旧水泥混凝土路面改造防反射裂缝初探——省道307线水泥混凝土路面加铺过程中的防裂设计.pdf

安徽建筑 2 0 1 1年 第 2期 ( 总 1 7 7期 ) 旧水泥混凝土路面改造防 射 缝 探二 省 道 Z 线 Res ear c h or l A n t i -R e f l ec t iv e-Cr a ck i ng f o r Ol d Co ncr e t e Pa v em e nt 泥混凝土路面加铺过程中 裂遮计 鹿 立好 ( 亳州 市 恒 达 公 路 工 程 勘 察 设 计院， 安 徽 毫 卅 I 2 3 6 8 0 0 ) 摘 要： 旧水泥混凝土路面上加铺沥青路面， 防止原路面的反射裂缝， 对能否成功完成“ 白改黑” 至关重要， 文章就解决这一问题有关的做法作初 步探讨 。 关键词 ： 旧水泥混凝土路面； 反射裂缝； 改造 中图分类号 ： U 4 1 8 8 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 7 - 7 3 5 9 ( 2 0 1 1 ) O 2 0 1 3 1 一 O 3 1 概述 水泥混凝土路 面是 一种刚度 大 、 扩散 载荷能力 强 、 稳 定性 好、 易于就地取材、 使用寿命相对较长以及养护费用低等优点， 被广泛地应用于高速公路和城市道路的高级路面结构 中。 随着国民经济的快速发展， 道路交通量剧增 ， 汽车轴载 E l 益重型化 ， 以及受到地质水文条件等多种因素的影响， 许多早 期修建的水 泥混凝土路面产生 了多种破损现象 ： 结 构承载力不 足 ， 行车舒适性差 ， 路面 出现压碎 、 挤破 、 裂缝 、 断板 、 板底脱 空 等病害。 如何改变 旧水泥混凝土路面出现 的严重妨碍行车安全 的各种病 害， 改善其使用性能 ， 是工程界面临 的问题。 而加铺 沥 青混凝土是当前最常用最有效的方法之一， 俗称“ 白改黑” 。然 而， 加铺的沥青混凝土路面经常会因出现反射裂缝形成面层开 裂 、 剥落以及表面水下渗 ， 造成 了对路基结构的破坏。 笔 者结合 省道 3 0 7线水泥混凝 土路 面防裂设计工程实 例 ， 提 出了防止加 铺沥青混凝土裂缝的方法 ， 旨在为解决此类问题提供借鉴。 2 加铺沥青混凝土产生裂缝的原 因 旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层， 由于接缝和裂 缝的存在， 以及环境中温度和湿度的不断变化与车辆荷载的反 复作用 ， 在加铺层 的相应位置上产生裂缝 。就沥青混凝土路 面 开裂的原 因， 可分为两大类 ， 即荷载裂缝和非荷载裂缝 。 它们是 旧水泥混凝土路面裂缝处 的竖 向和水平位 移所致 。竖向位移 ( 弯沉) 是接缝、 裂缝两侧板而由于车辆荷载作用产生的垂直方 向的相对位移。 水平位移是 由于温度或湿度变化 引起 的水泥混 凝土板的胀缩产生的水平方向位移。 前者使接缝上方的沥青混 凝土加铺层承受较大的弯拉应力和剪切应力； 后者导致接缝和 裂缝上的沥青混凝土加铺层内出现集 中的拉应力 。 当拉应力超 过沥青混凝土的抗拉强度时， 即出现开裂。 在 温度 、 湿度应 力和 车辆荷载的共 同作用下 ， 裂缝会不 断地向上发 展 ， 使 沥青混凝 土面层丧失整体性， 因路面水的不断渗入， 沥青混凝土加铺层 将 出现更为严重的病 害破坏 。 3 防止沥青混凝土加铺层裂缝产生的方法 根据沥青混凝土加铺层裂缝产生的机理， 防止反射裂缝可 收稿 日期 ： 2 0 1 1 一 O 1 1 6 作者简介 ： 鹿 立好 ( 1 9 6 3 一) ， 男， 安徽肥西人， 工程师。 以从结构和材料 两个方 面进行考虑 。 首先 ， 应 该保证沥青混 凝土加铺层 有一定 的厚度 ， 能够有 效防止受拉疲 劳产生 的裂缝 ， 还可 以降低车辆荷载引起 的剪应 力。 通 常沥青混凝土加铺面层的厚度应在 l O c m 以上， 在满足承 载能力的前提下， 保证面层结构的厚度具有良好的水稳定性和 高温强度 ， 满足其使用功能的要求。 同时， 考虑原路面纵向线型 的需要 ， 一般采用两层 密实型沥青混凝 土结构 ， 即下层 为最小 厚 度 6 c m 的沥青混凝土整平层 和 4 c m左右 的上 面层 ，达到实 现平整 、 抗滑和防水等整体使用 功能。为了防止沥青面层因车 辙等原 因而产生裂缝可 以掺人一定量 的抗车辙纤维 ( 或抗车辙 剂 ) 以达到路 面 自身 的防裂效果 。 其次， 在路面材料适当增加沥青用量 ， 减少混合料空隙率， 也可延缓裂缝的扩展。 同时 ， 设计采用应力吸收层 ， 以及铺设 土 工布或玻纤格栅，都可以较好地防止反射裂缝的产生和发展。 应力吸收层可以将单一粒径的石料均匀的满铺在橡胶沥青层 上， 用胶轮压路机进行嵌挤碾压， 橡胶沥青被挤压到约 3 4的 石料高度， 形成厚 l c m的裂缝反射结构层。橡胶沥青应力吸收 层 除使用橡胶沥青外 ， 还可以使用具有同样效果的高弹性改性 沥青 。 另外 ， 铺设玻纤格栅 或聚酯玻纤土工布 ， 与沥青混合料复 合后会提高沥青混合料的抗弯拉强度和抵抗变形的能力， 明显 提高了沥青混凝土抗疲劳性能， 延缓或消除反射裂缝。 最后， 原材料是影响沥青混凝土质量的关键性因素。因此， 应严格控制好沥青混凝土材料的质量 。 在所需材料 中， 沥青尤为 重要 ， 要选用重交通道路石油沥青 、 改性 沥青 ， 必要时可掺入适 量的抗裂外加剂。集料在沥青混合料 中起 到一个用来抵抗路面 变形的整体骨架作用， 其本身的强度特性、 与沥青的粘附性 、 集 料 的棱角性和集料 的级配对 沥青混凝土路 面的强度 、高温稳定 性和水稳性起决定作用。 因此， 采用先进的锤式破碎机的优质石 料， 可以减少扁平状的石料含量， 使石料符合良好的颗粒形状， 达到抗压强度指标达到三级以上。提高沥青混凝土路面的抗渗 性能是保证路面结构 的水稳定性 和耐久性 ，根据 预防水破坏的 需要 ， 采用改性沥青 ， 掺加抗剥 落剂 ， 在矿粉 中掺入一定量 的水 泥， 对抵抗剥离以提高沥青混合料水稳性都有明显效果。 4 旧水 泥混凝 土路面加铺 方案设计 4 。 1工程概 况 亳州市省道 3 0 7线 K 2 3 9 + 7 0 0 K 2 4 9 + 6 5 0段是亳阜高速 的 重 要通 道 。该路 段 于 1 9 9 8年建 成 ， 2 0 0 9年 的交 通 量 已达到 交 通 工 程 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 _ 重 2 0 1 1年第 2期( 总 1 7 7期 ) 安徽建筑 _ W iN -II 交 通 工 程 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 一 路面 P CI 值、 脱空率及断板率 表 1 抗拉强度 项 目 纵向 横 向 断裂伸长率 纵向 横 向 撕 裂强度 厚度 纵 向 横向 热缩率 单位 N 5 c m N 5 c m N 5 e m N 5 e m N 5 c m N 5 c m m m 7 1 4 1 辆 日。 经过 1 2年的使用， 1 0 k m水泥混凝土路面均出现了各种不同程度的病害， 2 0 1 0年决定对该 段路 面进行改造。 为了掌握旧水泥混凝土路面的破坏状况， 给加铺层方案的设计提供依据， 在改造 之前， 对旧路面进行了详细的调查和评价， 调查结果见表 1 。 4 2加铺方案设计 省道 3 0 7线路面加铺方案设计对反射裂缝问题给予了重点考虑，并采取如下措 施 。 4 2 1 压浆 和换板 除进行了表 1中脱空率与断板率调查，还测量了旧路面弯沉值 L r 以及接缝两侧 的弯沉差 ， 根据弯沉测量结果 ， 作如下分类处治 ： 当 O 2 O时 ， 不予处理 ； 到 2 0L r 2 0 时， 换板处理； 若板下基层强度不足， 先 换填基层后， 再新浇混凝土板。 对于相邻两板弯沉差 大于等于 0 1 0 mm时， 应结合两板的稳定情况， 具 体确定是压浆稳定还是换板处理 ， 以消 除弯沉之 间的差值。 对 于进行 了压浆 和换板 的面板 ， 应 再次通过脱空和弯沉检测试验检查处 治的效果。 同时， 压浆和换板之后， 对水 泥混凝土路面的纵、 横缝应先采用清缝 机清缝后灌 缝 ，对于面板表面 l mm以 内的纵、 横轻微裂缝( 未贯穿面板) ， 应 扩缝后再进行灌缝处理。 4 2 2铺设聚酯玻纤布 压浆、 换板、 灌缝结束后， 本工程使 用了聚酯玻纤布粘贴纵、横向接缝以及 裂缝，选用的聚酯玻纤布各项技术指标 见表 2 。 4 2 3 设置应力吸收层 粘贴完聚酯玻纤布以后 ， 铺设一层 2 0 c m的橡胶沥青应力吸收层，橡胶沥 青的技术指标见表 3 。 橡胶沥青所用的基质沥青采用优 质 A H一 7 0石油沥青，其技术要求见下 表 4 。 通过 以上分 析可 知 ，省道 3 0 7线 K 2 3 9 + 7 0 0 K 2 4 9 + 6 5 0采取 的加铺 路面 结 构形式为 4 c m抗裂纤维 细粒 式沥青 混凝土( A C 一 1 3 ) + 7 c m粗粒式沥青混凝 土( A C 一 2 5 ) + 2 e ra橡胶沥青应力吸收层 +基层( 旧水泥混凝土) 的路面， 使用了 聚酯玻纤布贴缝等各项措施取得了明 显的成效 。 5 施工中应 注意的问题 在旧水泥混凝土路面上加铺沥青 混凝土面层 ，不论是设计应力吸水层 ， 还是铺设玻纤格栅 ( 或聚酯玻纤土工 布) ，都必须按照一定的要求对旧水泥 混凝土路面进行维修和处理。进行换 板， 压浆以及灌缝修复后 ， 保证获得完 整、 稳定、 平整的水泥混凝土结构层， 才 可以获得理想的性能要求。 对于铺设玻纤格栅和聚酯玻纤土 工布时， 土工材料的主要技术指标应满 足使用要求， 特别是抗拉强度 ， 极限伸 长率、 弹性模量、 耐温性都应符合相关 的规定。 ( 下转第 1 2 4页) ：9 0 1 1 年第 2期( 总 1 7 7期 J 安徽建筑 _一_I = = 1 一 交 通 工 程 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 _ 姿态， 是精调系统的关键。 轨道板精调作业前要 准备好精调所需要 的 G R P点三维坐 标数据和根据布板软件生成的 F F C、 F F D文件 ，事先存储在 P D A手簿中， 以备轨道板精调使用。测量仪器架设前首先检查 G R P点内有无杂物， 清理干净后再架设仪器 ， 架设完毕后按顺 序对 4副测量标架进行检校， 软件会根据检校结果对标架误差 进行改正 。 检校标架时先把标准标架放在距离全站仪一块轨道 板远处 的承轨台上 ， 对标架同定端棱镜进行 测量 ， 然后掉头 ， 再 对该棱镜进行测量。 标准标架测量完毕后分部放上其它4副标 架 ， 全站仪将按照先左棱镜后右棱镜的顺序 自动进行测量并将 与标准标架的偏差量计入 S P P S软件中， 达到检校标架的目的。 检校完成后即可进行轨道板的精调， 轨道板精调通常采用 “ 四角测量2 # 标架测量完测” 三步精调法。 每架设一次 仪器最多可调整两块轨道板 ， 除第一次外 以后 的轨道板精调都 需要参考已调整完毕的轨道板定向， 以保证轨道板的搭接平顺 性。精调时首先测量 1 、 3和 2 8 、 3 O承轨台( 1 、 3 标架) ， 即“ 四 角测量” ， 四角测量合格后调节 1 3 、 l 5号承轨台( 2 标架) 。 1 、 3 标架调节高度和方向， 2 标架只调节高度不调节方向。全部调 节合格后进行完全测量， 保留测量数据， 然后进入下一块板的 精调 。 3 4C A砂浆灌注 轨道板精调完成后 即可进行轨道板横向封边。C A砂浆灌 注前 2 h 一 3 h用高压水枪润湿板腔， 使底座板和轨道板底吸收水 分 。板腔 内足够湿润的标志是湿润但无明水 。轨道板 两侧 的封 边采用封边土工布加角钢封边。 封边完成后仔细检查封边是否 严密， 确保灌浆时不漏浆。 在 C A砂浆灌注前要对轨道板采取有效的压紧措施 ， 防止 C A砂浆灌注时轨道板上浮，保证 C A砂浆灌注完成后轨道板 间的搭接平顺性。 有效的压紧措施是保证轨道板位置精度最有 力的措施， 是 C A砂浆灌注中精度控制的核心。轨道板灌浆后 的位置是否精准， 主要在于是否采取了有效的压紧措施。在精 调 完成的轨道板上不得踩踏 、 行走 ， 这同样也是 为了保证轨道 板位置 的精准 ， 板间搭接的平顺性 。 C A砂浆灌注时， 操作人员应站在操作平台上， 避免直接踩 踏轨道板。灌浆孔砂浆应高 板底一定高度， 不得回落到轨道 板底面以下。待 C A砂浆轻度凝固时， 舀出灌浆孔中的多余砂 浆，在灌浆孑 L 中插入补孔混凝土连接钢筋。c A砂浆灌注完成 2 4 h ， 待 C A砂浆停止膨胀后松开压 紧装置。 3 5灌 浆后复测 C A砂浆灌注完成后要及时对轨道板进行复测。轨道板灌 浆后复测采用 C P I I I 点复测。轨道板复测采用全自动全站仪以 后方交会模式 自由设站。 以 8 个 C P I I 点作为测量控制基准点， 对每块轨道板上的 6 个承轨台( 精调点位) 进行测量。 轨道板复 测时， 每站测量 6 块板， 除首站外， 以后每站还要搭接一块板。 轨道板复测时， 各板都是相对独立的。布板软件根据每块 板测得的 6个承轨台的数据分析计算出所有承轨台的空间位 置形态。因此有一个承轨台测量时产生偏差， 就会影响其它承 轨台的计算数据。提高测量精度、 减少测量误差是做好轨道板 复测 的关键 。 架设仪器时， 全站仪要精确调平。 后视的 c P 棱镜在定向 完成后要将棱镜翻转， 使之背离全站仪， 以防在复测的过程中 全站仪对棱镜追踪 有误 ， 导致测量点位错误。 除首站外 ， 以后各 站要与前一站搭接一块板后视定向， 以此减小换站误差。测量 标架放置前要将承轨台擦拭干净 ， 测量标架平稳放置在承轨台 上复测的测量误差控制得越小， 就越能准确地反映灌浆后轨道 板的空问位置 。利用 布板软件 ， 我们对轨道板灌浆后复测成果 进行分析， 生成波形图( 如图 2所示 ) ， 波形图里直观显示了板 问搭接情况、 轨道板绝对位置等信息。 我们对板问搭接、轨道板绝对位置等方面进行全面分析， 对板间搭接严重超限 的轨道板 和绝 对位置严重偏 离设计空 间 位置的轨道板， 要重新进行复测。重新复测结果与原复测结果 差异较大的 ， 要 分析原因 ， 避免 在之后 的复测 中产生同样 的现 象。对于重新复测结果与原复测结果差异不大的， 则要对严重 偏位 的轨道板进行处理 。 4 结语 轨道的平顺性是基于精调灌浆后轨道板 良好的平顺性而 存在的。 在轨道板的精调、 复测、 灌浆作业中要做到精细化作业， 加强施工作业 中的精度控 制， 只有这样才能做好 C R T S 型轨道 板施工， 世界铁路最高运营速度再次被刷新也将不再是神话。 0( ) 0 0 0 o0 0 o 0 0 0 0。 00 0。 ( 上接 第 1 3 2页) 政技术， 2 0 0 8 ( 2 ) 6 结束语 旧水泥混凝土路面加铺 沥青混凝土面层 是改造 旧水泥混 凝土路面行之有效的方法之一，而有效防止旧路面接缝和裂缝 的反射是加铺成功的关键，由于目前尚无比较成熟的设计规范 和方法， 这方面还有待我们去进一步的研究和探索， 借鉴经验、 精 tL , 设计、 精心施工应该是旧水泥混凝土路面上加铺沥青路面、 防止原路面的反射裂缝、 成功实现路面工程“ 白改黑” 的保证。 参考文献 1 庄跃， 马建平 旧水泥混凝 土路 面新型沥青加铺层方 案研究 J 1 市 2 郑健龙 沥青路面抗裂设计理论与方 法【 M 北京： 人民交通出版社， 2 o 0 2 3 王旭东 ， 李美 江， 路凯冀 橡 胶沥青及 混凝土 应用成套 技术 M】 北 京 ：人 民交通出版社， 2 0 0 8 4 J T G F 4 0 2 0 0 4 ， 公路 沥青路面施工技 术规范 f s 北京： 人 民交 通出 版社 ，2 0 0 4 5 杨敏 旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土防反射裂缝实践【 J 】 上海 公 路，2 0 0 0) 6 丁烈梅， 郭超祥 S a mp a v e 应力吸收层在 旧水泥混凝土路面改造工 程 中的应用f J J 公路交通科技( 应用技 术版 ) ， 2 mo ( 4 ) 7 韦栋 水泥混凝 土路面改造反射裂缝处理措施的探讨 【j 】 湖南交通 科技 ，2 0 0 6 ( 2 )