高速公路水泥混凝土路面加铺层设计与应用研究

高速公路水泥混凝土路面加铺层设计与应用研究

孔祥辉 ­

摘要:为了避免常 见病害带来的路面使用性能下降问题和行车安全重大隐患，笔者从力学性能的角度，介绍了高速­公路水泥混凝土路面加铺层设计的关键技术，对比分析了ARE设计方法、AI 设计方法、AASHTO设计方法3种加铺­层设计方法，选取并采用AASHTO设计方法对原有水泥混凝土路面实施了加铺沥青混凝土的改造设计，指出在加铺­沥青层前，应先对旧水泥混凝土路面的表面病害进行处理，还应注意接縫处理以减少和防止原有水泥混凝土路面的反­射裂缝。指出该改造设计的应用效果良好，说明AASHTO设计方法具有良好的推广应用价值。­

关键词:高速公路;水泥混凝土路面;路面病害;加铺层;AASHTO设计方法

引言

水泥混凝土路面主要以水泥混凝土为,其优点­是稳定性好、强度高、耐久性好,但随着使用年限的.­增加,水泥混凝土路面出现不同程度的破坏，在较大­温差和车辆超载等作用下,高速水泥混凝土路面经­出现板底脱空、板角断裂、坑洞、错台等病害,导致混­凝土路面的使用性能和行车安全出现较大的隐患，­为此需要对混凝土路面进改建。目前,主要是通过­挖除重铺、白加白、白加黑这几种方法,其中­“­白加黑”具有建筑垃圾少、周围环境的影响小、易于养护维修等优点,进而得到广泛的应用。­国内外学者高速公路水泥混凝土路面加铺层设­计与应用研究进行了很多研究,“白加黑”的结构设­计方法一般是试验和实际调查未基础,结合当地的­具体条件确定参数,提出经验公式。Windmill等­通过试验和野外观测,建立水泥路面进行沥青加铺­的结构力学预测模型;Gulden通过研究提出不采­取防裂措施的情况下, 加铺层的厚度要大于等于10­cm­;­Majidzadeh, Abdulshafi等提出计算­水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的新模型; 高速公路水泥混凝土路面由于应用较多，在不­同的地区出现的问题各不一样,所以针对不同的路­面问题进行加固处理一直是国内外研究热点,目前­对我国对沥青加铺层设计没有较为规范的方法,本­文针对实际施工中的压浆技术的配合比及施工细节­进行深人分析，确定压浆原材料的最佳配合比,采用­有限元法建立数值模型，研究沥青加铺层厚度对高­速公路水泥混凝土路面加铺层路面的力学行为。

1水泥混凝土路面存在的问题­

与沥青路面相比，对于水泥混凝土­路面，要注意以下几个方面的问题，一方面由于伸缩缝及施工缝刚性较大，行­车舒适性较差;另一方面是在使用一段­时间后，水泥混凝土路面出现的病害修­复难度较大。在平整度相同的基础上，­因为水泥混凝土路面具有较大的刚性，­且路面减振能力差使行车舒适性与沥青­路面相差甚远，另外行驶的车辆还会存­在较大的噪音，施工单位很少开发和研­究低噪音水泥路面。在路基、地基变形或不均匀沉降条件时，水泥路面很容易­出现脱空现象，所产生的附加应力，导致容易出现断裂破坏。

­2加铺层的设计方法

­加铺层的设计主要有ARE设计方法­和Al设计方法、AASHTO设计法，其中­ARE设计方法主要是在温度及车辆荷载的­应力作用下，原水泥混凝土板接缝处会产­生水平及垂直相对移位，进而造成沥青加.­铺层产生极大剪应力和拉应力，以至发生­反射裂缝。设计控制指标是路面板移动导­致的拉应变和接缝处移位导致的剪应变。­此方法应用简单，但对沥青加铺层应力分­布情况难以准确分析，无法确定裂缝及接­缝处应力对罩面层反射裂缝的影响程度。­而Al法为经验性方法，认为破坏沥青层的­原因是超荷载导致接缝处出现竖向弯沉。设计参数应考虑水泥混凝土接缝宽度、板­长及层间处置方法。处置层间过程中可­以设置应力吸收薄膜层、土工织物、排­水下封层及破碎、稳定处理旧水泥混凝土­板。此方法主要是控制弯沉差，尽管能够­对减薄罩面层厚度影响进行充分考虑，但却未能给出其定量关系。为此，可以采用­AASHTO设计法进行加铺层设计。该方法­通过等效结构数来明确沥青加铺层厚度，如计算沥青加铺层厚度、选择防反措施及­处理原水泥混凝土板及可行性分析等。此­经验设计方法主要依据新建水泥混凝土路­面的设计方程，对原路面寿命、使用性能­影响因素等进行了全面分析，并引入可靠­性概念，使设计操作简单，概念明确，应­用相对广泛。­

3设计应用策略

­3.1对旧水泥混凝土路而进行病害处理

­损坏较大路面进行处理的时候，要根­据实际情况，对损坏较深且宽的路面要至­少凿去10cm深度的路面，进行深度清理­后重新浇筑水泥混凝土;而对于损坏较浅­且窄的路面要凿去5cm深度的路面后，采­用沥青混凝土填平后压实的处理方法。­减小邻近板块的位移。对有脱空和位­移的邻近板块，要在旧混凝土板块下面灌­浆固定住旧板块。首先，要使用凿岩机对­这些板块钻孔，其中，脱空板块在脱空部­位钻孔，位移板块在板中加.上四角钻五个­孔，孔径为5cm，孔深以钻头触及基底下­的土层为止，然后从孔中灌入水泥砂浆。­这里要注意必须从板中间的孔进行灌浆,­并且同时观察四角的孔随时进行堵塞处­理，保证板块的稳定性。

­3.2原材料的控制

­对所有要使用的原材料都要进行取样­检测，符合标准合格的物料才可以进行使用，­不可仅仅根据供应商的检测报告确定材料质­量。对沥青、粗细集料和抗剥落剂等要符合­施工设计和要求;对沥青的存放，不同规格­的沥青必须按照品种和强度的不同分门别类­进行存放，对存放区的物料之间要保留一定­的间距。在储运和使用的时候对道路石油沥­青都必须做好防水措施;另外，物料存放场­地要选择硬化场地，且要对物料进行防污染­设置，采取措施并做好排水系统。物料­存放区要制定类别规划图，有防雨棚等配置­来确保物料的干燥。

­3.3反射裂缝控制措施

在旧水泥混凝土路面施工中，预防­和延缓反射裂缝的产生是加铺沥青混凝土­面层设计的关键所在。荷载作用是造成反­射裂缝的主要原因，所以可以通过接缝处­板边弯沉量和弯沉差的降低来预防反射裂­缝，通过加铺层弯拉强度和剪切强度的增­加来延缓反射裂缝。一般工程中通过玻纤­格栅对路面反射裂缝起到预防作用，在措­接格栅时，要确保搭接宽度在15cm以上，­纵向搭接宽度必须大于20cm，同时需要­按照沥青混合料的摊铺方向对纵向搭接进­行适当调整。施工过程中，首先要将粘层­油撒布在路面，然后直接进行玻纤格栅的­摊铺，在完成摊铺后及时用压路机进行碾­压施工。­

3.4沥青混合料拌合的控制

­沥青混合料在拌合前，检查拌合机­械设备及相关配套设施并进行调试，确­保设备的动态仪表是在正常工作状态;­沥青混合料拌合程度，是沥青混合料全­部拌合均匀，且所有矿物材料颗粒都已­裹入沥青混合料中。拌合的时候，要根­据物料标准的配比进行计量拌合，把误­差控制在标准范围以内，已经拌合好的­沥青混合料的存放时间不可以超过24­小时，要随拌随用。­总之，随着大量旧路的年限和路况­的不堪重负，旧水泥混凝土路面加铺沥青面层是路面修复的首选。其技术施工­要严格按照施工要点进行质量控制，确­保施工质量符合验收设计标准要求。­

参考文献:

[1]宋春野.高速公路水泥混凝土路面加铺层设计与应用研究[J].科技创新与生产力,2017(12):116-118.

[2]李琳,罗芳.高速公路水泥混凝土路面加铺层设计与应用研究[J].公路工程,2016,41(03):117-121.

[3]薛成. 武黄高速公路旧水泥混凝土路面上沥青混凝土路面加铺层设计分析[A]. 中国公路学会.第二届全国公路科技创新高层论坛论文集（下卷）[C].中国公路学会:中国公路学会,2004:8.­