旧水泥混凝土路面改造设计课件.ppt

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1、旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计结构设计结构设计抗裂设计抗裂设计沥青混合料选择沥青混合料选择 主要内容主要内容旧水泥砼板改造设计流程几点思考旧水泥砼板改造设计概 述设计案例设计案例已有工程介绍已有工程介绍旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE 旧水泥混凝土路面沥青加铺层改造研究旧水泥混凝土路面沥青加铺层改造研究 1999年，江苏省交通厅公路局、江苏省交通科学研究院联合开展了“旧水泥混凝土路面沥青加铺层改造研究”，针对不破碎板处理方式提出了多种路面结构和防止反射裂缝的

2、措施。沥青稳定碎石在旧路改造中的应用研究沥青稳定碎石在旧路改造中的应用研究 20012002 年,宁连公路管理处,江苏省交通科学研究院联合开展了“沥青稳定碎石在旧路改造中的应用研究”，针对沥青稳定碎石优良的抗裂性能提出了加铺层结构。1 概述概述旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计1 概概 述述目前使用的结构目前使用的结构 (沥青砼加铺层沥青砼加铺层)沥青砼路面沥青砼路面+中间夹层中间夹层(土工织物）土工织物）+处理后的水泥板处理后的水泥板沥青砼路面沥青砼路面+中间夹层中间夹层(土工织物、应力吸收层）土工织物、应力吸收层）+处理后的水泥板处理后的水泥板橡胶沥青砼路面橡胶沥青砼路面+中间夹层中

3、间夹层(应力吸收层应力吸收层)+)+处理后的水泥板处理后的水泥板沥青砼路面沥青砼路面+裂缝缓解层裂缝缓解层(沥青稳定碎石）沥青稳定碎石）+处理后的水泥板处理后的水泥板旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计1 概述概述目前使用的结构目前使用的结构 (沥青砼加铺层沥青砼加铺层+半刚性基层半刚性基层)沥青砼路面沥青砼路面+土工织物土工织物+半刚性基层（二灰碎石、水泥稳定碎石）半刚性基层（二灰碎石、水泥稳定碎石）+处理后的水泥板处理后的水泥板沥青砼路面沥青砼路面+半刚性基层（二灰碎石、水泥稳定碎石）半刚性基层（二灰碎石、水泥稳定碎石）+土工织物土工织物 +处理后的水泥板处理后的水泥板沥青砼路面沥青砼

4、路面+半刚性基层（二灰碎石、水泥稳定碎石）半刚性基层（二灰碎石、水泥稳定碎石）+处理后的处理后的水泥板水泥板(板块破碎板块破碎)旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2002）公路沥青路面设计规范平均弯沉值弯沉差经验法经验法实体工程实实体工程实践经验践经验 结构设计方法结构设计方法1.1.设计方法设计方法设计方法设计方法(国内国内国内国内)旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计反射裂缝产生反射裂缝产生反射裂缝产生反射裂缝产生交通荷载交通荷载交通荷载交通荷载温度应力温度应力温度应力温度应力 抗裂设计抗裂设计旧旧水

5、水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计厚加铺层厚加铺层厚加铺层厚加铺层设置夹层设置夹层设置夹层设置夹层裂缝缓解层裂缝缓解层裂缝缓解层裂缝缓解层 抗裂设计抗裂设计锯缝锯缝锯缝锯缝破碎固定破碎固定破碎固定破碎固定目前在水泥稳定碎石基层抗裂设计中得到应用旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计玻纤格栅玻纤格栅 是一种物理化学性能很稳定的材料。它具有强度大、模量高、化学稳定性好、耐腐蚀等特点。研究结果表明，防反效果有好有坏，一般来说其对于垂直和水平位移较大(超载、温缩严重)的情况效果不大，其防反效果可能较短暂（23年）。橡胶沥青应力吸收层（橡胶沥青应力吸收层（SAM

6、ISAMI）是一种预防沥青路面反射裂缝的技术措施。SAMI 是由橡胶沥青和一定级配的碎石材料分层撒布而成的一种柔性防裂层，厚度为1cm 左右。SAMI 具有良好的抗变形性能，可以吸收水泥路面接缝处竖向或横向位移，减少裂缝处沥青面层的受力，从而减少或消除沥青路面反射裂缝（水泥板块横向滑动没有稳定的路段不适用）。STRATASTRATA应力吸收系统应力吸收系统 科氏Strata反射裂缝应力吸收层系统具有高弹性和柔韧性的特殊性质，可以将向上传递的应力（水泥砼板裂缝处产生的集中应力）分散在较大的面积，以防止、延缓路面基层反射裂缝的产生。当沥青加铺层的厚度小于12cm时，沥青面层车辙问题严重.抗裂设计抗

7、裂设计聚脂改性沥青油毡贴缝聚脂改性沥青油毡贴缝 改性沥青油毡广泛应用于建筑防水领域，如各种面层、地下室、水池、水库、厕浴间、桥梁遂道等，但应用于旧水泥砼板上加铺沥青面层改造的工程实践较少。旧水泥路面加铺改造工程中，为了防止雨水下渗到基层中，毁坏基层，采用改性沥青油毡对旧水泥板进行贴缝处理。改性沥青油毡有SBS、APP、APR改性沥青系列。该产品主要采用玻纤毡、聚酯毡做胎基体，其厚度主要有2mm、3mm、4mm、5mm等。贴缝宽度为50cm，起到中间夹层的作用土工织物夹层土工织物夹层 当沥青罩面层由于旧水泥砼板位移产生的拉应力超过沥青罩面层的抗拉强度时，沥青罩面层自然会开裂，由于沥青罩面层开裂，

8、在自然环境因素条件下（雨水、粉尘、砂石等），导致沥青面层剥离，再现坑洞，降低道路的使用品质。在沥青罩面层与旧水泥砼路面之间设置土工布中间夹层，可起到应力吸收层的作用，是防止反射裂缝的一种有效措施。包括聚丙烯、聚乙烯或聚脂织物和聚脂无纺织物。设置夹层设置夹层设置夹层设置夹层旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计 抗裂设计抗裂设计设置夹层设置夹层设置夹层设置夹层旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计沥青稳定碎石（沥青稳定碎石（LSM-25LSM-25）沥青稳定碎石（LSM-25）空隙率在36之间，具有良好的抗水损害、抗车辙性能，而且采用沥青稳定碎石（LS

9、M-25）基层不会像半刚性基层那样产生反射裂缝，从而能显著延长沥青路面使用寿命。2001 年，在宁连宁通公路水泥路面改造工程中应用了沥青碎石基层，至今路面性能良好。大粒径沥青碎石的造价比水稳碎石基层略高。沥青碎石沥青碎石AMAM AM 属于半开级配，级配较粗，粉料少，沥青用量较少，空隙率较大，其高温性能、水稳定性、力学性能均比LSM 混合料差。从无侧限抗压强度及回弹模量来看，AM 的力学性能均要比LSM 的力学性能差。从劈裂试验结果来看，AM 的间接抗拉强度、劈裂劲度模量都要远小于LSM，其抗拉能力要比LSM 混合料差。抗裂设计抗裂设计级配碎石级配碎石 级配碎石（Graded Aggregat

10、e Base）结构层主要承受由上部沥青层传来的车辆荷载的垂向力，并扩散到下面的土基中，起到扩散路面荷载、减小路面的变形、防止和减缓路面病害的出现的作用，可以有效地延长路面的使用寿命。为此，该结构层应均匀，具有高密度、高强度、良好的透水性及良好的抗永久变形性能。半刚性基层半刚性基层 半刚性基层如水泥稳定碎石、二灰碎石，该基层有良好的整体性，但是由于本身的反射裂缝比较多，且抵抗下部反射裂缝的裂缝能力相对较差，但是由于其经济性突出得到广泛的应用，也在旧路改造工程中体现良好的使用性能。抗裂性能比较：水泥稳定碎石优于二灰稳定碎石。裂缝缓解层裂缝缓解层裂缝缓解层裂缝缓解层旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设

11、设计计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计破碎稳压处理破碎稳压处理国外称作CracK Seat，这种工艺将水泥板先破碎成条状板块，再稳固到基层上的施工方法，即断裂固定(break and seat，BS)和破裂固定(crack and seat，CS)方法。施工工艺l一是先采用Guillotine Hammer、Heavy Roller、Pile hammer等设备破碎混凝土板，之后采用压路机碾压稳定，破碎和固定分两步进行；l二是冲击压实（impact roller），即一种非圆形、大功率、连续滚动轮冲击压实，在击碎旧板的同时将其夯实稳固到基层上，如南非蓝派冲击压实。抗裂设计抗裂设计旧旧水

12、水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计破碎稳压处理破碎稳压处理设备与工艺l冲击镐凿碎压稳工艺 lRoadMiner开路王系列破碎工艺l门板式震裂压稳工艺l冲击压稳工艺 抗裂设计抗裂设计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计碎石化处理碎石化处理国外称作Rubblization，美国沥青学会将碎石化定义为“一种将波特兰水泥混凝土路面破碎成为小碎块的加工过程”。混凝土板破碎成38英寸（7.5cm20cm）的小碎块，细颗粒集中在路面上部，粗颗粒集中在路面下部。破碎时要求混凝土沿其剪切面破裂，即成45度角，可获得比垂直破裂更大的模量。同时不能破坏路基的轮廓和路基材料

13、，再用大吨位胶轮压路机碾压至稳定。抗裂设计抗裂设计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计MHBMHB（碎石化）（碎石化）抗裂设计抗裂设计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计混混混混合合合合料料料料选选选选择择择择上面层上面层SMA13SMA13SMA13SMA13SUP13SUP13AC13AC13混合料设计混合料设计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计混混合合料料选选择择中下面层中下面层AC20/AC25AC20/AC25AC20/AC25AC20/AC25SUP20/SUP25SUP20/SUP25混合料设计混合料设计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计混混混混合合合合料料料

14、料选选选选择择择择橡胶沥青砼橡胶沥青砼橡胶沥青砼橡胶沥青砼改性材料改性材料改性材料改性材料混合料设计混合料设计聚脂纤维聚脂纤维聚脂纤维聚脂纤维橡胶沥青是轮胎橡胶粉粒在充分拌合的高温条件下(180以上)与基质沥青充分熔胀反应形成的改性沥青胶结材料。它具有优异的低温性能、较强的高温稳定性、突出的抗老化、抗裂以及降噪性能（据调查，可降低路面行车噪音36个分贝，相当于减少80的行车量）等特性。改性沥青改性沥青旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计、改造设计案例、改造设计案例（1 1）、调查（检测）、调查（检测）、调查（检测）、调查（检测）l旧路面结构类型和厚度

15、调查l旧路面取芯调查l旧路面弯沉检测（板中、板角）l旧路面错台调查（比较困难）l旧路面病害调查l旧路面平整度检测（可选）旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计、设计案例、设计案例（）、调查分析（）、调查分析l路面状况指数PCI：评价为优l断板率DBL：大部分在5%以内，评价为优良l板角弯沉总体判断：14占70%以上l板中弯沉总体判断：普遍较好l平整度评价：评价为良l平均错台量：较小（从平整度可以看出）旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计、设计案例、设计案例（）、抗裂设计（）、抗裂设计（）、抗裂设计（）、抗裂设计不破碎板处理不破碎板处理lPCI评价为优良、DBL低于10%，且维修费用经济性

16、较优时（约40%），采用直接加铺沥青混凝土罩面；破碎板处理破碎板处理l断板率低于10%时，可采取打裂压稳技术直接加铺沥青混凝土罩面;l断板率介于1015%的水泥路面，在打裂压稳之后铺设防反射裂缝材料后加铺沥青混凝土罩面层；l断板率超过15%且有明显结构性破坏的水泥路面（或相邻板的位移(沉降差)大于4mm【美国AI的标准为3mm】就需要将板打碎处理）。重庆交通学院和交通部公路科学研究所，而目前我们企业尚无建立这样的一个设计方案决策标准旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计、设计案例、设计案例（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计、累计当量轴次计算、累计

17、当量轴次计算、累计当量轴次计算、累计当量轴次计算旧路水泥混凝土路面的设计基准期为30年，已建成通车10年。本次路面设计交通量年平均增长率取5%。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.22。剩余设计基准期内设计车道标准轴载累计作用次数为8.71106次。交通分级为重。旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计、设计案例、设计案例（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计、结构厚度设计、结构厚度设计、结构厚度设计、结构厚度设计 美国沥青协会（美国沥青协会（AIAI）弯沉法）弯沉法旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计、设

18、计案例、设计案例lAASHTO罩面设计方法（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计、设计案例、设计案例l水泥混凝土路面设计规范一级公路最小厚度10cm（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计ARE法 11.4cm旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计、设计案例、设计案例lARE法 11.4cml美国沥青协会（AI）法 10cmlAASHTO罩面设计方法 16.37cml美国工程兵团和联邦航空局法（FAAFAA法）法）14.8-17.8cml规范法 10cm10-1cm（）、

19、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计、结构厚度设计、结构厚度设计、结构厚度设计、结构厚度设计旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计、设计案例、设计案例6cm 6cm AC(SUP)204cm SMA134cm SMA138cm 8cm AC(SUP)25方案二方案二方案二方案二方案二方案二8cm 8cm AC(SUP)204cm AR-AC134cm AR-AC13方案三方案三方案三方案三方案三方案三6cm AC(SUP)206cm AC(SUP)206cm 6cm AC(SUP)204cm AC(SUP)134cm AC(SUP)13方案一方案一方案一

20、方案一方案一方案一等效（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计（）、加铺层结构设计、加铺层结构比选、加铺层结构比选、加铺层结构比选、加铺层结构比选旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计 已建工程介绍已建工程介绍项目项目宁通公路宁通公路方案一方案二路路面面结结构构4cm SMA-16(改性沥青)6cm AC-25I2cm 沥青砂4cm SMA-16(改性沥青)6cm AC-25I 沥青下封层15cm二灰碎石使使用用状状况况1998-1999年江苏省宁扬公路高速化;水泥板情况良好的部分路段，采用方案一；比较差路段采用方案二;经过近8年的运营，路面局部路段出现了反射裂缝，局部路

21、面也发生了损害;应该来讲，该种罩面处理方案较为成功，但是建立在极其严格施工的基础上，后续江苏省水泥路面改造均较少采用方案一，主要原因是设计、施工控制水平较难达到。旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计 已建工程介绍已建工程介绍项目项目省道省道101101汤山汤山-句容段句容段沪宜线胡埭沪宜线胡埭-漕桥段漕桥段路路面面结结构构4cm SMA-136cm AC-20I32cm二灰碎石5cm 沥青贯入式5cm SMA-136cm AC-20I玻纤格栅2cm AC-10I 18cm二灰碎石使使用用状状况况使用7年；路面结构完好；无反射裂缝；无修补，无车辙。沪宜线胡埭-漕桥段上面层采用改性沥青；使用5

22、年；路面结构完好；无反射裂缝；无修补，无车辙旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计项目项目宁连公路南京段宁连公路南京段泰高公路拓宽改造工程泰高公路拓宽改造工程路路面面结结构构4cm SMA-13(SBS)8cm AC-25I10cm 沥青稳定碎石（LSM25）玻纤格栅2.5cm AC-10I4cm AR-AC13 1cm AR-SAMI 使使用用状状况况江苏省于2002年进行了宁连公路南京段改造;水泥板加铺路面结构方案与本次推荐方案相似;该公路为江苏南北交通干线公路，交通量大、重载车比例高;经过四年运行，路面结构完好而且无反射裂缝;其成功经验值得推荐橡胶沥青路面为m试验段从目前试验路段运营的

23、情况来看，由于竣工时间较短，铺筑橡胶沥青的路面均未发现反射裂缝，行车的舒适性良好。已建工程介绍已建工程介绍旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计项目项目G312G312沪宁段扩建工程沪宁段扩建工程方案方案方案一方案一方案二方案二路路面面结结构构4cm sup13 或SMA13 (改性沥青)6cm sup20 (改性沥青)6cm sup20或（8cm AC-25I）10cm 沥青稳定碎石（LSM25）4cm sup13 或SMA13 (改性沥青)6cm sup20 (改性沥青)6cm sup20或（8cm AC-25I）沥青下封层15cm水泥稳定碎石（二灰碎石）使使用用状状况况半刚性加铺基层厚

24、度不少于15cm;2005年下半年通车至今；路面结构完好；无反射裂缝；有待于进一步观测。已建工程介绍已建工程介绍旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计项目项目107107国道清远段改造工程国道清远段改造工程常武路路面改造工程常武路路面改造工程路路面面结结构构46cm AR-AC13 1cm AR-SAMI 平均3cmAC-10I(调平层)4cm AR-AC138cm SUP-20（改性沥青）1cm AR-SAMI使使用用状状况况建设时间为2001年；橡胶沥青断级配抗滑表层（AR-AC13）具有降低噪声、抵抗反射裂缝的优势，厚度可较普通沥青面层减薄。橡胶沥青具有良好的抗裂性能，尤其是抵抗温度型反射裂缝效果较佳，抵抗交通荷载型反射裂缝相对较弱,不允许存在竖向位移;建设时间为2006年7月；从目前试验路段运营的情况来看，由于竣工时间较短，铺筑橡胶沥青的路面均未发现反射裂缝，行车的舒适性良好。已建工程介绍已建工程介绍旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计、几点思考、几点思考(1)(1)、水泥板块处理、水泥板块处理 单点弯沉指标单点弯沉指标、检测方法检测方法水泥板压浆工艺的改进水泥板压浆工艺的改进破碎板工艺破碎板工艺()、加铺设计方法、加铺设计方法()、加铺层材料、结构改进、加铺层材料、结构改进(4)、全寿命周期成本、全寿命周期成本旧旧水水泥泥砼砼路路面面改改造造设设计计谢谢 谢谢!