公路瀝青罩面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用分析

1、公路瀝青罩面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用分析    摘要：隨著交通荷載和齡期的增加，路面破損速度加快，達(dá)到一定程度時(shí)，路面發(fā)生結(jié)構(gòu)性缺陷，一般養(yǎng)護(hù)措施和罩面已不能維持路面的正常使用功能，必須采取結(jié)構(gòu)上的修補(bǔ)措施。采用瀝青加鋪層技術(shù)，不僅是通過(guò)表面罩面恢復(fù)其表面功能，而且在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)實(shí)際交通和環(huán)境的需要。 關(guān)鍵詞：公路瀝青罩面；設(shè)計(jì)方案；結(jié)構(gòu)分析； 1工程現(xiàn)狀分析 11工程概況 南平市江濱路為城市級(jí)主干道，設(shè)計(jì)行車速度40km/h，水泥混凝土路面，經(jīng)過(guò)10年的運(yùn)營(yíng)，路面服務(wù)質(zhì)量明顯下降。為保證區(qū)域交通網(wǎng)的正常服務(wù)功能，對(duì)其進(jìn)行大修，在原水泥混凝土路面上加鋪瀝青混

2、凝土面層。按公路自然區(qū)劃屬亞熱帶季風(fēng)氣候(IV7)。該區(qū)域年平均氣溫19.31月平均溫度7.6，7月平均溫度28.4。年降雨量1663.9mm，每年59月常受臺(tái)風(fēng)外圍的影響。 12路面破壞狀況調(diào)查 原行車道路面結(jié)構(gòu)為： 面層：22cm厚C30水泥混凝土； 基層：25cm厚6水泥穩(wěn)定粗粒料； 底基層：15cm厚4水泥穩(wěn)定細(xì)粒料。 根據(jù)本項(xiàng)目路況調(diào)查報(bào)告，原水泥混凝土路面的破壞形式有：面層斷裂類、面層豎向位移、接縫類、表面類等4大類水泥混凝土病害。主車道以斷裂類破壞為主，其中縱向裂縫破壞表現(xiàn)尤為突出，許多路段甚至出現(xiàn)了嚴(yán)重的交叉裂縫，而其它形式的破壞相對(duì)較少，因而整體表現(xiàn)為斷板率嚴(yán)重超標(biāo)。超車道路

3、況相對(duì)較好，斷板率普遍較低，但破損部分的破壞形式比主車道多。 13舊混凝土板應(yīng)力分析 通過(guò)對(duì)舊混凝土路面結(jié)構(gòu)鉆芯取樣進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD40-2002)中的規(guī)定，水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，其表達(dá)式為： r(pr+tr)r 式中r，為可靠度系數(shù)；pr為荷載疲勞應(yīng)力；tr為溫度疲勞應(yīng)力；r為彎拉強(qiáng)度。對(duì)加鋪瀝青面層前后的舊混凝土板的應(yīng)力進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果如表1、表2所示。計(jì)算結(jié)果表明，舊混凝土路面結(jié)構(gòu)r(pr+tr)=560>r，已不能滿足由行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂極限狀態(tài)。根據(jù)規(guī)范要求，

4、二級(jí)公路瀝青加鋪層厚度7cm，瀝青罩面層按10cm進(jìn)行設(shè)計(jì)，r(pr+tr)=184<r，即可滿足要求。 2路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 根據(jù)對(duì)路況調(diào)查和舊混凝土板應(yīng)力分析的結(jié)果進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目路面結(jié)構(gòu)方案主要包括： (1)A1結(jié)構(gòu) A1結(jié)構(gòu)是以舊路結(jié)構(gòu)層作為下基層的路面方案。具體路面結(jié)構(gòu)為：表面層：4cm厚改性瀝青混凝土抗滑表層AK13A；下面層：6cm厚中粒式瀝青混凝土AC20；基層：18cm厚6水泥穩(wěn)定碎石；底基層：病害處理過(guò)或經(jīng)沖擊壓實(shí)并整合過(guò)的舊水泥混凝土路面。鋪設(shè)瀝青面層之前，須在基層頂面先噴灑透層瀝青，待瀝青下滲后再噴灑封層瀝青，然后灑布35mm碎石，經(jīng)壓路機(jī)碾壓成型后再鋪

5、設(shè)瀝青面層。 (2)A2結(jié)構(gòu) A2結(jié)構(gòu)是拆除主要病害面板后，進(jìn)行基層補(bǔ)強(qiáng)，重新澆注水泥混凝土面板；對(duì)未拆除的面板進(jìn)行灌漿穩(wěn)板養(yǎng)護(hù)處理后，統(tǒng)一罩面的路面方案。具體路面結(jié)構(gòu)為： 表面層：4mm厚改性瀝青混凝土抗滑表層AK13A： 下面層：6cm厚中粒式瀝青混凝土AC20； 面板：22cm厚水泥混凝土(銑刨12cm)； 基層補(bǔ)強(qiáng)層：25cm厚6水泥穩(wěn)定碎石。 在水泥混凝土面板與瀝青罩面層之間鋪設(shè)1層聚脂長(zhǎng)絲瀝青專用土工布，在鋪設(shè)土工布之前灑布粘層瀝青。 (3)A3結(jié)構(gòu) A3結(jié)構(gòu)和A2結(jié)構(gòu)類似，A3結(jié)構(gòu)比A2結(jié)構(gòu)多鋪1層半開(kāi)級(jí)配中粒式瀝青碎石AM20。具體路面結(jié)構(gòu)為： 表面層：4cm厚改性瀝青混凝土抗

6、滑表層AK13A； 中面層：6cm厚中粒式瀝青混凝土AC20； 下面層：8cm厚中粒式瀝青碎石AM20； 面板：22cm厚水泥混凝土； 基層補(bǔ)強(qiáng)層：25cm厚6水泥穩(wěn)定碎石。 在水泥混凝土面板與瀝青罩面之間鋪設(shè)1層聚脂長(zhǎng)絲瀝青專用土工布，在鋪設(shè)土工布之前灑布粘層瀝青。 3瀝青罩面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比較 舊混凝土路面大修工程的重點(diǎn)首先是對(duì)舊路面破損狀況詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，確定路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和對(duì)病害的處理措施，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理與否、病害處理是否徹底直接影響到改建后路面病害的發(fā)生隋況和使用壽命。這也是目前水泥混凝土路面加鋪罩面的難點(diǎn)。根據(jù)本項(xiàng)目瀝青罩面的3種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組合，對(duì)舊路面病害的處理措施主要有：

7、沖擊壓實(shí)及灌漿穩(wěn)板，唧泥、板底脫空處灌漿，坑洞、板邊、板角修補(bǔ)，接裂縫灌縫處理及換板等。由于上述處治措施及相應(yīng)處治工藝的實(shí)施效果將影響到對(duì)舊路面病害的處理質(zhì)量和對(duì)罩面層的影響，因此有必要對(duì)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、病害處理方案及效果、可能存在的問(wèn)題及影響等進(jìn)行了解，判斷不同設(shè)計(jì)方案的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)行相應(yīng)的施工質(zhì)量控制。 舊混凝土板應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表2 31A1結(jié)構(gòu) 這一結(jié)構(gòu)對(duì)舊路面要求進(jìn)行病害處理或經(jīng)沖擊壓實(shí)并整合即破碎穩(wěn)板處理。處理措施分別為： (1)坑洞類 對(duì)于個(gè)別坑洞，清除洞內(nèi)雜物，用水泥砂漿填充，達(dá)到平整密實(shí)；對(duì)于較多坑洞且連成一片的，采用薄層修補(bǔ)，并灑水養(yǎng)生。 (2)板邊、板角類 板邊輕

8、度剝落的修補(bǔ)是將表面清理干凈，并以瀝青混合料或接縫材料填充、整平，板邊破損嚴(yán)重時(shí)，做全深度補(bǔ)塊；板角修補(bǔ)按斷裂面的大小切縫，清除鑿除范圍，復(fù)原鋼筋，對(duì)接縫面涂刷瀝青，然后現(xiàn)澆混凝土，切接縫槽并灌入填料。 (3)裂縫類 寬度在3mm以下的非擴(kuò)展性裂縫，用低粘性瀝青或環(huán)氧樹(shù)脂等材料灌注，如為擴(kuò)展性裂縫，則沿裂縫鑿槽，注入灌縫材料；寬度大于3mm的局部裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑攪拌均勻后直接灌注。 (4)破碎穩(wěn)板 首先用混凝土鑿除機(jī)對(duì)主車道舊面板按80×100mm進(jìn)行打孔，然后用藍(lán)派沖擊壓路機(jī)對(duì)主車道的破碎板進(jìn)行沖擊壓實(shí)57遍，直至沖擊破碎成不規(guī)則網(wǎng)裂，且碾壓密實(shí)、無(wú)輪跡。在對(duì)混凝土板鑿除之前

9、，為防止超車道混凝土板破壞，先用切割機(jī)割斷拉桿，然后振碾1遍，清除破碎板上混凝土碎渣，將拌和好的M75水泥漿均勻鋪于混凝土板上進(jìn)行灌漿，然后采用l8t振動(dòng)壓路機(jī)滾漿壓實(shí)57遍，邊碾壓邊補(bǔ)漿，直到縫隙灌漿飽滿，并有少許溢出，滾漿壓實(shí)穩(wěn)定后內(nèi)部密實(shí)，表面平整光潔為止。最后采用塑料薄膜覆蓋養(yǎng)生3d，養(yǎng)生完成后檢測(cè)彎沉合格，進(jìn)行水穩(wěn)基層施工。A1結(jié)構(gòu)罩面層符合10cm的厚度要求，水穩(wěn)基層作為主要承重層提高了路面的整體承載能力。舊混凝土破碎面板做底基層，屬次要承重層，如果對(duì)病害的處理徹底，受荷載的影響變形較小，水穩(wěn)基層可阻斷舊板相對(duì)位移的傳遞。但是水穩(wěn)基層由于自身溫縮和干縮產(chǎn)生的裂縫，可迅速傳遞至罩層表

10、面并最終形成反射裂縫，因此對(duì)防止水穩(wěn)基層溫縮和干縮開(kāi)裂的設(shè)計(jì)應(yīng)予以重視，抑制裂縫的產(chǎn)生。此外，透層油的效果對(duì)這一結(jié)構(gòu)的罩面層影響相當(dāng)大，如果只形成一層油皮，將起不到固結(jié)、穩(wěn)定、聯(lián)結(jié)、防水的作用，容易被運(yùn)料車、攤鋪機(jī)粘起、推掉。根據(jù)上述分析，施工中對(duì)舊路面病害處理不徹底、水穩(wěn)基層及透層油施工不合理將對(duì)這一結(jié)構(gòu)的使用性能造成威脅。例如舊混凝土面板裂縫未予處理、板邊坑洞采用松散水泥混凝土填充形成薄弱面、水穩(wěn)基層開(kāi)裂及透層油灑布量和滲透效果不適宜，都為瀝青罩面早期病害的發(fā)生埋下隱患。 32A2結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)是在拆除主要病害面板后，進(jìn)行基層補(bǔ)強(qiáng)，重新澆注水泥混凝土面板；對(duì)未拆除的面板進(jìn)行灌漿穩(wěn)板養(yǎng)護(hù)處理后

11、，在水泥混凝土面板與瀝青罩面層之間鋪設(shè)1層聚脂長(zhǎng)絲瀝青專用土工布，并在鋪設(shè)土工布之前灑布粘層瀝青。處理措施為： (1)基層補(bǔ)強(qiáng) 局部水泥混凝土面板下基層破壞，采用C15素混凝土回填方式對(duì)基層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；大面積基層破壞路段采用水穩(wěn)基層施工方法進(jìn)行施工；對(duì)小面積基層破壞，不能采取大型壓路機(jī)壓實(shí)時(shí)，可采用小型打夯機(jī)壓實(shí)，確保基層壓實(shí)度達(dá)到98。 (2)唧泥、板底脫空灌漿 施工前，采用貝克曼梁彎沉儀檢測(cè)并判斷存在脫空現(xiàn)象的面板，通過(guò)灌漿、檢測(cè)、循環(huán)灌漿、再檢測(cè)的工藝流程，直至灌漿處理后的面板彎沉值達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這一結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是土工布的質(zhì)量和施工效果。 因?yàn)楸M管對(duì)脫空面板灌漿后已基本趨于穩(wěn)定，但受行車荷載

12、作用后，接裂縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中仍是不可避免的。而對(duì)于這種結(jié)構(gòu)防反的關(guān)鍵措施鋪設(shè)土工布，必須與面板牢固地結(jié)合在一起，否則由于瀝青面層與面板粘結(jié)不牢，路面結(jié)構(gòu)不能形成連續(xù)的整體，各結(jié)構(gòu)層受力狀態(tài)發(fā)生改變，在行車荷載作用下，瀝青面層層底受拉應(yīng)力和剪切作用，易產(chǎn)生推移和疲勞開(kāi)裂。而土工布的耐高溫能力、抗拉強(qiáng)度等，是瀝青加鋪層施工之后土工布能否保持完整、起到防反作用的關(guān)鍵。此外，對(duì)于換板路段，由于原有橫向拉桿被拔掉而沒(méi)有新拉桿植入，受行車荷載作用，主車道與超車道不能保持同步豎向變形，易產(chǎn)生豎向剪切應(yīng)力，導(dǎo)致縱向開(kāi)裂。 33A3結(jié)構(gòu) A3結(jié)構(gòu)比A2結(jié)構(gòu)多加鋪1層半開(kāi)級(jí)配中粒式瀝青碎石AM20作為調(diào)平層，其防

13、止反射裂縫的效果是比較理想的。值得注意的是，規(guī)范中AM20設(shè)計(jì)空隙率范圍610，現(xiàn)場(chǎng)空隙率小于15，大于8左右。這恰是水容易滲入且不容易排出的空隙率范圍。由中、上面層滲入的水在這里聚集，達(dá)到一定程度后在行車荷載作用下產(chǎn)生動(dòng)水壓力，瀝青剝落、松散，進(jìn)而反映到中、上面層，形成開(kāi)裂。而如果設(shè)計(jì)為開(kāi)級(jí)配，空隙率大于20，水在此層底聚集，并沿橫坡至縱向盲溝排出，既可以阻斷舊板相對(duì)位移的傳遞產(chǎn)生裂縫，又可以迅速排出滲入路面的水，應(yīng)該更趨合理。 4結(jié)束語(yǔ) (1)根據(jù)本項(xiàng)目舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)芯樣指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行應(yīng)力分析，結(jié)果顯示舊混凝土路面結(jié)構(gòu)已不能滿足由行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂極限狀態(tài)，而按瀝青加鋪層厚度10cm進(jìn)行設(shè)計(jì)，即可滿足要求。 (2)A1和A3結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石基層和瀝青碎石下面層可有效阻止舊混凝土面板受行車荷載作用在接裂縫處發(fā)生相對(duì)位移所產(chǎn)生的集中應(yīng)力，防止反射裂縫的形成。同時(shí)水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足抗開(kāi)裂和耐沖刷的