旧水泥混凝土路面维修加铺方案.pdf

1 旧水泥混凝土路面维修加铺方案 当前水泥混凝土路面的加铺采用的措施主要有两种，一是在旧路面上加水泥混凝土，俗称“白+白”；二是在旧路面上加沥青混凝土，俗称“白+黑”，相比于其他方式来说，这种方式行车舒适、养护方便，目前，国内一般都采用这种方式。由于在水泥混凝土路面上加铺沥青层，即修筑水泥混凝土与沥青混凝土（PCC-AC）复合式路面结构，相比于柔性路面，既能够减少沥青用量，同时还弥补刚性路面的缺点。这样刚柔相济，能够在很大程度上提高路面的使用性能，并且充分利用旧水泥混凝土路面的剩余价值，造价相对新建一条同规模的公路要低得多，施工方便，且对交通、环境影响小，在国内外旧水泥混凝土路面改造工程中应用最多。另外，天津高速公路已实施加铺的路段均采用的是“白+黑”型式，国内还没有开始探索“白+白”型式。选择“白+黑”是目前的一种大方向，但是我们可以试着探索一下“白+白”，因为现在世界上没有哪条路能证明“白+黑”比“白+白”有绝对的优势。因此，本路段按在原有水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土方2 案（沥青混凝土罩面）进行设计，为进行比较，也为了充分利用天津的水泥资源，建议做 10 公里以下的“白+白”试验路段。1 路面维修加铺设计要求 天津某高速路段设计行车速度为 120km/h，现有的交通量还没有达到原设计标准，且满足运输要求。根据设计标准，按目前的交通状况和增长率，使用年限到 12.6 年将达到疲劳破坏。而现在使用7 年后，部分路段就出现了较大的破坏情况。这说明改路段路面结构安全储备、耐久性不足，需要对原有公路进行改造以提高公路的服务质量，发挥公路应有的作用。因此，本设计是在原有线形的基础上对路面进行改造以提高路面的路用性能，同时也提高路面的结构性能以期可满足将来不断增长的交通量的要求。在确保安全可靠的前提下，采用较先进、成熟的技术方案，力求创新。综前所述，保持原有道路标准，即计算行车速度为 120 km/h，路基宽度 28 m，设计荷载为公路-级。2 路面维修加铺方案选择 3 水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土的路面结构有一些不利情况：沥青加铺层中出现反射裂缝，在较为糟糕的环境因素影响下，裂缝较快的扩散，加速了罩面层的老化。该加速老化的罩面层进而影响沥青加铺层的使用寿命，如何控制反射裂缝产生的时间和扩展的速度是设计中必须解决的关键问题。国外多一般选择加厚沥青加铺层的方法来降低反射裂缝的数量和延缓反射裂缝的扩散速度，单方面增加厚度的方法存在一些缺陷：一是很大程度上增加了路面的造价；二是沥青混合料容易在夏季高温下蠕变易产生车辙；三是没有充分利用旧水泥混凝土板做基层的强度优势，所以在高等级公路中一般不采用此法。我国自 20 世纪 80 年代以来进行了诸多针对控制反射裂缝产生和发展的力学分析研究，并针对各部分路面结构提出了一些有效措施。例如，通过提高面层、夹层性能，处治好旧板块等多方面来针对旧水泥混凝土路面提出改造方案。目前，对于防治反射裂缝，国内主要有以下几种处理方案1：铺设公路专用聚酯长丝单面烧毛土工布 4 国内外最普遍的防治反射裂缝的措施有铺设玻纤格栅、铺贴土工布和粘贴改性沥青油卷材等。玻纤格栅抗拉强度较高，但不能解决防水问题；土工布通过浸渍沥青形成防渗层来防止反射裂缝，但其抗拉力相对稍低；改性沥青油卷材的抗拉强度大，延伸率高，不仅有良好的弹塑性，还可以防裂又防水。铺设公路专用聚酯长丝单面烧毛土工布（单价 8 元/m2）方案是目前国内最常用的处理措施，施工较方便，但对旧水泥混凝土板处理要求较高。高粘度改性沥青防反射裂缝应力吸收层 在旧水泥混凝土路面与沥青加铺层之间设置厚 23 cm 的高粘度改性沥青防反射裂缝应力吸收层，防止和延缓反射裂缝，以及地表水再度下渗。此项技术于 20012003 年在湖北汉宜高速公路、北京二环路、三环路、武黄高速公路等路面维修工程中应用，效果不错，施工较方便，但工程造价相对较高（单价 35 元/m2）；同样对旧水泥混凝土板处理要求较高。水泥稳定碎石层+铺设土工布 5 为了减缓沥青加铺层中应力集中现象，先铺 1820 cm 水泥稳定碎石层来缓冲剪切变形；在沥青加铺层和水泥稳定碎石层之间顶面铺设聚酯长丝单面烧毛土工布，能够起到降低裂缝扩散速度及防水的功效2。此方案对旧水泥混凝土处理要求要低一些，但由于又多加了一层水泥稳定碎石，工程造价相对高些，施工也较复杂，并且水泥稳定碎石层自身存在开裂的可能。旧路面碎石化 为了防止路面反射裂缝的产生而又不过分加大沥青混凝土加铺层的厚度，对路面损坏严重路段，采用门板式多锤头破碎机将旧水泥混凝土板打裂，间距 6080 cm，振动压路机碾压，使打裂板块与板下基层贴合紧密，保证板块稳定，采用沥青透层处理以防止雨水对板下基层的破坏。该方案最关键的一道工序就是如何有效地打裂好旧水泥混凝土板，同时面临工程造价和施工难度两大难题。从上面几种加铺方案可以看出，方案 1、2 充分利用了旧混凝土板及沥青加铺层的优点，同时施工也较方便，而且路面加铺层较薄，对桥梁改造有利，方案 1 还有一个最大的优势就是便宜。但它们对旧水泥板的处理要求较高，该方案的关健在于如何完善处理板底脱空、不均匀受力、传荷能力差等病害。方案 3 中的反射裂缝影响相对较小，但路面加铺总厚度较大，增加了沿线桥梁改造难度和难以满足大量跨线桥桥下净空要求，且存在水泥稳定碎石层自身产生新裂缝的可能。6 方案 4 在天津某重交通路段，路面加铺改造中大量使用，此段高速公路还未修通，而此路是天津进出河北的必经之路，过多的超载车辆导致路面破损严重，水泥混凝土路面出现了破碎、沉陷、错台、唧泥等严重病害，沥青碎石路面出现了沉陷、搓板、波浪、坑槽等病害。因此，2005 年采用两种方法对该路进行了加铺改造。一种是先打裂并压稳旧混凝土板，用一层 3038 cm 的级配碎石进行铺装，然后再铺 5.5 cm AC-20 下面层和 3.5 cm AC-13 上面层，改造完成通车后部分路段出现裂缝，经调查分析发现都是在膨胀土路基地段开裂，这说明膨胀土路基没有彻底处理好，重车一压裂缝就反射上来。其余路段效果不错，通车一年多只平整度有所下降，其余病害极少。另一种加铺改造方法就是对旧混凝土板进行稳固处理后，加铺一层 10 cm 的 ATB-30，然后再铺 3 或 4 cm 的 AC-13 面层，效果不是很好，实施后旧混凝土板上的横缝很快反射上来。借鉴以上所提道路已加铺路段的设计经验，综合考虑各方案经济上的合理性和技术上的可行性以及桥梁加固和新材料的运用等因素，拟采用加铺防治反射裂缝方案 1、方案 3 和方案 4，并采取将各方案结合在一起进行优化设计，根据不同路段情况分别选用。通过分析对比采用单面烧毛土工布、设置高粘度改性沥青防反射裂缝应力吸收层、加铺水泥稳定碎石+土工布以及将旧水泥混凝土板打裂再碾压等四种方案，发现单独使用任何一种方案都很难达到理想的效果，综合考虑，采用多方案并用并进行优化设计。