旧水泥混凝土路面加铺改造方法研究
2013-12-03
前言
就路面结构而言，水泥混凝土路面约占我国高速公路的路面类型的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。目前我国的水泥混凝土路面有相当一部分正面临着修复、改造工作。
旧水泥混凝土路面的修复、改造工作中，在旧水泥混凝土路面上铺设加铺层，是一项有效的技术措施。尽管我国的水泥混凝土路面加铺改造已经在全国各地区进行了一些实践并积累了一定经验，但在实际工程设计中，由于设计者的经验、工程投资限制等因素，使最后设计出的路面结构偏于保守而不经济，或为了节约工程造价而使路面结构不安全，提前产生病害。
本文就泰安水泥混凝土路面的加铺改造工作的开展进行了归纳总结，为其他水泥混凝土路面加铺改造工作提供参考依据，使加铺改造工作规范化进行，减少不必要的工作量。
2. 目前常用的水泥混凝土路面加铺改造方法
目前国内外常用的加铺改造措施主要有两种：第一种为加铺沥青混凝土面层，即“白+黑”路面；第二种为加铺水泥混凝土面层，即“白+白”路面。沥青加铺层是一种典型的补强方法，这种形式的路面结构能吸收两种材料的优点“刚柔相济”，大大改善了路面的使用性能。然而由于材料的差异，会导致反射裂缝的出现。因此，采用何种加铺改造方法需要根据路面破坏情况进行具体分析，不能照葫芦画瓢，更不能生搬硬套。
3. 加铺改造过程
3.1调查工作
通过大量的水泥混凝土路面路况调查，对路面进行全面的检测，调查清楚路面病害的类型及成因，然后对其现状进行分析和评定，掌握路况发展变化趋势，为改造设计提出针对性的处理意见和对策。
（1）调查工作
在全面普查的基础上，选择有代表性的旧水泥混凝土路面典型路段，对交通荷载组成、气象数据(包括历史数据)、原路面结构和材料组成、结构强度、破损状况以及养护历史等数据进行调查，同时以FWD测定弯沉反算模量和取芯测定抗压强度与模量方式，收集路面结构设计参数。
（2）实施碎石化或人工破碎技术后的调查工作
调查目前实施碎石化、人工破碎技术的旧水泥混凝土路面各路段的力学参数和施工参数，包括碎石化后的顶面当量回弹模量、破碎水泥混凝土回填前、后路基的回弹模量等数据。
3.2初选旧水泥混凝土路面改造方案
（1）旧水泥混凝土路面破损较轻，改造后原有路面的交通量等级不变，考虑采用直接加铺沥青混合料的改造方案。
① 高粘沥青混合料“白+黑”方案。
方案1：旧水泥混凝土路面病害处治+碎石封层+高粘沥青混合料（AC-16或AC-20）+SMA沥青混合料或其他沥青混合料加铺层。
此方案具有良好的防反射裂缝和抵抗车辙能力，因此以该方案评价高粘沥青混合料在旧水泥混凝土路面改造中的应用效果。
② 橡胶沥青混合料“白+黑”方案。
方案8：旧水泥混凝土路面病害处治+碎石封层+橡胶沥青混合料（AC-25或AC-20）+SMA沥青混合料或其他沥青混合料加铺层
旧水泥混凝土路面病害处治后，其上加铺橡胶沥青混合料（AC-25或AC-20），然后加铺SMA沥青混合料或其他沥青混合料。该方案主要考虑橡胶沥青混合料良好的防反射、抗开裂和抗车辙能力，同时具有良好的经济性。
③ 应力吸收沥青层“白+黑”方案
方案2：旧水泥混凝土路面病害处治+应力吸收沥青层+1~2层沥青混合料加铺层
（2）旧水泥混凝土路面破损程度为中等，或承载能力不足，或改造后交通等级明显提升的，考虑对原有路面进行打裂压稳处理后，再加铺沥青混合料面层或水泥混凝土面层的改造方案，若旧水泥混凝土路面等级为二级或二级以下，也可以将旧路打裂压稳的处理措施改为旧路病害处治，再进行加铺；若旧水泥混凝土路面破损严重、无法直接利用，则将旧水泥混凝土路面碎石化处理后，再加铺沥青混合料面层或水泥混凝土面层。据此提出以下几种改造方案：
① 设置贫混凝土补强层的“白+黑”方案
方案3：旧水泥混凝土路面病害处治或打裂压稳或碎石化后，加铺级配碎石层和贫混凝土补强层，再加铺2层沥青混合料，如图所示。
② 普通水泥混凝土或连续配筋水泥混凝土“白+白”方案
方案4：旧水泥混凝土路面病害处治或打裂压稳或碎石化后，加铺3-5cm沥青混合料层或加铺水泥处治碎石，其上铺筑普通水泥混凝土面层或连续配筋水泥混凝土面层。
③ 高性能水泥混凝土“白+白”方案
方案5：旧水泥混凝土路面病害处治或打裂压稳或碎石化后，加铺3-5cm沥青混合料层或加铺水泥处治碎石，其上铺筑高性能水泥混凝土面层。
利用掺加高效减水剂和矿物细掺料的高性能水泥混凝土，可实现旧水泥混凝土路面改造的耐久性、工作性和较高的强度要求。
④ 复合结构“白+黑+白+黑”方案
方案6：旧水泥混凝土路面病害处治或打裂压稳或碎石化后，铺沥青混合料层，其上铺筑普通水泥混凝土，再加铺沥青混合料面层
（3）初选改造方案及原材料试验
结合旧路的检测评定，考虑本地区施工水平以及各方案的适用性和经济性，从充分利用原有路面残余承载能力、减少废弃物的角度出发，在拟增加的备选改造方案中初步筛选出几种适合本地区的改造方案。
室内试验主要包括：
① 沥青的针入度试验、粘度试验及PG性能分级等试验；
② 集料的密度、级配和力学性能等试验；
③ 沥青混合料车辙试验、弯曲试验、冻融循环劈裂试验等路用性能试验，以及路面结构设计所需的动态模量主曲线试验和疲劳性能试验；
④ 无机结合料稳定类混合料的回弹模量和抗折强度等试验；
⑤ 无粘结材料的回弹模量等试验；
⑥ 水泥混凝土的弹性模量、抗折强度、劈裂强度、热膨胀系数等试验。
室外试验主要包括：
① FWD测定弯沉反算路基模量；
② 碎石化后的顶面当量回弹模量；
③ 破碎水泥混凝土回填前、后路基的回弹模量测定等工作。
根据试验结果的统计分析，提出本地区改造方案材料设计参数的取值范围。
3.3利用AASHTO力学经验法进行验证
目前我国路面设计方法采用累计当量轴载作用次数的方法，不能如实反映路面的交通特征和
路面结构的受力状况。相比之下，AASHTO提出的力学-经验法更具优势：
利用AASHTO力学-经验法及试验确定的路面结构材料物理、力学参数，逐一对初选改造方案进行力学性能分析，并进行路面损坏发展趋势的分析和预测。对于“白+黑”路面，预测温度开裂、疲劳开裂、车辙和平整度指数等病害和指标的发展规律；对于“白+白”路面，预测开裂、错台和平整度指数等病害和指标的发展规律；通过预测分析结果确定各个改造方案路面结构及厚度范围。
（2）试验段铺筑和传感器埋设
选取几种代表性的改造方案，铺筑试验段。以在试验段结构层内埋设应力、应变和温度传感器等手段，实测路面结构内部温度、应力和应变的数据，分析气温变化条件下路面结构内部温度场的时空变化规律，以及路面结构在外荷载作用下的力学响应随温度、车速、荷载大小及作用位置、路面结构组合的变化规律，结合AASHTO力学-经验设计方法的性能预测，并通过试验段病害发展规律调查以及弯沉、平整度等的跟踪检测，评价改造方案的效果，修正设计指标。
4. 结论
本文以具体的加铺改造工程为例，从路面调查开始，到初拟改造方案，经过室内试验及AASHTO计算验证的手段，确定改造方案，对旧水泥混凝土路面加铺改造过程进行归纳总结，为其他水泥混凝土路面加铺改造工程的开展提供可靠的依据。
参考文献：
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