舊水泥混凝土路面加鋪改造方案比選

1、I日水泥混凝土路面加鋪改造方 案比 選日水泥混凝土路面加鋪改造方案比選摘要：本文結合滬宜線（胡埭至漕橋）養(yǎng)護改善工程，針對舊水泥混凝 土路面加鋪改造，運用新技術、新材料，對用瀝青加鋪層改造舊水泥混凝 土路面的方法和理論作進一步的研究，力圖找到符合國情、切實可行的改 造措施。關鍵詞：路面 水泥 改造方案目前，我國現(xiàn)有的水泥混凝土路面，有相當一部分已接近或超過設 計年限，有的雖未達到設計年限，但由于交通量劇增，汽車軸載日益重型 化及設計、施工等方面的原因，導致路面損壞、使用品質下降等情況，影 響了道路的使用功能，急需改造、修復路況。與瀝青路面相比，水泥混凝 土路面的修復比較困難，可采用的大修措施有

2、三種：加鋪瀝青混凝土面層、 加鋪新水泥混凝土面層和翻修。由于瀝青加鋪層能有效地改善舊水泥路面 的使用性能，同時充分利用舊水泥路面，造價低，施工方便，且對交通、 環(huán)境影響小，因此在國內外舊水泥路面改造工程中應用最多。然而瀝青加 鋪層中迅速發(fā)展的反射裂縫將影響加鋪層的使用壽命，如何控制反射裂縫 產(chǎn)生的時間和擴展的速度至今仍是一道難題。滬宜線（胡埭至漕橋）始建于解放前，中間經(jīng)過若干次改造，因資 料不詳，無法考證.至1992年時，該路基寬11m，路面為7m寬的瀝青混凝 土，全線共有橋梁16座，涵洞76道；1992年年底改建成18m寬路基，12m寬的水泥混凝土路面，1994年對K6+800K10+200

3、段4cm中粒式瀝青混凝土罩面處理；1996年又對全線的路肩進行了補強，具 體為4cm瀝青混凝土 +1cm瀝青下封層+30cm二灰結石+土基，同時對局部 路段進行了灰土處理，目前該路段全長13.38km，路基寬18m，路面寬17m， 兩邊各0.5m寬擋土墻。加 鋪改造后要求為高等級瀝青路面。1改造原理采用瀝青混凝土面層作為舊路面的加鋪層是一種典型的補強方法，這 種形式的路面結構能吸收兩種材料的優(yōu)點：即舊水泥混凝土提供了穩(wěn)定、 堅實的基層，瀝青混凝土路面提供了一個摩阻系數(shù)較高、平整度好的面層， 大大改善了路面的使用性能。然而普遍存在這樣一個問題：瀝青加鋪層中 出現(xiàn)反射裂縫，反射裂縫本身對罩面層的使

4、用性能影響不大，但環(huán)境因素 的負效應常常使裂縫迅速擴散，從而縮短 罩面層的壽命。為減少反射裂縫的數(shù)量和延緩反射裂縫的發(fā)展速度,60年 代起國外開展了防治瀝青加鋪層反射裂縫的研究。我國自80年代以來也 進行了諸多研究，這些研究主要集中在針對控制反射裂縫產(chǎn)生和發(fā)展的力 學分析上，并提出了一些防范措施，涉及整個路面結構，這些措施大致可 分為改善瀝青罩面層性能、設置中間加筋層和增設補強層三類。2加鋪層厚度計算瀝青混凝土加鋪層設計是設計瀝青加鋪層厚度，而該厚度由行車荷 載和防反射裂縫兩個因素控制。由于水泥混凝土面板本身強度較高，僅做 為路面基層，其上再加鋪瀝青混凝土路面結構，因此，行車荷載控制不是 加鋪

5、層設計的重要因素，而防止反射裂縫的產(chǎn)生是加鋪層設計的關鍵。雖 然我國目前舊水泥路面改造工程日益增多，但我國現(xiàn)行的公路工程瀝 青路面設計規(guī)范并沒有把舊水泥混凝土路面上瀝青混凝土加鋪層設計 這一內容包括在內，而國外對此研究起步較早，目前已形成的ARE設計 法、美國瀝青協(xié)會(AI)法、AASHTO罩面設計方法、美國工程兵團和聯(lián)邦 航空局(FAA)法四種相對成熟的瀝青混凝土罩面設計方法，按各種方法 計算舊水泥混凝土路面上直接加鋪瀝青混凝土的厚度在15cm左右，經(jīng)分 析該路段采用15cm的瀝青混凝土加鋪層。由于該加鋪厚度是在做了一些 假設 ，按理論方法 或是在國內外一些試驗結果的基礎上得出的，難免會與我

6、省的實際情況有 些出入，而且國內外的實驗研究也表明，防止反射裂縫是瀝青混凝土加鋪 能否成功的關鍵問題。因此，在設計方案時也專門考慮了防止反射裂縫的 對策，提供了以下三種方案，而不主張在舊水泥路面上加鋪瀝青混凝土。3加鋪層方案比選3.1設計方案（一）為防止反射裂縫的產(chǎn)生，國外多采用加厚瀝青加鋪層的方法，但單 純依靠增加厚度的方法有其弊端：一方面增加厚度必將增加路面造價；而 且在夏季高溫情況下，瀝青混合料高溫蠕變易產(chǎn)生車轍，也沒有了由于 舊水泥混凝土板做基層所產(chǎn)生強基薄面的優(yōu)勢，故而這一方法對于高等 級公路是不可取的。針對這一情況，國內外道路工程界專家進行了大量的研究，研究結 果表明在舊水泥混凝土

7、路面與瀝青加鋪層之間加鋪一層彈性模量較高的 應力加筋夾層，以吸收或緩沖裂縫尖端的應力集中，對于抑制反射裂縫的 產(chǎn)生和擴散具有一定的效果。公路水泥混凝土路面養(yǎng)護規(guī)范提到防治反射裂縫的措施有鋪設土工格柵，鋪貼土工布和粘貼改 性瀝青油毛氈，故在本方案中建議鋪設玻璃纖維土工格柵（見圖1）。該格柵耐高溫性能好，攤鋪熱瀝青混凝土不會產(chǎn)生變形，但其對施工 要求比較嚴格，鋪設玻璃纖維土工格柵前，首先要對舊水泥混凝土路面進 行整平處理，以避免格柵下方出現(xiàn)脫空，造成瀝青路面損壞，在攤鋪瀝青 層時，嚴禁汽車在土工格柵上掉頭，以防碾壞土工格柵。該設計方案路面結構簡單明了，除了加鋪15cm的瀝青混凝土之夕卜，只另外加設

8、了一層玻璃纖維和改性瀝青油氈。玻璃纖維的價格大約為15元/m2,這樣整個結構的造價比較便宜，施工工藝也不復雜。加鋪 一層玻璃纖維和15cm的瀝青混凝土的確起到防止反射裂縫的作用，但對 舊水泥板的處理要求較高，舊混凝土板塊除了對常規(guī)的結構性病害的處理 之外（各類病害的板塊處理參照（公路養(yǎng)護技術規(guī)范JTJ073-96執(zhí) 行），還要根據(jù)老路加鋪結構層進行改造的特殊性情況，提出相應的指標 要求。圖1方案（一）所示路面結構本次改造中采用的指標是借鑒寧揚（州）一級公路高速化改造過程 中對舊水泥混凝土板的處理方式：對板塊進行逐板測量調查，逐塊把關控制進行修補，以舊水泥混凝土板塊的單點實測彎沉值和板間實測彎

9、沉差控制。對于方案一，板塊單點彎沉控制指標（單位0.01mm）為：（1）單點實測彎沉值Lr 14,不予處理；（2）單點實測彎沉值14 v Lr 40，則按脫空板處理，整板破碎，處理基 層，新澆混凝土板塊。（4）灌漿后兩相鄰板間彎沉差控制在0.06mm以內。該方案加鋪層結構造價為322萬元/公里（不含橋梁及沿線設施工程 造價）。3.2設計方案（二）土工織物或網(wǎng)格防治路基水平位移比剪切位移更有效，當應用于 傳荷能力很差的路面時，對防治反射裂縫就顯得無能為力。二灰碎石這種 大變形的材料可以用來緩沖剪切變形，減緩了瀝青加鋪層中應力集中現(xiàn) 象，玻纖格柵的存在可進一步延長裂縫擴展到瀝青層中的時間，起到了延

10、 緩反射裂縫產(chǎn)生的作用。該路面結構形式，由于又多加了一層二灰碎石，工 程造價就高些，而施工工藝也較復雜，但這防止反射裂縫的效果要比前一 種好，花一定的代價來獲得結構的長期穩(wěn)定可靠。該方案（見圖2）對施工工期較方案（一）短，對舊水泥板的處理比方 案（一）要求低（各類病害的板塊處理參照公路養(yǎng)護技術規(guī)范JTJ073-96 執(zhí)行：圖2方案（二）所示路面結構對于方案（二），板塊單點彎沉控制指標（單位0.01mm）為：（1）單點實測彎沉值Lr 20不予處理；（2）單點實測彎沉值20 v Lr 40,則按脫空板處理，整板破碎，處理基 層，新澆混凝土板塊。該方案加鋪層結構造價為334萬元/公里（不含橋梁及沿線

11、設施工程造價）。3.3設計方案（三）為了防止路基反射裂縫的產(chǎn)生而又不過分加大瀝青混凝土加鋪層的 厚度，方案三建議把舊的混凝土板打碎以減少板長，并碾壓固定，來防 止反射裂縫。載嚴重，|舊水泥混凝土板普遍存在脫空、斷板、錯臺等現(xiàn)象，在參照省內 外相關工程改造實例的基礎上，本方案先采用沖擊錘將舊水泥混凝土板破 碎成20cm 20cm以下的混凝土碎塊，振動壓路機碾壓，使破碎板塊與板 下基層貼合緊密，保證板塊穩(wěn)定，再每板檢查彎沉值，對于彎沉大于120 （0.01mm）的點須進行基層加固處理；為了防止雨水下滲而破壞板下基層， 同時為了維持適當?shù)耐ㄜ嚄l件，在破碎板上 做了 5cm瀝青貫入式路面； 采用二灰碎

12、石半剛性補強層，二灰碎石層的厚度，根據(jù)路面補強方法設計。 本方案最關鍵的一道工序就是如何有效地破碎水泥混凝土板，這樣就提高 了工程造價，增加了施工難度，也對沿線橋梁改造造成了困難（主要是指 橋梁縱斷面標高），該方案（見圖3）對硬路肩的改造要求較方案（一）、方案（二）低。圖3方案（三）所示路面結構對于強度和整體性較好的路面采用破碎舊水泥混凝土板技術，會 破壞基層的整體性，增加其它破壞類型的可能；由于舊水泥板破碎，地下 水由于毛細現(xiàn)象將會沿破碎板縫隙上升，地下水侵入二灰碎石基層的可 能性增大，容易導致二灰碎石基層開裂，加速瀝青加鋪層反射裂縫的產(chǎn)生。 對該方案的選用應結合板塊病害情況，對造價、施工工

13、期、施工組織等 進行綜合比選。該方案對施工工期較方案（一）、方案（二）長，對破碎舊水泥板的處理要求如下：（1）單點實測彎沉值Lr 120的板塊和路段，進行翻修加固基層。該方案加鋪層結構造價為357萬元/公里（不含橋梁及沿線設施 工程造價）。3.4加鋪層推薦方案從上面幾種加鋪方案并結合本路段的路況調查情況我們不難發(fā)現(xiàn)， 方案（一）造價最低，而且路面僅加鋪18cm，對橋梁改造有利，但其對 舊水泥板的處理要求最高，施工工期較長，能否徹底解決板底脫空、不 均勻受力、傳荷能力差等病害是該方案的關健，其防反”的效果和程度是由多種因素控制，對于破板較嚴重的路段應慎重考慮；方 案（三）造價最高，該方案最關鍵的

14、一道工序就是破碎水泥混凝土板， 該方案改造原理明確，將舊水泥板打碎，減少了板長，消除了溫度型反射裂縫的產(chǎn)生，但增加了沿線16座橋梁改造難度，而且容易受到 地下水的侵害；方案（二）造價比方案（一）略高，施工工藝也較復雜， 但該方案同時利用了混凝土老路及瀝青加鋪層的優(yōu)點：經(jīng)修補的混凝土路面提供了穩(wěn)定堅實的基層，采用玻纖格柵加筋層及二灰碎石層 可有效地防止混凝土板塊的溫度、豎向剪切應力的作用，且該方案防止 荷載型反射裂縫的效果要比方案（一）、方案（三）好，施工質量容易 控制，花一定的代價來獲得結構較長穩(wěn)定是值得的，而且這一方案對地下水位較高的滬宜線胡埭至漕橋段來說尤其適用。綜合考慮其經(jīng)濟上的合理性和技術上的可行性，推薦采用加鋪方案（二）。4結束語目前部分水泥混凝土路面正處于維修、