某山区公路旧水泥混凝土加铺沥青路面改造设计.pdf

M AI NTENANCE C0NS TRUCTI oN AND M ACHI NERY 文章编 号： i 0 0 0 0 3 3 X( 2 0 1 4 ) 0 9 0 0 7 2 0 4 0 某 山区公路 旧水泥混凝土加铺沥青路面改造设计 尹祖超 ， 李 亮， 彭圣华 ， 尹文锋 ( 长江勘测规划设计研究有 限责 任公 司 ， 湖北 武汉4 3 0 0 1 0 ) 摘 要 ： 结合 某 山 区公路 水 泥混 凝 土路 面改造 工程 的具 体 实例 ， 介 绍 了旧水泥 混凝 土路 面加铺 沥青 面层的设计方案 ， 并讨论 了相 关设计指标。实际工程的经验表明， 应针对旧路的状况采取 不同的加 铺 方案 ： 路 面 P C I 及 D B L评 定 等级 均 为“ 中” 以上 时 ， 可采 取 直接加 铺 的 方法 ； 路 面 P C I 或 D B L评 定等级为“ 中” 以下时， 在碎石化原有路 面后铺筑一定厚度 的半刚性基层 ， 再加铺沥青面层 ， 方可满 足 有 关规 范要 求。 关键词 ： 山区公路 ； 旧水泥混凝土路面； 沥青面层加铺 ； 碎石化 中图分类 号 ： U4 1 8 8 文献 标志 码 ： B Re c o n s t r u c t i o n o f Ce me n t Pa v e me nt o f M o u n t a i n o u s Hi g hwa y b y Ov e r l a y i ng As p ha l t Pa v e me nt YI N Zu c ha o，LI Li a ng，PENG She n g hua，YI N W e n f e n g ( Th e Ya n g t z e Ri v e r Pl a n n i n g a n d Di s i g n I n s t i t u t e Co L t d ，W u h a n 4 3 0 0 1 0，H u b e i ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n c o mb i n a t i o n wi t h t h e r e c o n s t r u c t i o n p r o j e c t o f c e me n t p a v e me n t o f a mo u n t a i n o u s h i g h wa y，t h e d e s i g n me t h o d f o r e x i s t i n g c e me n t p a v e me n t o v e r l a i d wi t h a s p h a l t p a v e me n t wa s p r o p os e d I t i s s ho wn t ha t di f f e r e n t ov e r l a y s c he m e s s h o ul d b e a d opt e d a c c or d i ng t o t he s i t ua t i on o f ol d r o a ds I f PCI a n d DBL we r e b o t h r a t e d m e d i u m ， t h e d i r e c t o ve r l a y me t h od o f a s ph a l t s ur f a c e c ou r s e c ou l d be a pp l i e d An d i f a ny o f t he m wa s r a t e d l o we r t ha n t ha t ，a f t e r t he c r u s hi ng o f ol d p a v e me nt a n d pa v i ng o f t h e s e m i r i g i d b a s e，t he o ve r l a y me t h o d o f as p ha l t s ur f a c e c o ur s e wa s t he n pu t t o us e Ke y wo r ds ： mou nt a i no us hi gh wa y； e xi s t i n g c e m e n t p a v e me nt ；a s p ha l t pa v e me n t o v e r l a y； r u b b1 i z a t j on 引 目 $ 2 0 3垫 道路 是 贯 穿 丰 都 县 南 北 两 岸 的 省级 干 线公 路 ， 其 中龙河 大桥 至 马 良大 桥段 为二 级公 路 ， 是 通往 雪 玉洞 景 区 的交 通 干 道 ， 长 约 1 8 7 2 k m， 为水 泥混 凝 土路 面 。随 着雪 玉 洞 旅 游 业 的 发展 ， 交 通量 逐 渐增加 ， 路 面开 始 出现破 损 ， 沿线边 坡 、 交通 标 志 、 排水系统也发生了一定程度 的损坏 。为确保雪玉洞 景 区旅游 业 的可 持 续发 展 ， 改善 当地 库 区群 众 的 出 行条件 ， 需对原水泥混凝土路面进行沥青路面加铺 改造。本文通过对现有路 面状况 的调查 ， 结合交通 收稿 日期 ： 2 O 1 3 1 2 1 1 基金项 目： 交通运输部科技项 目( 2 0 1 1 3 1 8 8 1 2 2 6 0 ) 72 量 分析 ， 提 出合适 的路 面改 造方 案 ， 为 同类 山区公 路 的旧水 泥混凝 土路 面改造 提供 参考 。 1 路 面 调 查 根据 现行 规 范 ， 对 旧路 路 面结构 进行 调查 ， 内容 主要 包 括 ： 路 面 厚 度 测 试 ( 路 面 厚 度 测 试 方 法 T O 9 1 2 2 O 0 8 ) 、 路 面破 损 状 况 调 查 ( 公 路 技 术 状 况 评 定标 准 J TG H2 0 2 0 0 7 ) 、 强度 检 测 ( 公 路 工 程 水 泥 及水 泥 混 凝 土 试 验 规 程 J TG E 3 0 - 2 0 0 5 ) 、 路 面 接缝传荷能力和水泥混凝土板底脱空状况( 公路水 泥 混凝 土路 面设 计 规 范 J T G D4 O 2 0 1 1 ) 。本 段 公 M AI NTENANCE CoNS TRUCTI oN AND M ACHI NERY 路破损路面如图 1 所示。 图 1 破 损 路 面 1 1路面 厚 度和 强度 本次调 查 采 用 S THZ 一 2 0型 混 凝 土 取 芯 机对 路 面进 行钻 孔取 芯 ， 现 场 量取 芯 样 厚 度 并 了解 结 构 层 情 况 ， 通过 室 内试 验 检 测 芯 样 抗压 强 度 。芯样 直 径 为 9 9 mm， 取 芯位 置原则 上 按 照 2 0 0 1 T I 间 隔分 布 于 各 行 车道 。本 次检 测共 钻取 水 泥混凝 土 芯样 9 2 个 。 根据 现行 公 路 水 泥 混 凝 土 路 面 设 计 规 范 进 行 计 算 ， 全线水泥 面板厚度平均值 为 2 3 8 5 c m， 标 准值 为 2 2 2 7 c m； 弯拉强度平均值为 5 5 2 MP a ， 标准值 为 4 3 MP a 。 1 2路面弯 沉检 测 采用贝克曼梁弯沉 仪进行弯沉试验 ， 沿公路左 幅 、 右 幅 、 左 幅分缝 、 右 幅分 缝分 别进 行 检测 ， 试验 点 共 计 3 6 2 4个 ， 左 幅 、 右 幅检 测 点 间距 为 2 5 m， 分 缝 处检测间距为 1 0 0 m。根据规范 ， 凡弯沉值 大于 2 0 ( O 0 1 ram) 的板 块 即可 视 为 脱 空板 。经 检 测 ， 全 线 总体脱空率约为 3 1 。 1 3路面 接缝 传荷 能 力 根 据现 行 公路 混凝 土路 面设 计规 范 的相 关规 定 ， 旧水泥混 凝 土 面板 的接 缝 传 荷 能 力 采 用弯 沉 测 试法检测评定 。测试仪器为贝克曼梁弯沉仪 ， 测定 车 型后 轴重 1 0 t ， 试 验 荷 载 为 标 准 轴 载 的一 侧 轮 载 ( 5 0 k N) ， 将荷 载 施加 在 邻 近 接缝 的路 面 表 面 ， 实测 接 缝两 侧边 缘 的弯 沉 值 。按 式 ( 1 ) 计 算 接缝 的传 荷 系数 。 忌 ；一 wo 1 0 0 ( 1 ) Wl 式中： 走 为接缝传荷系数 ( ) ； 叫 为未受荷板接缝边 缘处的弯沉值 ； 叫 - 为受荷板接缝边缘处 的弯沉值。 水泥混凝土 面层的接缝传 荷能力分 为 4个 等 级 ， 分 级标 准 如表 1所示 。 经检测， 全段接缝传荷能力达到“ 优 良” 的点数 占比 3 7 ， 达到“ 中” 的点 数 占 比 1 8 ， “ 次 ” 的 点数 占比 3 5 9 6 ， “ 差” 的点数占比 1 O 9 6 。接缝传荷能力等 表 1 接缝传荷 能力分级标准 等级 优 良 由 次 差 接缝传荷 系数 8 0 6 O 8 0 4 0 6 0 2 0 路面状况指数( P C I ) 8 5 8 4 7 0 6 9 5 5 5 4 4 0 4 0 本次水 泥 混凝 土路 面破 损 状 况检 测 结果 如 表 3 所 示 。 根据 路面 破损 调 查 及 检 测 结果 的分 析 统 计 ， 本 段 公 路路 面 ( 含 两侧 硬 路 肩 ) 宽度 一 般 为 8 5 I n ， 路 面厚度标准值为 2 2 2 7 c m， 混凝土弯拉强度标准值 为 4 3 0 MP a 。全线总体脱空率 约 3 1 ， 路面状况 指数( P C I ) 为 6 6 3 4 ， 断板率( D B L ) 为 2 1 9 0 ， 评 定破 损状 况等 级 为差 。 2 路面计算 2 1交通量 分析 根据 交通 量调 查 ， 该路 段 2 0 0 6年单 向 车道年 平 均 日混合 交通 量 1 2 4 8辆 ， 2 0 0 7年 1 3 0 1 辆 ， 2 0 0 8年 1 3 8 9辆 ， 2 0 0 9年 1 4 2 2辆 ， 2 0 1 0年 1 6 7 7辆 ， 2 0 1 1 年 1 9 0 0辆 。 其 中 2 0 1 1 年 单 向 车 道 年平 均 日交 通 量 包 括 ： 小货 车 5 3 2辆 、 中货车 3 2 1辆 、 大货 车 3 4 6辆 、 小 客车 3 2 7辆 、 大客车 1 0 0辆 、 摩托车 2 3 6辆 、 人力车 2辆 、 自行 车 8 4辆 。本 次计 算取 交 通 量 年平 均 增 长 率为 5 9 6 ， 取车辆轮迹横 向分布系数为 0 5 4 。根据 现行水泥路面设计规范计算 ， 设计年 限内设计荷载 累计 作 用次 数 为1 0 5 6 1 0 次 ， 属重 交 通等 级 。 7 3 M AI NTENANCE CoNS TRUCT1 0N AND M ACHI NERY 表 3水泥混凝土路面破损状 况检 测结果 P CI DB I 检测路段 检测结果 评定等级 检测结果 评定等级 K 0 +0 0 0 K1 +0 0 0 6 2 6 8 中 3 4 3 3 差 K 1 +0 0 0 K 2 +0 0 0 5 2 3 6 次 3 7 2 3 差 K 2 +0 0 0 K 3 +0 0 0 3 7 3 4 差 4 9 0 8 差 K 3 +0 0 0 K 4 +0 0 0 6 7 4 5 中 1 8 7 5 次 K 4 +0 0 0 K 5 +0 0 0 7 6 5 9 良 1 2 1 1 次 K 5 +0 0 0 K 6 +0 0 0 5 2 3 2 次 1 4 2 3 次 K 6 +0 0 0 K 7 +0 0 0 6 4 3 5 由 2 1 3 5 差 K 7 +0 0 0 K 8 +0 0 0 5 1 2 0 次 2 6 4 3 差 K 8 +0 0 0 K 9 +0 0 0 6 1 2 5 由 2 9 3 3 差 K 9 +0 0 0 K l O +0 0 0 8 2 3 3 良 8 4 8 中 Kl 0 +0 0 0 K1 1 +0 0 0 4 8 2 4 次 2 6 7 8 差 K1 1 +0 0 0 K1 2 +0 0 0 4 7 2 3 次 3 1 0 3 差 K 1 2 +0 0 0 K1 3 +0 0 0 6 8 2 7 中 1 8 2 6 次 K1 3 +0 0 0 K 1 4 +0 0 0 8 1 3 4 良 1 5 2 8 次 K1 4 +0 0 0 Kl 5 +0 0 0 7 9 2 8 良 6 5 0 良 K 1 5 +0 0 0 K1 6 +0 0 0 9 8 8 O 优 1 4 3 3 次 K 1 6 +0 0 0 K1 7 +0 0 0 9 8 2 7 优 5 8 9 良 Kl 7 +O O O K 1 8 +0 0 0 8 3 2 2 良 1 2 7 O 次 K1 8 +0 0 0 K1 8 +7 2 1 4 7 8 9 次 2 6 5 5 差 全线 6 6 3 4 由 2 1 9 O 差 2 2 初拟 路 面结构 根 据现 行 水泥 混 凝 土路 面设 计 规 范 及 重 庆 市普通国省干线公路改造工程管理办法 中加铺沥 青 层 厚不低 于 9 c m 的有 关要 求 ， 初 拟 沥青混 凝 土面 层 加铺 厚度 为 l O c m， 由 4 c m 细粒 式沥 青 混凝 土 上 面层 和 6 C T D 中粒 式沥 青混 凝土 下 面层组 成 。 2 3路面 结构 计算 ( 1 )按弹性地基单层板进行分析。对于不需要 破 碎 的水泥 板块 ， 按 现行 公路 水 泥混凝 土路 面设 计 规范 进行验算 。计算得到基层顶 面当量 回弹模量 为 1 6 5 MP a ， 可 靠 度 系数 取 1 1 O ， 则 有 沥 青 加 铺 层 的 旧混 凝 土面层 荷 载疲 劳应力 为 3 0 4 MP a ， 有 沥青 加 铺层 的 旧混凝 土 面层温 度疲 劳应 力 为 0 4 2 MP a ， 考 虑 可 靠度 系数 的 旧混 凝 土 面 层综 合 应 力 为 3 8 1 MP a ， 小 于 旧水 泥混凝 土 弯拉强 度 标准值 4 3 MP a 。 因此 ， 满足 规范 要求 。 ( 2 )按水泥板破 碎后 的弹性层状 体系进行 分 析 。根 据 现行 沥青 路 面 设 计 规 范 计 算 ， 设 计 年 限 内设计荷载累计作用次数 为 6 4 6 1 0 次 ， 设计弯 7 4 沉为 2 8 7 ( o 0 1 ram) 。原二级公路设计路 面结构 为 ： 2 0 c m 厚 手 摆 片石 垫 层 + 1 0 c m 厚 级 配 碎 石 基 层 + 2 O c m 厚 C 3 0混 凝土 面层 。取 水泥 板块 破碎 后 的碎 石弹性 模 量 为 2 0 0 MP a ， 加铺 2 5 c m 厚 水 泥 稳 定碎石基层后 ， 用 HP DS 2 0 1 l路面计算程序计算得 沥青层顶面弯沉为 2 8 2 ( O 0 1 ram) 。因此， 满足规 范要 求 。 3路面加铺方案 结合水泥路面调查结果及检测资料 ， 该路段水 泥混凝 土路 面 破损 状 况 为 “ 差 ” ， 应将 混凝 土板 破 碎 作 为底 基层 使 用 ； 基 层铺 筑水 泥稳 定碎 石 ； 面层 为沥 青 混凝 土 。加铺 方案 如 图 2 所 示 l 2 j 。 ( a )评定等级为 “ 中”以下 ( b )评定等级为 “ 中”以 图 2路 面加 铺 方 案 从图 2可以看出， 路面 P C I 或 D B L评定等级为 “ 中 ” 以下 时 ， 为 了防止反 射裂 缝 的 出现 ， 先 破碎 旧水 泥混凝土板块 ， 再加铺 水稳层和 沥青面层 ； 当路面 P C I 和 D B L评 定等 级 均为“ 中” 及 以上 时 ， 对 旧水 泥 混凝土面层板块进行拉毛处理， 再加铺水稳层 和沥 青 面层 。 4 施工方案 结合 旧水 泥混 凝 土 路 面 处 治方 案 ， 有 针对 性 地 采 取适 当的施工 方 案 ， 以保 证 加铺 后 沥青 路 面 的使 用 性 能 。 4 1 玻璃 纤维 土 工格栅 为 了减 少 或延 缓 反 射 裂 缝 的产 生 ， 延 长 沥青 混 凝土路面的使用寿命 ， 拟在加铺沥青 路面时采用玻 璃纤维土工格栅 。玻纤格栅铺筑于沥青面层与水稳 层 之 间 。铺 设 格栅 前 应 保 证 水 稳 层 表 面 清 洁干 燥 ， 如有 水迹 ， 应 待路 面干燥 后再 进 行铺 设 。 4 2旧水 泥 混凝 土板块 破碎 由于 沿线 大部 分 路 段 路 面破 损 较 为严 重 ， 拟对 混凝 土面 板进 行破 裂碎 石化 处理 。 目前 常用 的 面板 M AI NTENANCE CoNS TRUCTI oN AND M ACHI NERY 处 理技 术包 括破 裂压 稳 、 打裂 压稳 、 碎 石化 等 。碎石 化 处理 施工 速 度 快 ， 对 交 通 干 扰 小 ， 破 碎 后 的颗 粒 小 ， 防反射裂缝效果好。破碎机施加于水泥混凝土 板 上 的能量 随 深度 的增 加 逐 渐减 小 ， 因 此 破 碎后 的 水 泥路 面碎 石 粒径 自上 而下 逐渐 增 大 。上 部小 颗粒 ( 粒 径 一般 不超 过 7 0 mm) 经 压实 后 形 成 平 整表 面 ， 易 于摊 铺 ； 下部 大颗 粒 ( 粒 径 一般 为 2 0 0 3 0 0 mm) 之间形成嵌挤结构， 强度 比一般 的粒料基层高 。破 碎 的颗 粒大 小 应均匀 ， 并形 成一 定 的级 配 和密 实度 。 破碎后再进行预压 ， 并检测弯沉值 ， 弯沉值应不大于 1 5 0 ( 0 0 1 mm) 7 - 8 。 4 3水 泥稳定 碎石 基 层 由于本 次设 计 的水 泥 稳 定 碎石 基 层 较 厚 ， 正式 施工前应铺筑试验路段 ， 进行碾压试验， 以确定相关 碾 压 参数 。 ( 1 )铺筑。当压实厚度为 2 5 c m 时， 松铺厚度 为 3 0 3 2 c m( 松铺 系数 约 为 1 2 5 ) ， 铺 筑 现 场 的 指 挥人员应合理分配混合料。 ( 2 )碾压 。可先用 1 2 1 5 t 振 动压路机稳压 2 3 遍 ， 再 用 重 型 压 路 机 加 压 6 8遍 ， 最 后 用 1 2 1 5 t 压路机消除轮迹。碾压时 ， 一般 由较低的 一 侧 向较高的一侧进行碾压 ， 相邻两次 的碾压轮迹 要求重叠 1 2轮宽。压路机的行走速度一般要求控 制在 2 5 k m h 一。具体碾压遍数可通过试验路 段确 定 。 ( 3 )压 实度控 制 。正式 碾 压 按 “ 先 轻 后 重 、 先 稳 压后加压” 的原则进行 ， 并以试验路段确定 的合理碾 压遍数碾 压 。在水泥终凝前完成现场压 实度 的取样工 作， 若发现压实度不足， 应及时补压 ， 避免留下隐患。 5 结 语 ( 1 )对 I H水 泥 混 凝 土 路 面 进 行 沥 青 混 凝 土 加 铺 ， 可有效改善原路面的行车舒适性。 ( 2 )应 针 对 旧 路 的 状 况 采 取 不 同 的 加 铺 方 案 ， 路面 P C I 或 DB L评定等级为“ 中” 以下时， 应破碎原 有路 面 ； 路 面 P C I 及 D B L评 定 等 级 均 为 “ 中” 以 上 时 ， 可采 取直 接加 铺 的方 法 。 ( 3 )旧水泥 混凝 土 路面 处理 方 案应 考 虑 原路 面 状 况 ， 原 路 面破 损严 重时 ， 对板 块 进行 碎石 化是 一种 有效 的处理 方法 。 参考文献 ： 1 J T J 0 7 3 1 2 ( ) (】 1 ， 公路水 泥混凝 土路 面养护技术规范 I S 2 赖世桂 水泥混凝土路面加铺沥青 面层结 构抗裂缝 扩展性 能 研究 J 城市道路与防洪 ， 2 O 1 3 ( 4 ) ： 2 0 7 2 1 2 3 张海宾 ， 于明明 ， 李小建 旧水泥混 凝土路 面沥青加铺 层结构 设计 J 筑路机械与施工机械化 ， 2 0 1 2 ， 2 9 ( 3 ) ： 5 1 - 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