超薄水泥混凝土路面研究与应用.pdf

RM CM 本刊 特稿 S p e c ia l S to ry 超薄水泥 混凝土路面研究与应用 Re s e a r c h a n d Ap p l i c a t i o n o f l J l 瓤 翟 一 1 1 3 i W h i t e t o p pi l a g| a V e l 1 1 e 1 1 1 李炜，马螽长安大学 公路学院，陕西 西安 7 1 0 0 6 4 0引言 在 旧沥 青路 面 养 护过 程 中， 通 常 采 用 沥青 混合 料 和水 泥 混凝 土 两 类 材 料进 行罩 面 处理 ， 以恢复 或 提 高 路面 使 用性 能 。 沥青 混 合料 罩面 层 具 有 表 面 平 整 、 无 接 缝 、 噪 音 低 、行 车舒 适 、振 动小 、养 护 维修 简 便等 优 点 ，但 也存 在 温度 敏 感性 强 、水 损害 严 重 、抗 剪 能力 弱 、建 设 成本 高 、对 旧路 承 载 能力 要 求高 等 不 足 。 另 外 ，在 行 车 荷 载 作 用 下 ，原 有路 面 的部 分病 害 极 易 反射 到沥 青罩 面 层 ，造 成使 用 寿命 较 短 等 问题 。水 泥 混凝 土 罩面 层具 有 使 用 寿 命 长 、 受 水 损 害 程 度 相 对 较 低 、抗 剪 切 能力 强 、 对 旧路承 载 能 力 要 求低 、 旧路原 有病 害 反射 率低 等优 点 ，但 也有 接缝 多、 噪音 相 对 较 大 、 振 动 大 、 开 放 交 通 较 迟 、 维 修 困 难 等 缺 点 。 通 常 的 水 泥 混 凝 土罩 面 面层 厚 度 均较 大( 1 0 4 5 c m) ， 且 存 在 使 用 材 料 较 多 、 接 缝 间距 较宽 、后期 维修 难度 大 等不 足 。水 泥 混凝 土罩 面 层 一旦 遭 到破 坏 ，修复 将 非 常 困难 ，道 路 工作 者 在 解 决上 述 问题 的过 程 中，结 合 既 能节 约资 源 、又 能 满足 使 用 要求 的 原 则 ，研 究 出 了一种 新 型 、 快速 、 有 效 的 旧沥 青路 面修 复 技 术 超 薄 水 泥 混 凝 土 路 面 。 面 层 黏结 在 已有 旧路 面上 所 形成 的 路 面结 构 。1 厂 r W路面 的产生 为解 决 日益严 峻 的资 源紧缺 问题 提 出 了新 的思 路 ，为 占大多 数 的低 交通 量 、 较 轻载 重 的道 路 路面 维 修 提供 了一 种 有效 的技术 措施 。 1超薄水泥混凝土路面 2 国外对I r r W的研究与应用 超 薄 水 泥 混 凝 土( Ul t r a T h i n Wh i t e t o p p i n g ，简 g UT W )路面 是指 厚 度 为5 0 1 0 0 I T I1 T I 、接 缝 间距较 J 、 ( 通 常为0 6 1 8 m)的水泥 混凝 土 作 为2 0 世 - g 9 0 年 代 初 期诞 生 的 一 种 新型 路面 结构 ，I f T w在 国外 的 相 关 研 究与 应 用 已经 十 分广 泛 。美 国 先后 有3 0 多个 州 铺筑 了试验 路 ， RM CM 本 刊 特 稿S p e c ia 1 S to ry 共 同 研 究UT W 路 面 ， 各 州 和 地 方 道 路机 构推 广 使用I 爪 V 路 面 。2 0 0 0 年 ，在 美 国的3 2 个州 共修筑 了2 3 4 个 UT W工 程 ，总面 积 约6 3 l 0 s ， 其 中最 大 的 实体 工程 为在 田纳 西州 S a v a n n a h - Ha r d in机场 的停 机 坪 、 出 租车 道和 跑道 上修 筑 了约6 1 0 0 0 l1 1 2 厚 度 为 1 0 c m的uT w 路 面 。 截止 到 2 0 0 0 年年 底 ，美 国 已修 筑 I I T w路 面 约2 , 2 X l O 6 m2 。 中国 对I 路 面 已经进 行 了近 1 0 年 的探 索与 研究 ， 对I J T W路 面荷 载应 力 、结构 设计 方 法、I 厂 r w混凝 土 性 能等进 行 了系统 研 究 ，取得 了 较 成 熟 的成 果 ，并 结 合 国 内的施 工 特 点 ，修 筑 了I 厂 r w路面 试验 段 ，在 一 些地 区 的 旧路养 护 中也 进 行 了 实 际应 用， 为I J 1 _ v 路 面在 中国 的推 广 应 用提 供 了详尽 的理 论依据 。 3 1 国内研究现状 相 比国外 ，I 7T W 路面 在 国 内的 研 究起 步 较 晚 ，长安 大学 率 先在 国 内开 展 了关 于 UTW路 面 的 研 究 ， 在理 论 计 算与 分析 、室 内试 验和 试 验 路研 究 的基 础 上 ，参 照 公路 水泥 混凝 土 路面 设 计规 范 的有 关规定 ， 借 鉴 国内 外路 面 设计 方法 ，提 出 了 UTW 路 面 设 计 理 论 与 方 法 ， 并 在 陕 西省 铜川 和 浙江 省 新 昌县修 筑 了 I 爪 v 试验 路 ，对其 路用 性 能进行 了 长 期观 测 ，进 一步 完善 了1 爪 v 路 面 设计理 论 。 长 安 大 学 的具 体 研 究 内容 主 要 包 括 以下 几 个 方 面 。 首 先 ， 根 据 UT W 路 面 的 特 点 ，利 用 有 限 元 法 计 算 分析 了路 面 结构 荷 载应 力 和 温 度应 力 ， 提 出路 面板 厚 度 、板 平面 尺 寸 ( 板接 缝 间距 )、面 板 的弯拉 弹 性 模 量 与 综 合 地 基 弹 性 模 量 比 Ee E 、层 间接 触状 况对 荷 载应 力 和 温 度应 力 影 响 。综合 荷 载应 力 分析 结 果， 计 算并 绘制 了在完 全连 续 接 触状 况 下板 底 弯拉 应 力计 算诺谟 图 和 层 间 滑动 接 触 时荷载 应 力 影 响 系 数 诺 谟 图 ，推荐 了层 间完 全连 续 接 触 状 况 下平 面尺 寸修 正 系数Kn 。对 温 度应 力计 算 分析 表 明，1 厂 r 、 v 路 面 板 在 使 用过 程 中 的温度 翘 曲应 力 远 小 于荷 载 应力 ，在 设计 中 可暂 不 考 虑 。其 次，在 上 述计 算 的基 础 上 ， 提 出以路 面板 的疲 劳 断裂作 为1 厂 r w 路面 的主 要破 坏模 式 ， 以控 制 行车 荷载 反 复作 用在 板 内所 产 生 的荷 载 疲劳 应 力 不大于 混凝 土 弯拉 强度 作 为路 面板 厚 度 设计 的标 ； 隹。设计 方 法选 用板 纵 缝边 缘 中部 作 为 临界 荷 位 ，利 用推 荐诺 谟 图计 算 标准 轴 载 作 用下 的最 大荷 载 应力 ， 设计 使 用 年限为1 0 1 5 年 。最 后 ，利用计 算与 试 验结 果 ，确 定 了相 关设 计参 数 ， 提 出了I 丌w路面板厚 度计算 方 。 由于I 兀 、 v 路面 具 有 改善路 面 使 用 性 能、 提 高承 载 能力 的 良好 特 点 和 广 阔 的应 用前 景 ，近 年来 国 内其 他 一 些 科 研 单 位 也 相 继 对uT w 路 面开 展 了相 关研 究 ，其 中具 有 代表 性 的是 同济 大 学采 用 三 维有 限 元计 算 和 足 尺 试 验 对UT w 路 面 进 行 了 结 构性 能试 验 和 评 价 【4 。 同济 大学 的研 究 成果 包括 ： 采 用 三维 有 限元 方法计 算 了I J T w路 面结 构 的荷 载应 力 ， 通 过 计 算确 定 了UT w 路 面 的 设计 荷位 为 纵缝 边 缘 中部 ；并 且 进 一 步 对UT W 路 面 结 构 的 脱 空 进 行 了计 算 分析 ，探 讨 了板 底 未脱 空 时 板 受力 特性 及 板 分别 出 现不 同程 度 的纵 缝边 缘 脱 空 、横缝 边 缘脱 空和 板 角 脱 空情 况 下 的混 凝 土板 受力 特 性 。在理 论 分析 的基础 上修 建 了足 尺 试 验路 ， 通过 分 析试 验 路 弯沉 变 化 及 动态 模 量 ，对 路面 整体 承 载 能 力 进行 了分析 和 评价 ；通过 裂 缝观 察 及 结构 性 能评 价 对 方案进 行 了比 较 分析 ，借 鉴水 泥 混凝 土路 面 设计 规范 ，在 考 虑疲 劳 及可 靠度 的基础 上 ，提 出 了考 虑 温度和 荷 载 综合 影 向的I 7 1 w 路面 结构 设计 计 算公 式和 结 构 设 计 方 法 。 3 _ 2 国内应用情况 2 0 0 1 年 ，长 安 大 学 与 陕西 省铜 川 公 路 管理 局联 合 ，率 先在 中 国成 功地 修 筑 了首I 广 r W 路面 试验 路( 图 1 ) ，从 目前 使 用状 况 看 ， 性 能 良 好 。 试 验 路 位 于 国 道2 1 0 线 陕 西 省 铜 川 市境 内K1 6 7 +5 1 8 K1 6 7 +8 1 8 处 ，+ - 3 0 0 r n ， 为 一般 二 级 公 路 ， 改建 于 1 9 9 o 1 o 月 ，旧路面 结构 为2 c r n 沥 青封 面 +5c l n 沥青( 渣油 )碎 石 +4 2 c ml 0 石 灰 土基 层 ，1 9 9 2 年 对局 部 段 落进 行 了2 c m沥青 罩面 中 修 。对 旧路 调查 得 出交通 等 级 为 中 等 交 通( 日平 均 混 合 交 通 量 为5 2 7 辆 ) ， 平 整 度 和 承 载 能 力 状 况 良 好 ，P CI 值 为4 5 4 9 ，路 面 破 损 评 价 为次级 ， 急需维修 。 为 了 分 析 、 对 比 不 同 因 素 对 I 厂 r w 路面使 用性 能的影 响 ，路面板 T - 面尺 寸 分别 选取 n 9 mX0 9 1 T I 、1 1 mX1 1 m和 1 5 m X1 5m三种 ，路面 图 1 铜川 旧沥 青 路面 I 兀 、 式验 路 图2 I E l 沥 青路 面处 理 1 1 印 ： w ww r o a d m- c h i n a ( O F C l