公路旧水泥混凝土路面沥青加铺改造的探讨

来源：职称驿站所属分类：交通运输论文
发布时间：2012-11-01浏览：40次

　　摘要：本文主要阐述公旧水泥混凝土路面破坏的影响因素，破坏形式和原因，沥青加铺改造设计方法，总结出一些工作学习心得，与同行分享。

　　关键词：公路,旧水泥混凝土路面,破坏,沥青加铺,改造设计

　　引言

　　自上世纪80年代以来，我国现有的水泥混凝土路面，有相当一部分己接近或超过设计年限，有的虽未达到设计年限，但随着经济的发展，交通量剧增，汽车轴载日益重型化或设计、施工等方面的原因，出现路面局部弯沉、平整度下降、板块破损断裂、接缝错台等各种病害，严重影响了汽车行使的安全性和舒适性。为了满足交通运输发展的需要，提高道路使用功能和服务水平，对旧水泥混凝土路面进行改造处理已经成为一个迫切的任务。

　　1 水泥混凝土路面损坏的影响因素

　　造成水泥混凝土路面结构和功能性破坏的原因大致分为六种：①交通状况;②气候条件;③排水条件;④道路材料;⑤施工水平;⑥养护水平

　　(1)交通状况。交通状况包含道路上的交通量、行驶车辆类型和轴载的组成，以及交通量的增长率等。快速增长的交通量，日益增大的机动车轴载，使路面长时间处于满负荷甚至超负荷状态，路面在未超过设计年限时就已经提前出现疲劳性破坏。

　　(2)气候和排水条件。影响路面使用功能的气候因素主要是温度和降水。水泥混凝土板在温度的作用下，产生膨胀或紧缩，使板发生位移和变形，进而极容易形成不规则的温度裂缝。道路排水有路面排水和路基排水，当排水不畅时，积水通过路面裂缝渗透进入基层，降低基层承载力，严重时甚至对基层材料产生冲刷作用，导致面层与基层之间出现脱空，从而使路面板在车载作用下产生物理性断裂。

　　(3)材料和施工因素。用于道路建设的材料有很多种，每种性能各不相同，材料的性能直接影响到路面的性能，使用时应与本地区实际情况相结合。施工工艺水平的高低，施工过程中质量控制的好坏，也会对相同结构的路面产生不同的结果。

　　(4)养护水平。水泥混凝土路面的缩缝、胀缝、施工缝等，基本上是用沥青灌缝，一般使用2~3年后灌缝材料会出现老化松脱，如不及时养护，对填缝料进行更新，则极容易由此引起一系列引路面病害。

　　2 水泥混凝土路面常见病害及原因

　　水泥混凝土路面常见的破坏形式有：裂缝、板边缘和角隅的破损、接缝损坏、板面磨损和错台等，归纳如下：

　　(1)断裂。水泥混凝土路面由于板内应力超过了混凝土自身强度而出现的横向和纵向断裂裂缝，或者角隅处的折断裂缝均属于断裂。路面板在反复荷载下产生疲劳破坏，面板过薄，荷载过重，板面尺寸太大引起的温度翘曲应力，路面板养生期间的措施不得当，材料或施工质量不合格使混凝土未能达到设计要求等等，都可能导致路面板断裂的出现。

　　(2)接缝碎裂。水泥混凝土路面板接缝两侧斜的剪切挤碎现象称为接缝碎裂。混凝土路面在长期的使用过程中，路面接缝填料逐渐老化或被挤出，泥沙石屑等杂物侵入逢中，板块热胀时，受到逢中杂物的障碍，引起胀裂。

　　(3)错台。接缝两侧路面板端部出现的竖向相对位移即为错台。胀缝施工下部填缝板与上部缝槽不对齐，横缝处传荷能力不足，相邻板块在车辆作用下产生挠度差，接缝两侧板块的地基分布不均匀，使各板块沉降大小不一致等等，都是产生错台的原因。

　　(4)唧泥和冲刷。车辆在经过路面板接缝或裂缝时，缝内喷溅出稀泥浆的现象称为唧泥。唧泥形成的原因是路面基层中的细集料与沿板面裂缝下渗的水份接触，形成泥浆，在车辆荷载作用下沿缝隙喷溅出来。同时使板底出现脱空，面板边缘失去支承，容易在接缝附近产生横向裂缝。

　　(5)坑槽和孔洞。水泥混凝土路面板表面有局部破坏，形成一定深度的洞穴称为孔洞。面层骨料局部脱落而产生的长槽称为坑槽。两者的形成都是由于砂石材料含泥量过大，混凝土内有泥土杂物所引起。

　　(6)麻面和露骨。水泥混凝土表面结合料磨失，大面积呈现粗糙称为麻面。混凝土保护层脱落导致骨料外露称为露骨。麻面是由于混凝土施工时遇雨所致。露骨则是因为混凝土表面灰浆不足，泌氺提浆造成混凝土路面表面强度降低。

　　(7)磨光。即水泥混凝土路面磨成光面，摩擦系数已降到极限值以下，对行车安全造成严重隐患。磨光的主要原因是由于路面水泥砂浆层强度不足和水泥原材料耐磨性差。

　　(8)填缝料损坏。接缝内无填料、填料破损、缝内夹杂砂石等都称为填缝料损坏。填缝料损坏主要是由于填缝料脆裂、老化、挤出及与板边脱离造成。

　　3旧水泥混凝土路面沥青加铺设计

　　3.1沥青加铺改造的特性

　　目前国内外有关旧水泥混凝土路面的加铺设计主要有两种方法：一种是直接在旧水泥混凝土路面上加水泥混凝土面层;另一种则是加沥青混凝土加铺层。由于沥青混凝土加铺改造施工方便，较早开放交通，对交通的影响小，同时有效地改善了原水泥混凝土路面的行车性能，具有良好的经济效益与社会效益，因此得到广泛的应用。旧水泥混凝土路面沥青加铺改造具有以下几方面突出的特性:

　　(1)由于下层是强度高的水泥混凝土板，相当于给沥青面层提供了刚性基层，提高了沥青路面结构的刚度，开放后可以承受重交通的作用而减少车辙。

　　(2)显著改善水泥混凝土特别是碾压混凝土路面的平整度，尤其是接缝处的

　　平整度，有利于提高行车速度、行车的舒适性和安全性。

　　(3)在表面破损较严重但仍具有足够强度的旧水泥混凝土路面上铺筑一层高

　　质量面层的复合式路面不仅可恢复其使用功能并可显著地延长路面使用寿命。

　　(4)可以大大降低水泥混凝土路面的噪声和扬尘，改善道路的环境状况。

　　3.2反射裂缝及减缓措施

　　旧水泥混凝土路面加罩沥青面层主要的问题是反射裂缝。由于旧水泥混凝土面层有接缝和裂缝，面板在缝隙附近的位移引起缝隙上方沥青加铺层内出现应力集中，进而容易在加铺层上反射形成裂缝。面板的位移是形成反射裂缝的主要原因，而位移的产生，有可能是温度原因引起的，也有可能是荷载作用引起的，或者是温度和荷载共同作用造成的。对于主要因温度原因而引起反射裂缝的情况，可以采用降低加铺层与旧面层之间粘附阻力以及增加加铺层抗拉强度的措施;对于主要由荷载作用产生反射裂缝的情况，则应采取减少接缝处半边沉降量和沉降差以及增加加铺层抗弯拉强度和剪切强度的措施。

　　旧水泥混凝土沥青加铺改造设计中，对于不同的改建路段，应根据旧路面实际状况和条件，分析出现反射裂缝的可能主要原因，从而有针对性的提出相应的预防措施。预防或延缓旧混凝土面层上沥青加铺层反射裂缝的措施，可以分为以下几种：①在沥青加铺层上锯切横缝 ②采用厚加铺层 ③设置裂缝缓解层 ④破碎和固定旧混凝土面层 ⑤设置各种夹层

　　(1)锯切横缝。在沥青加铺层上对准旧混凝土面层的横缝位置锯切出新的横缝，并在开放交通前与缝内填入封缝料，防止水或杂物进入。此种方式类似于混凝土路面设置横缝，当沥青加铺层由于温度和外部荷载而产生拉应力时，锯缝可以提供不连续伸缩位移空间，从而控制裂缝的出现。该法适用于旧路面结构状况良好，或者已对损坏板进行过处理，接缝处板边弯沉量较小的混凝土路面，同时必须做好接缝的密封养护工作。

　　(2)采用厚加铺层。增加沥青加铺层的厚度，一方面使旧面层受到温度的影响减小，进而减小温度引起的面层板的伸缩位移，从而降低了加铺层底面的拉应力。另一方面可以增加路面结构的弯曲刚度，降低接缝处弯沉差，进而减少加铺层的剪切应力。同时，较厚的加铺层可以延缓反射裂缝从层底扩展到层面的时间，延长了道路的使用寿命。

　　(3)设置裂缝缓解层。在沥青加铺层和旧混凝土面层之间设置一层由开级配沥青碎石混合料组成的裂缝缓解层。由于开级配混合料含有大量孔隙，可以为旧面板的不均匀沉降差提供缓解空间，难以影响到沥青加铺层上，从而减少反射裂缝产生的可能性。

　　(4)破碎和固定旧混凝土面层。当旧混凝土面板损坏较为严重，采用修复后加铺沥青层，或者完全破除旧板后重建新混凝土板再加铺沥青层的措施已经很不经济的时候，可以对旧面板进行破坏和固定。用混凝土破碎机，将损坏的旧面板破除成60～100cm左右的碎板块，接着用重型轮胎压路机在碎块上反复碾压，使碎板块与基层结合密实。由于碎板块尺寸较之原板块要小，因而受到温度影响产生的伸缩位移和板块之间的沉降差也相应降低，从而有效减小了由此产生的各种应力作用。旧面板破碎固定后，必须将裂缝内的松散杂物清除干净，然后摊铺沥青混合料调平层，填补好裂缝，再铺设沥青加铺层。

　　(5)设置夹层。在旧混凝土面板和沥青加铺层之间设置夹层，可以有效减少沥青加铺层底面的应力和应变，也可以通过夹层将旧面板产生的应力分散。目前工程上采用的夹层大致有：橡胶沥青应力吸收夹层、土工织物夹层和土工格栅。橡胶沥青应力吸收夹层和土工织物夹层劲度较低，属于软夹层;而土工格栅刚度大劲度高，属硬夹层。各种夹层由于刚度的不同，在减少反射裂缝方面起到的作用也不一样。软夹层在减少温度引起的反射裂缝中可以起到重要的作用，但在降低荷载应力引起的反射裂缝时，作用不大。硬夹层由于刚度与沥青加铺层材料接近，适合于降低由于荷载引起的反射裂缝，但在减少温度引起的反射裂缝时，效果不如软夹层好。所以，在选择夹层材料时，应对反射裂缝产生的原因做深入细致分析，选择适合的夹层材料。

　　3.3沥青加铺层厚度设计

　　沥青加铺层厚度设计目前没有统一的方法。采用厚加铺层方案时，通常使用经验法确定厚度，比如美国沥青协会(AI)的弯沉法，或者美国陆军工程师部队(COE)的补足厚度缺额法。采用破碎和固定旧混凝土面层方案时，是将破碎的旧混凝土面层视为基层，通过弯沉测定反算破碎层的模量值后，按沥青路面设计方法确定沥青加铺层(视为新沥青面层)厚度。采用设置夹层的方案时，则按不同夹层材料的刚(劲)度，分析温度和荷载作用下接(裂)缝上方沥青加铺层内的拉应变和剪切应变，并按沥青混合料的疲劳强度确定所需的厚度。

　　笔者长期在广东地区从事道路建设工作，广东省交通厅在多年省内道路建设经验的基础上，于2008年推出《广东省公路典型路面结构应用指南(试用)》一书，详细归纳了广东省内道路建设常用路面结构和技术要求。其中对于水泥混凝土路面加铺沥青面层作法亦有详细阐述，并形成水泥混凝土路面加铺沥青面层常用结构推荐图谱，供广大同行参考使用，如下：