“白改黑”工程反射裂縫防治技術(shù)分析講解

1、“白改黑”工程反射裂縫防治技術(shù)分析講解白改黑工程的難點(diǎn)是什么?怎樣進(jìn)行舊水泥路面檢測(cè)與評(píng)價(jià)？如何處治舊水泥路面？防治反射裂縫的措施有哪些?一、背景二、舊水泥路面檢測(cè)與評(píng)價(jià)三、舊水泥路面處治技術(shù)四、加鋪層厚度設(shè)計(jì)五、防治反射裂縫措施提綱一、背景 1 現(xiàn)狀迄今，我國(guó)水泥混凝土路面里程達(dá)170萬(wàn)公里，高等級(jí)水泥路少，道路等級(jí)較低（三、四級(jí)）水泥路占多數(shù)。在一些地方、路段上，超載、超限運(yùn)輸較為嚴(yán)重。新建和已建水泥混凝土路面：水泥路較好，但噪聲較大、行駛舒適性較差；鋪面損壞嚴(yán)重（開(kāi)裂、沉陷、錯(cuò)臺(tái)、啃邊），使用性能不滿足要求；道路等級(jí)較低，有待提高；通行能力不足，需改擴(kuò)建。超載超限運(yùn)輸橫向開(kāi)裂交叉開(kāi)裂塊裂

2、、破碎錯(cuò)臺(tái)啃邊啃邊板下唧泥脫空2 問(wèn)題“白改黑”工程完成不長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)反射裂縫出現(xiàn)；進(jìn)一步發(fā)展，瀝青面層開(kāi)裂、破碎，使用性能劣化。反射裂縫反射裂縫進(jìn)一步發(fā)展3 解決方案舊水泥混凝土路面處治（置換、打碎、打裂、碎石化）設(shè)置碎石緩解層設(shè)置夾層（軟夾層、金屬網(wǎng)、土工格柵）瀝青面層加筋，增加厚度各種措施單獨(dú)或聯(lián)合使用，防治/延緩反射裂縫。二、舊水泥路面檢測(cè)與評(píng)價(jià) 舊路面彎沉檢測(cè)（板角、板邊、板中、接縫兩側(cè)）舊路面評(píng)價(jià) 接縫傳荷能力評(píng)價(jià) 板下脫空評(píng)定舊路面狀況 斷板率 接縫錯(cuò)臺(tái)量1 檢測(cè)項(xiàng)目彎沉檢測(cè)舊路面板彎沉脫空測(cè)點(diǎn)位置示意圖 貝克曼梁法FWD（落錘儀）法2 舊路面評(píng)價(jià)表 舊水泥混凝土路面接縫傳荷能力分級(jí)

3、標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)優(yōu)良中次差接縫傳荷系數(shù) / %806080406020平均錯(cuò)臺(tái)量 /mm33771212舊水泥混凝土路面狀況評(píng)價(jià)包括斷板率、平均錯(cuò)臺(tái)量直接加鋪：斷板率為優(yōu)良、中等級(jí)時(shí)。碎石化：斷板率為次、差時(shí)。三、舊水泥路面處治技術(shù) 1 處治方法直接加鋪破碎板置換清縫、補(bǔ)封板底注漿錯(cuò)臺(tái)磨平表面清理舊路面碎石化破碎板置換清縫壓泡沫條調(diào)料清縫、補(bǔ)封嵌縫清潔養(yǎng)護(hù)板底注漿注漿材料及技術(shù)要求注漿機(jī)械設(shè)備注漿工藝注漿效果評(píng)價(jià)注漿材料及技術(shù)要求注漿材料：水泥基材料（水泥、粉煤灰、外加劑、水）乳化瀝青水泥基復(fù)合材料（乳化瀝青、水泥、外加劑、水）技術(shù)要求：抗壓強(qiáng)度（3d，5MPa，28d，10MPa）流動(dòng)度注漿工藝鉆孔

4、注漿養(yǎng)生注漿步驟(1) 注漿板的調(diào)查、標(biāo)識(shí)、記錄(2) 注漿孔的布設(shè)與鉆孔(3) 注漿材料漿體的制備(4) 監(jiān)控儀器的架設(shè)(5) 施工人員配備(6) 注漿設(shè)備(7) 注漿及注漿壓力控制(8) 注漿順序和二次注漿(9) 養(yǎng)生(10) 彎沉檢測(cè)注漿流程注漿效果評(píng)價(jià)接縫錯(cuò)臺(tái)磨平錯(cuò)臺(tái)打磨錯(cuò)臺(tái)切補(bǔ)錯(cuò)臺(tái)打磨錯(cuò)臺(tái)切補(bǔ)表面清理雜質(zhì)、碎屑灰塵油污2 直接加鋪通過(guò)破碎板置換、清縫、補(bǔ)封、板底注漿、錯(cuò)臺(tái)磨平和表面清理等措施處治舊水泥混凝土路面板，然后在其上加鋪瀝青面層的改建方法。 優(yōu)點(diǎn)：舊混凝土路面充分利用 缺點(diǎn)：反射裂縫3 舊路面碎石化 打碎壓穩(wěn) 打裂壓穩(wěn) 碎石化 不同碎石化方式適用性 碎石化路面頂面容許彎沉當(dāng)舊

5、水泥混凝土面層損壞狀況嚴(yán)重時(shí)，宜選用打裂壓穩(wěn)方案或碎石化方案處治舊混凝土路面，根據(jù)公路等級(jí)和交通狀況，將處治后的舊路面用做改建路面的基層或底基層。打裂壓穩(wěn)改建方案，打裂后應(yīng)使75%以上的舊混凝土板產(chǎn)生不規(guī)則開(kāi)裂，相鄰裂縫形成的塊狀面積為2；碎石化改建方案，破碎后應(yīng)使75%以上的舊混凝土板破碎成最大尺寸小于400mm的顆粒。 打碎壓穩(wěn)多錘頭破碎機(jī)（Multiple Head Breaker，以下簡(jiǎn)稱MHB機(jī)）屬“打碎壓穩(wěn)”類(lèi)機(jī)械，是輪胎自行式設(shè)備，其后部有2排重錘，錘重454545kg，前后每對(duì)重錘有一套單獨(dú)的液壓提升系統(tǒng)為動(dòng)力，在破碎舊水泥混凝土路面時(shí)，重錘按一定規(guī)律下落，每重錘下落時(shí)可產(chǎn)生1

6、.3811.1 kJ的沖擊能量。 MHB機(jī)共振式破碎機(jī)屬“打碎壓穩(wěn)”類(lèi)機(jī)械，其工作原理是由凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的偏心力在機(jī)械與水泥混凝土路面接觸處產(chǎn)生高頻低幅的振動(dòng)，這種高頻低幅振動(dòng)能量大部分由水泥混凝土板吸收，從而造成水泥混凝土的解體碎裂。美國(guó)Resonant Machins, Inc.公司生產(chǎn)的共振式破碎機(jī)PB4，見(jiàn)下圖。 打裂壓穩(wěn)目前水泥混凝土路面重建中，“打裂壓穩(wěn)”是采用最多的舊水泥混凝土路面處理方式，其代表性機(jī)械為沖擊壓路機(jī)。沖擊壓路機(jī)碎石化路面銑刨機(jī)為礦山機(jī)械，用于露天礦的挖掘，近幾年才用于舊路面的重建之中。我國(guó)擬引進(jìn)的美國(guó)Trencor公司的RoadMiner系列的路面銑刨機(jī)，一次最大銑

7、刨寬度為，最大銑刨深度為，可用大面積的水泥混凝土、瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層的重建，銑刨速度視用戶的集料粒徑要求決定 路面銑刨機(jī)表 不同碎石化方式的適用性排序表 機(jī)械碎石化類(lèi)型碎塊尺寸均勻性影響深度環(huán)境影響價(jià)格簡(jiǎn)易碎石化設(shè)備集料化56563沖擊壓路機(jī)打裂壓穩(wěn)65151鍘式破碎機(jī)打裂壓穩(wěn)44242多錘頭破碎機(jī)打碎壓穩(wěn)33334共振式破碎機(jī)打碎壓穩(wěn)22415路面銑刨機(jī)集料化11-26不同碎石化方式適用性不同碎石化方式適用性排序碎石化路面頂面容許彎沉加鋪層雙層彈性層狀體系模型連續(xù) 光滑 sp時(shí)碎石化舊水泥混凝土路面頂面最大容許彎沉（） 交通量/百萬(wàn)次瀝青面層厚度 /cm10 12 14 16 18 20

8、3647481909910755967758390971054616975818850495662697581100445056626772200414753586369sp時(shí)碎石化舊水泥混凝土路面頂面最大容許彎沉（） 交通量/百萬(wàn)次瀝青面層厚度 /cm10 12 14 16 18 20 370808897107114563728188971051057657280869550525866728085100465359657176200434955606671對(duì)應(yīng)不同交通量水平和瀝青加鋪層厚度，要求碎石化舊水泥混凝土路面頂面彎沉在41107 (0.01mm)，或43114 (0.01mm)之間

9、變化，否則，頂面彎沉超過(guò)107或114 (0.01mm)，碎石化舊路面不能提供所需的剛度。一般碎石化舊路面頂面代表彎沉值在80110（）之間變化，當(dāng)碎石化舊路面頂面彎沉不能滿足直接加鋪瀝青罩層的要求時(shí)，應(yīng)在其上設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)基層后再加罩瀝青面層。四、加鋪層厚度設(shè)計(jì) 1 設(shè)計(jì)方法補(bǔ)足厚度缺額的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)-力學(xué)法設(shè)計(jì)2 補(bǔ)足厚度缺額的設(shè)計(jì)美國(guó)陸軍工程師部隊(duì)（COE）方法依據(jù)強(qiáng)化試驗(yàn)路的觀測(cè)和分析結(jié)果，于20世紀(jì)50年代中期提出了舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層的經(jīng)驗(yàn)厚度hov的設(shè)計(jì)公式，COE在試驗(yàn)期間觀測(cè)到，瀝青加鋪層下的混凝土板在荷載作用下逐漸開(kāi)裂，并繼續(xù)發(fā)展到碎裂成2的小塊，隨后路表彎沉隨荷載作用而急劇增

10、長(zhǎng)，并在地基內(nèi)出現(xiàn)剪切破壞。美國(guó)AASHTO 方法A為混凝土路面和瀝青面層的當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，是混凝土路面板厚度缺額的函數(shù)。 A2.2233+0.00153(hdhef)20.0604(hdhef)。 3 經(jīng)驗(yàn)-力學(xué)法設(shè)計(jì)AASHTO 2002De Bondt 方法Robert L. Lytton方法Molenaar方法我們的方法經(jīng)驗(yàn)-力學(xué)法設(shè)計(jì)I2002年的AASHTO鋪面設(shè)計(jì)指南（2002 AASHTO Pavement Design Guide）中的加鋪層設(shè)計(jì)修改為基于力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法的設(shè)計(jì)方法。 經(jīng)驗(yàn)-力學(xué)法設(shè)計(jì)IIDe Bondt的加筋瀝青加鋪層設(shè)計(jì)是在野外測(cè)量、室內(nèi)測(cè)試、理論發(fā)展和數(shù)學(xué)模擬的

11、基礎(chǔ)上形成的。其設(shè)計(jì)思路為：應(yīng)用有限元方法，采用斷裂力學(xué)理論處理加筋瀝青加鋪層問(wèn)題，設(shè)計(jì)模型考慮裂縫/接縫間斷的存在，能預(yù)測(cè)交通荷載、溫度下降和不均勻的土壤運(yùn)動(dòng)的影響；裂縫在加鋪層中的擴(kuò)展；道路結(jié)構(gòu)的層間滑動(dòng)；加鋪層底加筋的作用。De Bondt等人用截面單元模型模擬舊路面結(jié)構(gòu)的裂縫/接縫行為，裂縫/接縫的界面剪切勁度Dtt必須來(lái)自野外記錄的裂縫的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其值代表特定環(huán)境（速率和溫度）的接裂縫的性能。通過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)WD是目前測(cè)量裂縫相對(duì)（豎向）運(yùn)動(dòng)最合適的工具。De Bondt等人的設(shè)計(jì)方法，能夠評(píng)估各類(lèi)加鋪層的壽命，所需數(shù)據(jù)可以通過(guò)實(shí)地評(píng)估和以材料為主的試驗(yàn)得到。 經(jīng)驗(yàn)-力學(xué)法設(shè)計(jì)I

12、IIRobert L. Lytton于1989年基于對(duì)彈性地基梁模型的斷裂分析，提出了瀝青加鋪層在交通荷載作用下I型和II型裂縫應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算式，以及溫度荷載作用下I型應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算式，建立了加筋材料受力模型，引入加筋對(duì)瀝青加鋪層開(kāi)裂的影響。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合Paris疲勞斷裂公式，提出瀝青加鋪層（含加筋）的厚度設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)用土工織物加筋瀝青加鋪層時(shí)，必須選擇加鋪層厚度d0，織物或格柵承受的最大拉力，條形織物寬度和所用粘層油的數(shù)量。由于這些參數(shù)選擇相互影響，可以通過(guò)迭代過(guò)程進(jìn)行加鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì) 。經(jīng)驗(yàn)-力學(xué)法設(shè)計(jì)IVMolenaar等人于1996年提出一種等效層模型，即將開(kāi)裂層以下部分

13、結(jié)構(gòu)層（含路基）、開(kāi)裂層所含結(jié)構(gòu)層及其加鋪層分別等效為一種材料，確定其當(dāng)量模量，然后按雙層體系（地基、開(kāi)裂層）進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)Paris公式提出加鋪層設(shè)計(jì)方法。等效層的模型可分為兩種情況，如下圖所示。 等效層模型經(jīng)驗(yàn)-力學(xué)法設(shè)計(jì)V我們的方法，極限狀態(tài)方程：荷載作用溫度變化作用 a 溫度收縮（結(jié)合） c 溫度翹曲（結(jié)合） d 溫度翹曲（半結(jié)合）b 溫度收縮（半結(jié)合） c 溫度翹曲（結(jié)合） d 溫度翹曲（半結(jié)合） a 溫度收縮（結(jié)合） b 溫度收縮（半結(jié)合） c 溫度翹曲（結(jié)合） d 溫度翹曲（半結(jié)合） a 溫度翹曲（結(jié)合） b 溫度翹曲（半結(jié)合） 破壞模式五、防治反射裂縫措施 1 工程措施設(shè)置

14、夾層 軟夾層 土工織物 土工格柵 金屬網(wǎng)格設(shè)置碎石緩解層增加瀝青加鋪層厚度提高瀝青混凝土的抗裂性能2 設(shè)置夾層設(shè)置夾層應(yīng)力消散（吸收）夾層（橡膠瀝青、防裂貼和SAMI等）；土工織物（聚丙烯或聚酯織物和聚乙烯、聚丙烯或聚酯無(wú)紡織物）；格柵（聚丙烯或聚酯土工格柵、玻璃格柵和金屬格柵）。軟夾層土工格柵層應(yīng)力吸收軟夾層可降低混凝土板與瀝青加鋪層之間的粘附阻力，使二者易于蠕動(dòng)滑移，從而減少溫度下降引起的反射裂縫；同時(shí)，由于隔開(kāi)了接縫（裂縫）端部，它也可以降低瀝青加鋪層底面的荷載應(yīng)力。無(wú)紡織物夾層主要作用與應(yīng)力吸收軟夾層相似，而織物由于模量稍高，可對(duì)瀝青加鋪層起少量加筋作用。格柵土工格柵的臨界應(yīng)力和應(yīng)變與

15、織物相近。金屬格柵的剛度很大，而剛度大的夾層對(duì)于降低瀝青加鋪層內(nèi)因溫度下降而引起的應(yīng)力和應(yīng)變的作用不如軟夾層，對(duì)于降低荷載產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變的作用則遠(yuǎn)大于軟夾層。采用復(fù)合式夾層（下層為應(yīng)力吸收層，上層為金屬格柵）雖可以像軟夾層那樣減少溫度引起的反射裂縫，但仍保留了軟夾層不能降低加鋪層荷載應(yīng)力的缺點(diǎn)。3 碎石緩解層碎石緩解層碎石緩解層特性（散粒體）如下：容許板伸縮變形容許板翹曲變形接縫不向上擴(kuò)展因此，設(shè)置碎石緩解層可有效防治反射裂縫。4 增加瀝青加鋪層厚度增加瀝青加鋪層厚度減少舊水泥混凝土路面的溫度變化，降低瀝青加鋪層的拉應(yīng)力；增加路面結(jié)構(gòu)的彎曲剛度，降低接縫處的彎沉差，減少瀝青加鋪層的剪切應(yīng)力。延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)于較厚的瀝青加鋪層來(lái)說(shuō)，裂縫由加鋪層底部擴(kuò)展到頂面需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的距離，也即可以延長(zhǎng)其使用壽命。美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)（AI）的研究認(rèn)為增加瀝青加鋪層的厚度可以降低彎沉量，每增厚1cm密級(jí)配瀝青混凝土約降低2%的彎沉量，最高可降低彎沉量達(dá)4%