某二级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青面层结构设计

1、收稿日期 :2004-06-07作者简介 :资建民 (1958- , 男 , 湖南省长沙市人 , 工学硕士 , 副教授 1某二级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青面层结构设计资建民 1, 周红霞 1, 范中林 2, 何富强 2(1. 华中科技大学 , 湖北 武汉 430074;2. 十堰市公路管理处 , 湖北 十堰 442053摘 要 :结合 316国道十堰段旧水泥混凝土路面改造工程 , 较详实地介绍了旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层的结 构设计和施工方法 , 以及玻纤格栅和土工布的应用 , 供同行参考 。 关键词 :旧水泥混凝土路面 ; 加铺沥青面层 ; 玻纤格栅 ; 土工布 ; 反射裂缝文章编号

2、:1009-6477(2005 01-0028-06 中图分类号 :U416. 217 文献标识码 :BStructural De sign of Adding Asphalt Surface Course on Existing Cement Concrete Pavement of Second Cla ss H ighwayZI Jian 2min 1, ZHOU Hong 2xia 1, F AN Zhong 2lin 2, HE Fu 2qiang2 316国道十堰段 (K 1549+850K 1582+120 为 湖北省襄樊市至十堰市的主要道路 , 是十堰市通往 中部地区的重要通道

3、 , 为水泥混凝土路面结构 , 设计 等级为山岭重丘区二级公路 。经过几年的实际运 行 , 多数路段的路面在 2002年大规模损坏 , 影响了 路面的正常使用和行车安全 。 为了保证该路段不再 进一步加剧损坏 , 十堰市公路管理局决定对该路段 进行大修 , 加铺性能良好 、 舒适的沥青面层 。 在详细 调查路面损坏及病害情况的基础上 , 根据路面破损 严重程度及病害形成原因 , 以国家有关规范和规程 为依据 , 经详细的设计计算给出了相应的旧水泥混 凝土路面上加铺沥青面层的初步设计方案 。 1 原水泥混凝土路面状况沥青加铺层设计是在对现有水泥混凝土路面的 结构性能做出正确评定的基础上进行的 。

4、 为此需对 旧水泥混凝土路面的损坏状况和结构状况进行调查 和评价 。316国道十堰段路面状况调查组于 2003年 10月对该路段路面进行了详细的调查 , 调查组除详细 地调查了路面破损状况外 , 还对旧水泥混凝土路面 进行了静态弯沉测试 , 以确定接缝的传荷能力和板 底脱空现象 。总体说来 ,316国道十堰段水泥混凝 土路面的板块断裂严重 , 路面状况较差 。2 旧水泥混凝土路面病害处理为了使加铺层处于良好稳定的工作状态 , 加铺 前应对原有水泥混凝土路面板的损坏进行修复处理 。 按照 公路水泥混凝土路面养护技术规范 中规 定的水泥混凝土路面状况调查与评价方法 , 依据实 测数据和收集的资料

5、, 对旧水泥混凝土路面提出如 下处治措施 。 2. 1 严重断裂 、 龟裂 、 破碎及沉陷板处理损坏严重的旧混凝土路面板 , 如出现严重的破 碎 、 断裂与沉陷 、 脱空等 , 需挖除旧板浇筑新板 。具 体施工方法如下 :(1 清除旧板 破碎原路面时 , 应以一块路面板为最小单位 。 用冲击钻等机械装置或钢纤凿除破碎板 , 凿除时应 注意保护基层及周边混凝土路面 。(2 浇筑新板要求新混凝土板强度不应小于旧混凝土板强 度 , 应选用早期强度高 、 后期强度稳定且收缩性小的 混凝土 , 并按要求掺外加剂以控制凝结时间 , 防止过 早凝结或影响开放交通时间 。 新浇筑的混凝土板用 普通混凝土 ,

6、掺加剂可用早强膨胀剂 。混凝土配合 比组成须经试验确定 。 混凝土板浇筑后要喷洒养护 剂并保证一定的温度和湿度进行养生 , 达到初期强 度可承受车辆荷载时 , 才可开放交通 。重新浇筑的面板为单侧车道时 , 其与另一侧原公路交通技术 2005年 2月 第 1期 T echnology of Highway and Transport Feb. 2005 No. 1有路面板的纵向接缝应设置拉杆 。 2. 2 脱空板处理 2. 2. 1 脱空板的判定施工时现场可结合以下 3种方法判断脱空板 块 :(1 下雨之后出现唧泥的板块 ;(2 单点实测弯沉值大于 42(1/100mm , 或为 负值的板块

7、;(3 当重车通过时 , 人站在板边能听到空洞声 的板块 。 2. 2. 2 脱空板处理唧泥 、 活动接缝和错台均可视为脱空板 , 可以通 过板底压浆进行板底补强 。板底压浆是在面板底部脱空处钻孔 , 通过孔洞 利用高强压力将流质材料压入脱空空隙 , 流质材料 凝固后产生一定的强度 , 对面板产生均匀承托的作 用 , 达到稳固板块的目的 。(1 压浆材料压入板底的材料应满足如下要求 :颗粒粒径小 、 流动性大 , 能顺利压进板底空 隙 ;弱收缩性 , 能充分填充板底空隙 ;有较高的强度以承受车辆荷载的作用 。 本工程采用水泥粉煤灰浆作为压浆材料 , 该材 料在水灰比较低的情况下就可达到较好的流

8、动性 , 且强度较高 , 收缩性小 , 能满足板底压浆的需要 。其 中 , 水泥采用普通硅酸盐水泥 , 粉煤灰由当地电厂提 供 , 其细度为 56%(0. 08mm 方孔筛筛余 , 标准稠度 需水质量比为 126%, 水灰比 (水与固体质量之比 为 0. 7 1. 0, 固相质量比 (水泥与粉煤灰质量比 为 3 7, 粉煤灰的其它化学成分及性能指标如表 1所 示 , 颗粒组成如表 2所示 。(2 压浆设备采用注浆法处理板底脱空时所需的主要设备有 钻孔 、 制浆 、 压浆设备及紧固装置 。(3 工艺流程定位 钻孔 制浆 压浆 压浆孔封堵定位 :根据外观及弯沉检测相结合的方法调查 唧泥脱空板 ,

9、在面板脱空处标画钻孔位置 。钻孔 :使用钻孔取芯机按标定的位置钻孔 , 钻孔 深度与板厚一致 , 孔径与压浆头直径相匹配 。 制浆 :按要求的配合比将材料在灰浆拌和机中 拌和 , 至均匀无灰团方可使用 , 使用中应持续拌和 , 防止沉淀 。压浆 :用灰浆泵将拌和好的灰浆由压浆孔压入 混凝土板底 , 压力控制在 0. 20. 4MPa 左右 , 直至 邻孔或接缝中溢浆或虽无溢浆而板块略有上升为 止 。 压浆过程中溢浆的孔应及时用木塞封堵 , 防止 压力过度散失 。 注浆孔也要在压浆头拔出后及时用 木塞封堵 , 防止灰浆反流 。所有木塞应保持 35 min 后方可拔除 。封堵 :木塞拔除后 , 用

10、灰浆或取出的混凝土芯样 将压浆孔封严 。(4 交通控制压浆完成后的板块应禁止车辆通行 , 待灰浆强 度达到 5MPa 以上时方可开放交通 , 一般需要 3d 。 (5 弯沉检测压浆完成 3d 后 , 采用标准轴载车或贝克曼梁复 测压浆板 4角的回弹弯沉值 , 实测弯沉值超过 0. 3 mm 时 , 应重新钻孔补压。(6 压浆效果检验混凝土板底压浆的目的在于填充板底空隙 , 给 板块提供均匀的承托 , 通过以下几种方法来检验压 浆效果 。直接观察压浆前后重型车辆通过脱空板时 的位移情况 (限于压浆前有明显垂直位移的板块 , 压浆前后对比相当明显 , 板的翘动幅度明显降低 , 垂 直位移大幅度减小

11、 , 减小幅度达 70%以上 。钻孔取芯检查灰浆充填情况 。采用标准轴载车或贝克曼梁逐块检测压浆 板 4角的弯沉值 。表 1 粉煤灰化学成分及性能指标 单位 :%烧 失 量 w (S iO 2 w (Al 2O 3 w (Fe 2O 3 w (CaO w (MgO w (S O 3 w (K 2O w (Na 2O 6. 5150. 3128. 308. 743. 980. 890. 130. 930. 21表 2 粉煤灰颗粒组成表粒 径 (mm >2. 02. 01. 01. 00. 50. 50. 250. 250. 1<0. 1含 量 (% 8. 13. 98. 712. 3

12、20. 346. 7 922005年 第 1期 资建民 , 等 :某二级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青面层结构设计 板底压浆处理后 , 水泥混凝土路面板的弯沉值 可明显减少 , 稳定性增强 。压浆工艺施工要求严格 , 施工周期长 。有条件 时 , 也可以采用换填和换板处理 。 2. 3 土基 、 基层处理当水泥混凝土路面板的破坏是由于路基或基层 的原因引起时 (例如 :角隅断裂 、 接缝碎裂和沉陷 等 , 则首先应处理路基与基层 。 路基可采用换填低 标号混凝土或换填水稳定性好的土 、 碎 (砂 砾石等 方法来处理 。路基处理完毕后应立即用水泥稳定砂砾铺筑新 基层 , 基层混合料宜集中拌和 ,

13、水泥剂量控制在 5%以内 , 拌和要均匀 , 含水量可略大于最佳含水量 。要 求分层压实 , 每层厚度不超过 15cm 。拐角部分要 用人工夯或其它夯实机具专门处理 。如果施工条件不好 , 基层处理也可以采用 C15水泥浇筑 。 2. 4 错台的处理由基层过软引起的错台 , 应首先处理基层 , 以防 止进一步不均匀沉陷 。 处理方法与板底脱空处理基 本相同 。接缝稳固且错台小于 1cm , 可不予处理 ; 对于 高差大于 1cm 的错台应将较高一侧的板块边缘 50 cm 范围内 , 按斜度削平至与下沉板边缘齐平 。 如错台处板块下存在基层脱空现象 , 可采用在 脱空板下灌注膨胀水泥浆的方法处理

14、 。如果接缝不稳固 , 则按弯沉控制 , 进行处理 。 2. 5 原路面一般接缝处理沥青加铺层施工前 , 原有路面的纵横向接缝及 路面裂缝应全部进行清缝 、 灌缝处理 。应采用清缝 机清缝并选用性能良好的密封材料机械嵌缝 。清缝 要干净 、 无杂物 , 灌缝要饱满 。 灌缝材料可用聚氯乙 烯胶泥类等粘结性强 、 回弹性与温度稳定性好的材 料 , 不得使用热沥青 。经清缝 、 灌缝处理后的全部接缝和裂缝 , 均应覆 盖一层无纺土工布 , 覆盖宽度为缝两侧各 50cm 。 土工布覆盖之前 , 混凝土板表面应清扫干净 。接缝剥落严重处应采用沥青砂等材料进行修 补 。3 排水要求施工中应注意排水方面的

15、问题 。局部渍水路段 , 应结合现有排水系统 , 适当进行 排水系统的改造 , 加快路表水的排放速度 ; 各沥青面 层之间应分别洒布粘层油 , 以提高界面粘结能力和减 少雨水渗入到路面结构内部 ; 改善路面结构内部的排 水、 防水条件 , 分别设置防水层和边缘排水设施。4 结构设计旧水泥混凝土路面上加铺沥青层 , 其厚度主要 由行车荷载和反射裂缝两方面因素控制 。 对病害进 行处理后的水泥混凝土路面本身具有较高的强度 , 将其作为底基层强度可完全满足要求 。 因此如何防 止反射裂缝的产生是加铺层成败的关键 。 根据原有 路面的调查情况 , 通过反复的研究和技术经济比较 , 结合当地碎石和砂砾较

16、丰富的材料情况 , 采用如图 1所示的路面结构 。上面层 :2.5cm 的细粒式沥青碎石混合料 AM -13; 下面层 :5cm 的中粒式沥青碎石混合料 AM -25; 下封层 :0.5cm 的乳化沥青稀浆封层 ; 基层 :15 cm 水泥稳定砂砾 (重量比 5 95 。 其中 , 水泥稳定砂 砾基层可起到过渡层和吸收层的作用 , 同时可调整 旧混凝土路面的平整度 , 起到调平层的作用 , 另外 , 在基层上铺设玻璃纤维土工格栅 , 可有效地防止反 射裂缝向面层扩散 ; 基层和面层之间设置乳化沥青 稀浆封层作为下封层 , 可满足沥青路面的防水要求 。 旧水泥混凝土路面的破损 、 病害及接缝要进

17、行 全面处理 , 并验收合格后 , 方可进行沥青加铺层施 工 。 在水泥稳定砂砾基层施工前 , 旧水泥混凝土路 面板上应先布洒 0. 81. 0mm 厚粘层沥青 , 混凝土 板接缝及裂缝处铺设土工布 。在沥青面层 、 水泥稳 定砂砾基层之间还应浇洒透层沥青 。2. 5cm AM -135cm AM -250. 5cm 乳化沥青稀浆封层玻璃纤维土工格栅15cm 水泥稳定砂砾 (5 95处理后的旧水泥混凝土路面 (布洒 0. 81. 0mm 厚粘层沥青 图 1 沥青面层加铺结构5 施工及材料要求 5. 1 防裂层施工质量控制 5. 1. 1 玻璃纤维土工格栅为了减少或延缓反射裂缝的产生 , 延长沥

18、青碎 石混合料面层的使用寿命 , 结构设计中采用了玻璃 纤维土工格栅 。 玻璃纤维土工格栅除满足一般的技03 公 路 交 通 技 术 2005年术要求外 , 还应具有优良的耐腐蚀性能 , 具体要求见 表 3。表 3 玻璃纤维土工格栅的材料技术指标指 标 内 容 指 标 要 求 测试温度 ( 抗 拉 强 度 (K N/m 50最大负荷延伸率 (% 3漏 空 率 (% >70单位面积重量 (g/m 2 300刚 孔 尺 寸 (mm ×mm 25×25延 伸 度 (% 420±2玻纤网铺设在基层上 , 玻纤网横向应搭接 15 cm , 并根据摊铺方向 , 将后一端

19、压在前一端之下 ; 纵 向应搭接 10cm , 横向采用固定器固定 。纵向搭接 处采用固定器固定 , 固定间距为 1m 。沥青面层施 工时应严格控制非运送混合料的车辆出入 , 在格栅 层上禁止转向 、 急刹车和直接倾卸混合料 , 防止玻纤 格栅损伤 。铺筑玻纤网时应先将一端用固定器固定 , 然后 用机 械 或 人 力 拉 紧 , 张 拉 伸 长 率 宜 为 1. 0% 1. 5%, 并用固定器固定另一端 。 固定器包括固定钉 和固定铁皮 , 固定钉可用水泥钉 、 射钉或膨胀螺钉 , 钉长 810cm , 膨胀螺钉直径为 6mm ; 固定铁皮 可用 1×3cm 的铁皮条 。 5. 1.

20、 2 土工布混凝土板的接缝及裂缝处均应贴土工布 , 采用涤 纶长丝单面烧毛土工布 , 土工布应具有优良的耐腐蚀 性。 沥青渗透能力强。 其材料技术指标见表 4。 铺筑土工布应先将现混凝土板清除干净 , 并将 接缝清 、 灌缝至饱满 , 然后洒布粘层油 , 用量约为 0. 4L/m 2, 再铺设土工布 , 土工布烧毛的一面向上 , 其上再洒布粘层油 , 用量约为 0. 4L/m 2。贴缝宽度 每边 50cm , 纵缝与横缝处不得重叠 , 土工布要求粘 贴平整 、 稳固 。沥青面层施工方法与普通路面面层施工方法一 致 。 但应严格控制运送混合料的车辆的出入 , 在土 工布上禁止转向 、 刹车和直接

21、倾卸混合料 。表 4 烧毛土工布的材料技术指标断 裂 延 ( 断裂强度 C BR 顶破(熔点 厚度4570>8>1. 4>200<1. 5为确保土工布与板块粘结牢固 , 必须保证土工 布粘结 4h 后方可铺筑沥青面层 。 5. 2 水泥稳定砂砾基层施工质量控制 5. 2. 1 材料要求水泥稳定砂砾基层的重量配合比为 :水泥 砂砾 =5 95, 砂砾应选择质坚干净的粒料 , 其级配组成见 表 5。 5. 2. 2 混合料拌和与碾压拌和时应先干拌均匀 , 后洒水湿拌至混合料色 泽一致为止 。 要求 7d 无侧限饱水抗压强度 1. 5 MPa , 并在最佳含水量时于水泥终凝之

22、前碾压成型 , 按先轻型后重型的原则在最佳含水量下碾压至 97%的压实度 (重型击实 。 5. 2. 3 养生基层压实后必须保湿养生 。 养生期结束后应立 即喷洒透层沥青和下封层 , 并在 510d 内铺筑沥 青碎石面层 , 当不能立即加铺沥青面层且有施工车 辆通行时 , 应在透层沥青上增撒 (23 m 3/1000m 2的粗砂或石屑 。 5. 3 粘层施工质量控制为了保证加铺层与旧水泥混凝土板之间的结合 力 , 旧水泥混凝土路面要求布洒粘层油 。粘层沥青 (粘层油 采用 S BR 乳化改性沥青 。其技术指标见 表 6。洒布粘层沥青之前 , 现有水泥混凝土路面板接 缝内的尘土及杂物应清除干净

23、, 用聚氯乙烯胶泥填 缝 。 清 、 灌缝后用水冲洗 , 待表面干燥后 (或用空压 机吹干净 , 采用沥青洒布车布洒粘层沥青 。 沥青洒 布车应符合 公路沥青路面施工技术规范 5. 3. 1条 的要求 , 洒布时要求保持稳定的速度和喷洒量 , 喷洒 均匀 , 边角处采用人工均匀涂刷 。 在有污染物 、 下雨 和有露水的情况下不允许布洒粘层沥青 。 施工时温 度应高于露点温度 3 。浇洒粘层沥青后 , 严禁除 沥青混合料运输车外的其他车辆 、 行人通过 。 5. 4 沥青面层施工及质量控制 表 6 SBR 乳化改性沥青技术指标指 标 要 求 试验方法 1. 18mm 筛上剩余量 (% 0. 3贮

24、存稳定性 (%5d 51d 1粘 度 C 325(s 16蒸发残留物含量 (% 55残留物性质针入度 (25 ,0. 1mm 40100延度 (15cm ,5 ,cm >50>10软化点 ( >50J T J 02 93 132005年 第 1期 资建民 , 等 :某二级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青面层结构设计 表 5 水泥稳定砂砾的级配组成筛 孔 直 径 (mm 40199. 54. 752. 360. 60. 075通过质量百分率 (% 10055100408030601550635020 5. 4. 1 材料要求(1 沥青采用重交通道路石油沥青 AH 70, 其质量应满

25、 足 公路沥青路面施工技术规范 附录 C 表 C. 1的要 求 。(2 集料粗集料粗集料必须使用坚韧 、 粗糙 、 有棱角的优质石 料 , 必须严格限制集料中的扁平颗粒含量 , 所使用碎 石应采用捶击式或锥式碎石机破碎 , 不得使用颚板 式轧石机破碎 。 粗集料的质量技术要求见表 7。 细集料细集料在整个集料中只占很小的比例 , 但为了 提高混合料的高温稳定性 , 要求细集料具有良好的 棱角性和嵌挤性能 。建议采用机制砂 , 或者机制砂 和天 然 砂 混 合 使 用 , 其 中 天 然 砂 的 含 量 不 大 于 10%。 细集料的质量技术要求见表 8。表 7 沥青面层用粗集料质量技术要求指

26、标 技术要求石 料 压 碎 值 (% 30洛杉矶磨耗损失 (% 40视 密 度 (t/m 3吸 水 率 (% 3. 0对沥青的粘附性等级 3细长扁平颗粒含量 (% 20水洗法 <0. 075mm 颗粒含量 (% 1表 8 沥青面层用细集料质量技术要求指 标 技术要求视密度 (t/m 3 2. 45砂当量 (% 50棱角性 (% 45 注 :上面层沥青混合料的集料最大粒径不宜超过层厚的 1/2, 下面层的集料最大粒径不宜超过层厚的 2/3。 填料为保证沥青混合料有足够的温度稳定性 、 耐久 性和良好的级配 , 混和料中还应掺配适量的高质量 的石粉和石屑填料 , 石粉用量一般为混和料总重的

27、2%4%, 具体用量应根据马歇尔稳定度试验确定 , 但不得少于 2%, 石屑剂量根据材料筛分结果计算 确定 。 5. 4. 2 沥青混合料 沥青碎石混合料的配合比设计应遵循 公路沥 青路面施工技术规范 (J T J 032 94 中关于热拌沥 青混合料配合比设计的要求 , 根据实践经验和马歇 尔试验的结果 , 经试拌试铺论证确定 。 5. 4. 3 混合料的生产 、 运输和碾压沥青混合料必须在沥青拌和厂采用机械拌制 , 经拌和的沥青混合料应均匀一致 , 无花白料 , 无结团 成块或严重的粗细料分离现象 , 不符合要求时不得 使用 , 并应及时调整 。气温低于 5时 , 不宜摊铺沥青混合料 。

28、机械摊铺的混合料除特殊情况外 , 一律不得用 人工反复修整 , 以保证路面平整度达到规范要求 。 沥青混合料当以马歇尔试验密度为标准密度 , 压实 度要求达到 97%。为保证路面的平整度 , 应缓慢 、 均匀 、 连续不间 断地摊铺 , 摊铺机的速度应控制在 34m/min 左 右 , 同时要求摊铺机前要有 3台以上的运料车等候 。 5. 4. 4 接缝要求沥青混合料在施工缝及构筑物两端的连接处必 须仔细操作保证紧密平顺 。 纵向接缝在摊铺时应采 用热接缝 , 不能采用热接缝时 , 必须洒粘层油使之粘 结良好 。相邻 2幅及上下层的横向接缝均应错位 1m 以 上 。 中下层的横向接缝可采用斜接

29、缝 , 上面层应采 用垂直的平接缝 。铺筑接缝时 , 可在已压实部分上 面铺设一些热混合料使之预热软化 , 以加强新旧混 合料的粘结 。 但在开始碾压前应将预热的混合料铲 除 。斜接缝的搭接长度宜为 0. 40. 8m , 搭接处应 清扫干净并洒粘层油 。平接缝应做到紧密粘结 , 充 分压实 , 连接平顺 。6 总结本文结合 316国道旧水泥混凝土路面改造工 程 , 在各种基础资料调查的基础上 , 根据旧水泥混凝 土路面上沥青混合料加铺层结构设计的原则 , 依据 国内外实体工程的实施经验与理论分析结果 , 提出 316国道上旧水泥混凝土路面上沥青混合料加铺层 (下转第 83页 23 公 路 交

30、 通 技 术 2005年2005 年 1 期 : 碳纤维加固桥梁技术 第 黄 颖 3 种工况加固改造前后试验值比较 表 2 工况 类别 测点编号 1 83 改造前 试验值 29 31. 5 15. 5 16. 5 9 1. 88 1. 89 1. 39 0. 87 0. 46 18 41 21 32 8 0. 705 1. 23 1. 51 0. 83 0. 625 改造后 试验值 25 27 21 11 4 1. 59 1. 70 1. 32 0. 79 0. 30 11 19 24 23 12 0. 60 1. 125 1. 02 0. 275 0. 12 应变 ( 2 3 4 5 1 2

31、 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 从加固改造前后理论分析和实测数据的对比可 以看出 , 加固改造后 , 结构受力更加合理 , 安全储备 更高 ,这表明加固改造设计合理 ,施工质量取得满意 效果 , 且节省了投资 , 缩短了施工周期 , 获得较大的 经济效益 。 6 结语 工况 1 ( 偏载 挠度 ( mm 碳纤维是一种高科技材料 , 它最早应用于航空 及航天工业 , 现已逐步在土木工程中推广应用 。日 本、 美国等发达国家于 20 世纪 80 年代开始试验研 究碳纤维材料用于混凝土结构补强加固的技术 , 目 前已经大量使用 。我国对碳纤维材料的研究虽然起 步较晚 ,但进展很快 。由于碳纤维具有良好的力学 性能 , 高强高效 、 材质薄 、 重量轻 、 施工简便 、