旧水泥砼路面加铺沥青加铺层技术应用探讨

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  摘要:本文主要介绍依据强度补强和防止反射裂缝产生的旧水泥砼路面上加铺沥青面层的结构设计和施工方法。
  关键词:旧水泥砼路面;加铺沥青层 ;设计与施工; 技术
  中图分类号:TQ639.2文献标识码:A文章编号:
  
  水泥砼路面的建设在我国已有几十年的历史,迄今为止,我国水泥砼路面通车总里程已近40万公里左右,随着使用时间的推移,早期修建的水泥砼路面已接近甚至超过其使用年限。特别是近几年,随着交通的日益重型化及交通量的大幅度增长,更加速了水泥砼路面的损坏,使加强对水泥砼路面的养护和维修成为交通部门的一个刻不容缓的课题。采用沥青砼面层作为旧水泥砼路面的加铺层是一种典型的补强方法,这种形式的路面结构能吸收两种材料的优点,“刚柔相济”,好旧水泥砼面层提供了稳定,坚实的基层,沥青砼加铺层还具有造价适中,行车舒适,施工周期短,开放交通时间较早,对行车的干扰小等优点,越来越多的旧水泥砼路面采用了沥青砼进行加铺改造。但是,旧水泥砼路面上的沥青加铺层是一种特殊的路面结构,其应力应变特性是一般的弹性层状体系有较大的差别,本文就加铺层结构形式、厚度及消除反射裂缝方法探讨如下
  1 水泥混凝土路面使用状况的评定
  沥青加铺层设计时,必须对旧水泥混凝土路面的损坏状况和结构状况进行调查和评价,根据评价结果判断路面是否需要加铺,分析路面损坏的原因,提出处理措施。旧路面状况一般采用下述指标进行评定。
  1.1 路面状况指数
  根据公路养护技术规范,可依PCI将路面划分为优、良、中、次和差5个等级进行评定,评定标准如表1所列。
  表1路面破损评定标准
  
  
  1.2 脱空值
  水泥混凝土路面板的脱空调查方法有弯沉检测法和探地雷达检测法。描述脱空的严重程度以脱空区的高度和面积表示。建议采用脱空值V作为评价脱空严重程度的指标,其计算公式为:
  V=A×h(1)
  式中:V为脱空值,cm3;h为脱空区高度,cm;A为脱空区面积,cm2。根据脱空值的大小,将脱空区的严重程度划分为轻、中、重3个等级。当采用弯沉检测法时,以板中实测弯沉作为指标,建议评定标准如表2所列。
  表2板下脱空评定标准
  
  
  2加铺层厚度计算方法
   由于旧水泥混凝土路面实测沥青加铺层设计涉及到两种材料,旧混凝土板存在断缝,很难采用力学分析方法,目前国内外主要采用经验方法,主要有:美国地沥青学会法、COE法、AASHTO法、破碎-稳固法,本文主要介绍AASHTO法
  
  美国AASHTO法的路面设计同样采用补足厚度缺额的概念确定沥青加铺层的厚度,但放弃修正系数f的考虑,其计算公式为:
  h=B(hd-he) (1)
  he=C1C2C3h0 (2)
  式中:为混凝土层厚与沥青层厚的当量转换系数,是混凝土厚度缺额的函数,由于下式确定:
   B=2.2233+0.00153(hd-he)2-0.0604(hd-he)
  C1为考虑损坏接缝和裂缝是否修复的系数,加铺前已进行全厚度修补时为1.0,否则按每公里未修复接缝和裂缝的数量在0.6~1.0范围内取值;
  C2为考虑旧面层是否存在耐久性问题的系数,无耐久性问题是为1.0,有耐久性裂缝但未碎裂时0.96~0.99,有少量碎裂时为0.88~0.95,严重碎裂时为0.80~0.87;C3为疲劳损坏程度的系数,少量横向裂缝板(<5%)时为0.97~1.0,较多横向裂缝板(<5%~15%)时为0.94~0.96,大量横向裂缝板(>5%)时为0.9~0.093。按该法计算的结果比按COE法计算的结果可靠。
  3 加铺层厚度和结构型式
  根据规范可知,当旧混凝土路面的损坏状况评定等级为优良或中时,可以采用沥青加铺层。加铺层铺筑前应更换破碎板,修补和填封裂缝,磨平错台,压浆封填板底脱空,清除旧水泥混凝土路面层表面的松散碎屑、油迹或轮胎擦痕,剔除接缝中失效的填缝料和杂物,并重新封缝。
  经处理过的旧水泥混凝土路面层板作为沥青加铺层的基层,刚度一般较大,基层上的弯沉较小,因此按设计弯沉控制的沥青加铺层的厚度无需太厚。根据规范要求,沥青加铺层的厚度按减缓反射裂缝的要求确定,高速公路和一级公路的最小厚度为10cm,其他等级的最小厚度为7cm。因此,结合国内外的经验,建议沥青加铺层的厚度为10~18cm。当计算沥青加铺层厚度超过18cm时,必须考虑在旧路面上增设一定厚度的半刚性基层。半刚性基层厚度通过计算确定,但不应小于15cm。
  根据旧水泥混凝土路面的使用性能评定结果,表3列出几种结构型式供设计参考。表中沥青面层采用SMA,具体设计时可以根据当地的气候条件和地理环境选用其他可行的沥青面层。
  
  表3加铺层结构型式
  
  
  4、反射裂缝的防止措施
  实践表明,反射裂缝是旧水泥砼路面上的沥青加铺层的主要病害,是沥青砼加铺层早期破坏的根源。在沥青加铺层有了裂缝后要及时加以维修,保证路面的有效使用寿命。反射裂缝损坏的形式表现为裂缝处面层剥落和碎裂。 由于地区的温度状况,路段的交通条件和实际的路面结构状况不相同,导致反射裂缝的产生原因也不同。有的主要是温度变化原因引起的,也有的主要是荷载作用原因引起的,或者是温度变化和荷载共同作用造成的,因此,在考虑防止反射裂缝的对策时,要对旧路面的损坏原因进行正确的分析,对其使用善和承载能力要有确切的評估,从而根据各路段的具体情况和条件,分析出现反射裂缝的可能原因,有针对性的提出相应的预防或减缓措施。对于主要因温度变化原因而引起反射裂缝的情况,可以采取增加加铺层与旧面层间的变形能力等措施进行处理;对于主要因荷载作用而产生反射裂缝的情况,则可采用降低接缝处板边的弯沉差,增加沥青加铺层抗弯拉强度和剪切强度的措施来进行处理。
  4.1 旧水泥砼路面处理众多的工程经验,教训表明旧水泥砼路面的处理是影响工作成败的关键。因此在旧水泥砼路面的处理前,必须对旧水泥砼路面板块进行逐板测量调查,以旧水泥砼板块的单点实测弯沉值和板间实测弯沉差为控制因素,逐板把关控制进行修补,采取多种措施进行处理,以延缓和减轻反射裂缝的产生。
  (1)板块脱空的处理,采取将旧水泥砼面板破碎,清运,用C15砼修复松散基层,重新浇筑砼,强度要求不低于原砼强度;对于有贯穿全板的纵,横,斜向裂缝的板块,也按脱空板处理方法处理;角隅断裂,按缝碎裂的处理,围绕裂缝一定长度和宽度用切割机切割成矩形,破碎清除,检查确认基层板体性,若板体性较差,则逐层下挖,直到板体性较好的层面,然后按脱空板处理方法处理;错台的处理,对于无二灰碎石的路段,错台小于或等于10mm的可以不处理,错台大于10mm时,将高出一侧的板块边缘30-55cm范围内,用人工削平至下沉板块边缘平齐,对铺设二灰碎石的路段,错台可以不处理。
  (2)水泥砼面板下压浆。对单点实测弯沉值在20-40之间的水泥砼板进行钻孔压浆,可以有效地减小接缝或裂缝处板的位移,有助于减少反射裂缝。
  (3)破碎水泥砼板。用冲击锤将旧水泥砼面板破碎成小于30*30cm的砼块,并用振动压路机碾压,使其与下面的基层充接触,再用水泥浆进行稳固。由于板块尺寸减小,温度下降时的砼块的收缩位移大大减小,从而可以明显延缓反射裂缝。
  (4)填缝。在摊铺加铺层之前,不管是否用橡胶沥青层,土工织物或开级配混合料,对于宽度大于6mm的裂缝都应进行填缝处理。填缝的目的是限制路表水进入基层,基层的含水量小了,支承能力就大,在荷载作用下的弯沉就小,其结果是不容易产生反射裂缝,填缝的材料可用橡胶沥青或聚胺脂等材料。
  (5)改性沥青油毡贴缝。在旧水泥砼路面修补完成,弯沉及弯沉差达到要求后,采用APP改性沥青油毡对旧水泥砼面板的所有纵横缝进行贴缝处理,油毡贴缝宽度为50cm。应用改性沥青油毡贴缝可以减少地表水通过旧水泥砼面板接缝渗透入下层的危险。同时,改性沥青油毡铺设在旧水泥砼面板与沥青加铺层之间,还能起到应力吸收夹层的作用,减少接缝区板块竖直与水平相对位移而产生的应力,减缓反射裂缝的产生与发展。
  4.2 设置应力消减夹层设置应变消减夹层的目的是将恢复路面表面性能所需的加铺层厚度减到最小,同时延缓或防止路面产生反射裂缝。
  (1)设置橡胶沥青夹层,在沥青加铺层铺筑之前,在已开裂的旧路面上或整下层上,将模量为10-100Mpa的橡胶沥青做成一层厚1-3cm膜,这层膜称作应变消减膜夹层。它可以使旧路面的位移不传递到沥青加铺层,减少加铺层中由旧路面裂缝造成的应力,从而减少反射裂缝。并能有效地阻止表面水渗入基层,从而减少沥青路面的水损坏。
  (2)设置土工织物夹层。土工织物包括聚丙烯或聚脂织物和聚乙烯,聚丙烯或聚脂无纺织物。大量的工程实践表明,使用土工织物可以改善路面结构的应力分布,明显地减少和延缓反射裂缝。在旧水泥路面的纵,横缝上粘贴无纺土工布,还能有效的减少路表水通过接缝渗入基层。与橡胶沥青相比,土工织物具有弹性模量高,极限应变大的性能,其抗裂性优于橡胶沥青。
  (3)设置格栅夹层。格栅包括聚丙烯或聚脂土工格栅,玻纤格栅和金属格栅。玻纤格栅是一种性能优良的新型土工建材。这具有很高的耐热性和优良的耐寒性,强度大,模量高,化学稳定性好,膨胀系数低等特点。设置玻纤格栅夹层能够起到减少车辙,推迟疲劳裂缝的产生及延缓反射裂缝发展的作用。同时,它的耐高温稳定性好,摊铺热沥青砼时不会产生变形,便于施工。
  (4)设置开级配沥青砼底层。开级配沥青砼底层能在一定程度消减旧水泥砼路面裂缝所产生的应力,从而减少和延缓反射裂缝。但是,当设置薄层开级配沥青砼时,效果不明显,一般认为开级配沥青砼底层厚度不得小于8cm。
  (5)设置二灰碎石基层。在旧水泥砼路面上设置二灰碎石基层,能在一定程度上减少和延缓反射裂缝。二灰碎石基层应视旧路面的损坏程度而定,一般厚度不宜小于15cm。
  4.3 提高沥青加铺层的抗裂性影响沥青砼加铺层抗裂性的因素如下:
  (1)沥青的稠度和氧化速度。沥青的稠度是延缓反射裂缝的一个重要因素。沥青的温度敏感性,周围的气候条件,沥青用量及其抵抗硬化的能力也都影响裂缝的发展速度,沥青混合料采用低稠度(针入度200-300)的优质沥青,并保证沥青混合料在拌和过程中不过多氧化(温度不过高和加温时间不过长)可以增加沥青面层材料抗拉开裂性能。
  (2)瀝青混合料的孔隙率。孔隙率明显影响沥青混合料的疲劳寿命。压实效果好的沥青混合料不仅可以延缓裂缝的展开,还可以减轻路面使用过程中沥青的硬化。
  (3)沥青混合料中沥青的含量。增加沥青的含量,可以提高沥青混合料抗疲劳开裂能力,同时还可以使沥青混合料更密实,使沥青不容易老化。 SMA路面具有沥青含量高,孔隙率小,变形能力大等优点,是一种理想的沥青加铺层面层结构。它由间断级配集料与矿粉,纤维和沥青组成。SMA中粗集料组成一个紧密嵌锁的骨架结构,它帮助消散对下层的冲击力,这是SMA能够抵抗磨耗和永久形变的原因之一,由于纤维的存在,使沥青结合料保持高粘度,避免在储存,运输,摊铺过程中流出,这样可以使用较多沥青,使裹复每个矿料的沥青膜较厚,以减少氧化,水分渗透,沥青剥落和集料破碎,使面层有较长的使用寿命。
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