舊水泥混凝土路面加鋪改造方法研究
2013-12-03
前言
就路面結(jié)構(gòu)而言，水泥混凝土路面約占我國高速公路的路面類型的23%。水泥混凝土路面以其特有的使用性能和良好的耐久性在公路上占有重要的地位。目前我國的水泥混凝土路面有相當一部分正面臨著修復(fù)、改造工作。
舊水泥混凝土路面的修復(fù)、改造工作中，在舊水泥混凝土路面上鋪設(shè)加鋪層，是一項有效的技術(shù)措施。盡管我國的水泥混凝土路面加鋪改造已經(jīng)在全國各地區(qū)進行了一些實踐并積累了一定經(jīng)驗，但在實際工程設(shè)計中，由于設(shè)計者的經(jīng)驗、工程投資限制等因素，使最后設(shè)計出的路面結(jié)構(gòu)偏于保守而不經(jīng)濟，或為了節(jié)約工程造價而使路面結(jié)構(gòu)不安全，提前產(chǎn)生病害。
本文就泰安水泥混凝土路面的加鋪改造工作的開展進行了歸納總結(jié)，為其他水泥混凝土路面加鋪改造工作提供參考依據(jù)，使加鋪改造工作規(guī)范化進行，減少不必要的工作量。
2. 目前常用的水泥混凝土路面加鋪改造方法
目前國內(nèi)外常用的加鋪改造措施主要有兩種：第一種為加鋪瀝青混凝土面層，即“白+黑”路面；第二種為加鋪水泥混凝土面層，即“白+白”路面。瀝青加鋪層是一種典型的補強方法，這種形式的路面結(jié)構(gòu)能吸收兩種材料的優(yōu)點“剛?cè)嵯酀?rdquo;，大大改善了路面的使用性能。然而由于材料的差異，會導致反射裂縫的出現(xiàn)。因此，采用何種加鋪改造方法需要根據(jù)路面破壞情況進行具體分析，不能照葫蘆畫瓢，更不能生搬硬套。
3. 加鋪改造過程
3.1調(diào)查工作
通過大量的水泥混凝土路面路況調(diào)查，對路面進行全面的檢測，調(diào)查清楚路面病害的類型及成因，然后對其現(xiàn)狀進行分析和評定，掌握路況發(fā)展變化趨勢，為改造設(shè)計提出針對性的處理意見和對策。
?。?）調(diào)查工作
在全面普查的基礎(chǔ)上，選擇有代表性的舊水泥混凝土路面典型路段，對交通荷載組成、氣象數(shù)據(jù)(包括歷史數(shù)據(jù))、原路面結(jié)構(gòu)和材料組成、結(jié)構(gòu)強度、破損狀況以及養(yǎng)護歷史等數(shù)據(jù)進行調(diào)查，同時以FWD測定彎沉反算模量和取芯測定抗壓強度與模量方式，收集路面結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。
?。?）實施碎石化或人工破碎技術(shù)后的調(diào)查工作
調(diào)查目前實施碎石化、人工破碎技術(shù)的舊水泥混凝土路面各路段的力學參數(shù)和施工參數(shù)，包括碎石化后的頂面當量回彈模量、破碎水泥混凝土回填前、后路基的回彈模量等數(shù)據(jù)。
3.2初選舊水泥混凝土路面改造方案
?。?）舊水泥混凝土路面破損較輕，改造后原有路面的交通量等級不變，考慮采用直接加鋪瀝青混合料的改造方案。
?、?高粘瀝青混合料“白+黑”方案。
方案1：舊水泥混凝土路面病害處治+碎石封層+高粘瀝青混合料（AC-16或AC-20）+SMA瀝青混合料或其他瀝青混合料加鋪層。
此方案具有良好的防反射裂縫和抵抗車轍能力，因此以該方案評價高粘瀝青混合料在舊水泥混凝土路面改造中的應(yīng)用效果。
?、?橡膠瀝青混合料“白+黑”方案。
方案8：舊水泥混凝土路面病害處治+碎石封層+橡膠瀝青混合料（AC-25或AC-20）+SMA瀝青混合料或其他瀝青混合料加鋪層
舊水泥混凝土路面病害處治后，其上加鋪橡膠瀝青混合料（AC-25或AC-20），然后加鋪SMA瀝青混合料或其他瀝青混合料。該方案主要考慮橡膠瀝青混合料良好的防反射、抗開裂和抗車轍能力，同時具有良好的經(jīng)濟性。
?、?應(yīng)力吸收瀝青層“白+黑”方案
方案2：舊水泥混凝土路面病害處治+應(yīng)力吸收瀝青層+1~2層瀝青混合料加鋪層
（2）舊水泥混凝土路面破損程度為中等，或承載能力不足，或改造后交通等級明顯提升的，考慮對原有路面進行打裂壓穩(wěn)處理后，再加鋪瀝青混合料面層或水泥混凝土面層的改造方案，若舊水泥混凝土路面等級為二級或二級以下，也可以將舊路打裂壓穩(wěn)的處理措施改為舊路病害處治，再進行加鋪；若舊水泥混凝土路面破損嚴重、無法直接利用，則將舊水泥混凝土路面碎石化處理后，再加鋪瀝青混合料面層或水泥混凝土面層。據(jù)此提出以下幾種改造方案：
?、?設(shè)置貧混凝土補強層的“白+黑”方案
方案3：舊水泥混凝土路面病害處治或打裂壓穩(wěn)或碎石化后，加鋪級配碎石層和貧混凝土補強層，再加鋪2層瀝青混合料，如圖所示。
② 普通水泥混凝土或連續(xù)配筋水泥混凝土“白+白”方案
方案4：舊水泥混凝土路面病害處治或打裂壓穩(wěn)或碎石化后，加鋪3-5cm瀝青混合料層或加鋪水泥處治碎石，其上鋪筑普通水泥混凝土面層或連續(xù)配筋水泥混凝土面層。
?、?高性能水泥混凝土“白+白”方案
方案5：舊水泥混凝土路面病害處治或打裂壓穩(wěn)或碎石化后，加鋪3-5cm瀝青混合料層或加鋪水泥處治碎石，其上鋪筑高性能水泥混凝土面層。
利用摻加高效減水劑和礦物細摻料的高性能水泥混凝土，可實現(xiàn)舊水泥混凝土路面改造的耐久性、工作性和較高的強度要求。
④ 復(fù)合結(jié)構(gòu)“白+黑+白+黑”方案
方案6：舊水泥混凝土路面病害處治或打裂壓穩(wěn)或碎石化后，鋪瀝青混合料層，其上鋪筑普通水泥混凝土，再加鋪瀝青混合料面層
（3）初選改造方案及原材料試驗
結(jié)合舊路的檢測評定，考慮本地區(qū)施工水平以及各方案的適用性和經(jīng)濟性，從充分利用原有路面殘余承載能力、減少廢棄物的角度出發(fā)，在擬增加的備選改造方案中初步篩選出幾種適合本地區(qū)的改造方案。
室內(nèi)試驗主要包括：
?、?瀝青的針入度試驗、粘度試驗及PG性能分級等試驗；
?、?集料的密度、級配和力學性能等試驗；
?、?瀝青混合料車轍試驗、彎曲試驗、凍融循環(huán)劈裂試驗等路用性能試驗，以及路面結(jié)構(gòu)設(shè)計所需的動態(tài)模量主曲線試驗和疲勞性能試驗；
?、?無機結(jié)合料穩(wěn)定類混合料的回彈模量和抗折強度等試驗；
?、?無粘結(jié)材料的回彈模量等試驗；
?、?水泥混凝土的彈性模量、抗折強度、劈裂強度、熱膨脹系數(shù)等試驗。
室外試驗主要包括：
① FWD測定彎沉反算路基模量；
?、?碎石化后的頂面當量回彈模量；
?、?破碎水泥混凝土回填前、后路基的回彈模量測定等工作。
根據(jù)試驗結(jié)果的統(tǒng)計分析，提出本地區(qū)改造方案材料設(shè)計參數(shù)的取值范圍。
3.3利用AASHTO力學經(jīng)驗法進行驗證
目前我國路面設(shè)計方法采用累計當量軸載作用次數(shù)的方法，不能如實反映路面的交通特征和
路面結(jié)構(gòu)的受力狀況。相比之下，AASHTO提出的力學-經(jīng)驗法更具優(yōu)勢：
利用AASHTO力學-經(jīng)驗法及試驗確定的路面結(jié)構(gòu)材料物理、力學參數(shù)，逐一對初選改造方案進行力學性能分析，并進行路面損壞發(fā)展趨勢的分析和預(yù)測。對于“白+黑”路面，預(yù)測溫度開裂、疲勞開裂、車轍和平整度指數(shù)等病害和指標的發(fā)展規(guī)律；對于“白+白”路面，預(yù)測開裂、錯臺和平整度指數(shù)等病害和指標的發(fā)展規(guī)律；通過預(yù)測分析結(jié)果確定各個改造方案路面結(jié)構(gòu)及厚度范圍。
?。?）試驗段鋪筑和傳感器埋設(shè)
選取幾種代表性的改造方案，鋪筑試驗段。以在試驗段結(jié)構(gòu)層內(nèi)埋設(shè)應(yīng)力、應(yīng)變和溫度傳感器等手段，實測路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度、應(yīng)力和應(yīng)變的數(shù)據(jù)，分析氣溫變化條件下路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度場的時空變化規(guī)律，以及路面結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的力學響應(yīng)隨溫度、車速、荷載大小及作用位置、路面結(jié)構(gòu)組合的變化規(guī)律，結(jié)合AASHTO力學-經(jīng)驗設(shè)計方法的性能預(yù)測，并通過試驗段病害發(fā)展規(guī)律調(diào)查以及彎沉、平整度等的跟蹤檢測，評價改造方案的效果，修正設(shè)計指標。
4. 結(jié)論
本文以具體的加鋪改造工程為例，從路面調(diào)查開始，到初擬改造方案，經(jīng)過室內(nèi)試驗及AASHTO計算驗證的手段，確定改造方案，對舊水泥混凝土路面加鋪改造過程進行歸納總結(jié)，為其他水泥混凝土路面加鋪改造工程的開展提供可靠的依據(jù)。
參考文獻：
[1] 姚祖康.水泥混凝土路面設(shè)計[M].合肥：安徽科學技術(shù)出版社，1999
[2] 薛忠軍，張肖寧，王佳妮，詹小麗.舊水泥路面改建、加鋪決策體系初步研究[J].中外公路，2008,28(3)
[3] 劉滎,劉效堯.黃曉明.《水泥混凝土路面改建技術(shù)》[M] 北京：人民交通出版社，2006
[4] 王永安，符冠華，張善，曹榮吉.舊水泥混凝土路面加鋪改造實踐研究[C].第一屆全國公路科技創(chuàng)新高層論壇論文集,2002
