的严重程度分级； 璞损坏、种程度的扣分值，是损坏密度q 的函数，哦= 4d i ，e ，； 口，璞损坏、，种程度的损坏数占路段内板块或裂缝总数的比例( ) ； 彬，多种损坏时i 类损坏、，种程度的修正权数。 表2 2 a 日和b o 系数【8 】 系数 a ob i 严重程度轻 由 重轻中重 损纵、横、斜裂3 0 26 2 79 3 50 5 50 5 20 5 4 坏 交叉裂缝、破碎板8 4 41 0 30 4 90 4 2 类 板角断裂4 9 27 2 59 4 50 7 60 6 40 6 1 型 错台、拱起 6 0 79 2 40 6 1o 5 3 接缝碎裂 2 3 03 0 0 5 0 8 o 8 l0 6 10 7 1 第二章旧水泥混凝土路面的路况调查和评定 9 系数的取值参照表式( 2 2 ) = 2 5 x 饬凡 1 2 09 0 - - 一7 0 7 0 5 0 5 0 3 0 8 05 6 8 03 l 5 5 3 l 接缝处的最大弯沉也是评价接缝性能的一个良好的指标。一般情况下，由于 接缝传荷能力和孔隙等因素，相同位置板边的弯沉是相应位置的板中弯沉的1 5 2 5 倍。 将接缝受荷边缘的弯沉减去未受荷载边缘的弯沉的差值定义为弯沉差。如果 使用接缝两侧弯沉差( 虬= 1 w t w i ，i ) 这一指标，即不管是受荷边还是未受荷边， 两者的差值即为评定传荷能力的指标，那么，显然当差值为0 时完全传荷，当差 值愈大，传荷能力愈差。参照美国a t 法，对于新路面弯沉差应控制在0 0 5 r a m ， 路面的使用时间越长，接缝两侧弯沉差越大。较大的弯沉差不仅促进了反射裂缝 的生成和增加的速率，而且对未来的沥青加铺层的性能十分重要。一般来说，如 果设置加铺层，弯沉差小于0 0 5 r a m 是比较合理的状态1 1 1 1 。 现行的公路沥青路面设计规范( j t gd 5 0 2 0 0 6 ) 要求加铺前宜保证板边弯 沉差不大于o 0 61 t l n l ，此时对应的传荷系数( 在正常的基础支承状态下) 仍为7 5 ， 平均弯沉应不大于0 4 5m i l l 。 第二章旧水泥混凝土路面的路况调查和评定 1 3 评价接缝传荷能力时应分别计算接缝传荷系数、接缝处最大弯沉值及弯沉差， 综合分析评定。弯沉测定可以采用f w d 进行，也可以采用汽车轮载和贝克曼梁进 行，但后者的支点应放在不受轮载影响的地点，如测定板外的路肩上。施加荷载 应接近于标准轴载的一侧轮载值( 5 0 k n ) 。测定时间应选择在接缝缝隙张开而板 角未翘曲变形的时刻。 板底脱空状况评定 水泥混凝土路面在实际使用过程中，由于车辆荷载的重复作用，板下基础将 产生一定的塑性变形和唧泥，致使混凝土板的局部范围不再与基础保持连续接触， 即混凝土板下局部出现脱空。基础的局部脱空现象是客观存在的，而脱空状态下 混凝土板的受力是极为不利的，最终将导致面板断裂、破碎。 当混凝土板下产生唧泥脱空后，采用灌浆或封底是一种有效的修复措施，但 这应是以准确评定脱空状况为基础的。因为如果路面板下不存在脱空时，灌浆或 封底不仅浪费人力、物力，而且可能在实际上造成路面的破坏，这是因为材料泵 入混凝土板下将局部产生高的应力集中。因此，对使用中的混凝土路面，如何采 取可靠的方法评定板底脱空状况，如脱空的位置及范围，是确定采取有效的修复 措施及恢复路面使用性能的基础，对阻止此类结构性破坏的发展将是极为重要的。 因此，板底脱空评定也是水泥混凝土路面结构评定的重要内容之一。 f w d 无损检测法，以其简便实用，具有现场、快速、无破损等特点，在板底 脱空判断中受到广泛应用。其具体操作步