公路瀝青罩面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用分析

　　摘要：隨著交通荷載和齡期的增加，路面破損速度加快，達(dá)到一定程度時(shí)，路面發(fā)生結(jié)構(gòu)性缺陷，一般養(yǎng)護(hù)措施和罩面已不能維持路面的正常使用功能，必須采取結(jié)構(gòu)上的修補(bǔ)措施。采用瀝青加鋪層技術(shù)，不僅是通過(guò)表面罩面恢復(fù)其表面功能，而且在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)實(shí)際交通和環(huán)境的需要。

　　關(guān)鍵詞：公路瀝青罩面；設(shè)計(jì)方案；結(jié)構(gòu)分析；

　　1工程現(xiàn)狀分析

　　1．1工程概況

　　南平市江濱路為城市Ⅱ級(jí)主干道，設(shè)計(jì)行車(chē)速度40km/h，水泥混凝土路面，經(jīng)過(guò)10年的運(yùn)營(yíng)，路面服務(wù)質(zhì)量明顯下降。為保證區(qū)域交通網(wǎng)的正常服務(wù)功能，對(duì)其進(jìn)行大修，在原水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土面層。按公路自然區(qū)劃屬亞熱帶季風(fēng)氣候(IV7)。該區(qū)域年平均氣溫19.3℃1月平均溫度7.6℃，7月平均溫度28.4℃。年降雨量1663.9mm，每年5～9月常受臺(tái)風(fēng)外圍的影響。

　　1．2路面破壞狀況調(diào)查

　　原行車(chē)道路面結(jié)構(gòu)為：

　　面層：22cm厚C30水泥混凝土；

　　基層：25cm厚6％水泥穩(wěn)定粗粒料；

　　底基層：15cm厚4％水泥穩(wěn)定細(xì)粒料。

　　根據(jù)本項(xiàng)目路況調(diào)查報(bào)告，原水泥混凝土路面的破壞形式有：面層斷裂類(lèi)、面層豎向位移、接縫類(lèi)、表面類(lèi)等4大類(lèi)水泥混凝土病害。主車(chē)道以斷裂類(lèi)破壞為主，其中縱向裂縫破壞表現(xiàn)尤為突出，許多路段甚至出現(xiàn)了嚴(yán)重的交叉裂縫，而其它形式的破壞相對(duì)較少，因而整體表現(xiàn)為斷板率嚴(yán)重超標(biāo)。超車(chē)道路況相對(duì)較好，斷板率普遍較低，但破損部分的破壞形式比主車(chē)道多。

　　1．3舊混凝土板應(yīng)力分析

　　通過(guò)對(duì)舊混凝土路面結(jié)構(gòu)鉆芯取樣進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD40-2002)中的規(guī)定，水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車(chē)荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，其表達(dá)式為：

　　γr(σpr+σtr)≤ƒr

　　式中γr，為可靠度系數(shù)；σpr為荷載疲勞應(yīng)力；σtr為溫度疲勞應(yīng)力；ƒr為彎拉強(qiáng)度。對(duì)加鋪瀝青面層前后的舊混凝土板的應(yīng)力進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果如表1、表2所示。計(jì)算結(jié)果表明，舊混凝土路面結(jié)構(gòu)γr(σpr+σtr)=5．60>ƒr，已不能滿足由行車(chē)荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂極限狀態(tài)。根據(jù)規(guī)范要求，二級(jí)公路瀝青加鋪層厚度≥7cm，瀝青罩面層按10cm進(jìn)行設(shè)計(jì)，γr(σpr+σtr)=1．84<ƒr，即可滿足要求。

　　2路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

　　根據(jù)對(duì)路況調(diào)查和舊混凝土板應(yīng)力分析的結(jié)果進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目路面結(jié)構(gòu)方案主要包括：

　　(1)A—1結(jié)構(gòu)

　　A—1結(jié)構(gòu)是以舊路結(jié)構(gòu)層作為下基層的路面方案。具體路面結(jié)構(gòu)為：表面層：4cm厚改性瀝青混凝土抗滑表層AK—13A；下面層：6cm厚中粒式瀝青混凝土AC—20；基層：18cm厚6％水泥穩(wěn)定碎石；底基層：病害處理過(guò)或經(jīng)沖擊壓實(shí)并整合過(guò)的舊水泥混凝土路面。鋪設(shè)瀝青面層之前，須在基層頂面先噴灑透層瀝青，待瀝青下滲后再?lài)姙⒎鈱訛r青，然后灑布3—5mm碎石，經(jīng)壓路機(jī)碾壓成型后再鋪設(shè)瀝青面層。

　　(2)A—2結(jié)構(gòu)

　　A—2結(jié)構(gòu)是拆除主要病害面板后，進(jìn)行基層補(bǔ)強(qiáng)，重新澆注水泥混凝土面板；對(duì)未拆除的面板進(jìn)行灌漿穩(wěn)板養(yǎng)護(hù)處理后，統(tǒng)一罩面的路面方案。具體路面結(jié)構(gòu)為：

　　表面層：4mm厚改性瀝青混凝土抗滑表層AK—13A：

　　下面層：6cm厚中粒式瀝青混凝土AC—20；

　　面板：22cm厚水泥混凝土(銑刨1—2cm)；

　　基層補(bǔ)強(qiáng)層：25cm厚6％水泥穩(wěn)定碎石。

　　在水泥混凝土面板與瀝青罩面層之間鋪設(shè)1層聚脂長(zhǎng)絲瀝青專(zhuān)用土工布，在鋪設(shè)土工布之前灑布粘層瀝青。

　　(3)A—3結(jié)構(gòu)

　　A—3結(jié)構(gòu)和A—2結(jié)構(gòu)類(lèi)似，A—3結(jié)構(gòu)比A—2結(jié)構(gòu)多鋪1層半開(kāi)級(jí)配中粒式瀝青碎石AM—20。具體路面結(jié)構(gòu)為：

　　表面層：4cm厚改性瀝青混凝土抗滑表層AK—13A；

　　中面層：6cm厚中粒式瀝青混凝土AC—20；

　　下面層：8cm厚中粒式瀝青碎石AM—20；

　　面板：22cm厚水泥混凝土；

　　基層補(bǔ)強(qiáng)層：25cm厚6％水泥穩(wěn)定碎石。

　　在水泥混凝土面板與瀝青罩面之間鋪設(shè)1層聚脂長(zhǎng)絲瀝青專(zhuān)用土工布，在鋪設(shè)土工布之前灑布粘層瀝青。

　　3瀝青罩面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比較

　　舊混凝土路面大修工程的重點(diǎn)首先是對(duì)舊路面破損狀況詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，確定路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和對(duì)病害的處理措施，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理與否、病害處理是否徹底直接影響到改建后路面病害的發(fā)生隋況和使用壽命。這也是目前水泥混凝土路面加鋪罩面的難點(diǎn)。根據(jù)本項(xiàng)目瀝青罩面的3種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組合，對(duì)舊路面病害的處理措施主要有：沖擊壓實(shí)及灌漿穩(wěn)板，唧泥、板底脫空處灌漿，坑洞、板邊、板角修補(bǔ)，接裂縫灌縫處理及換板等。由于上述處治措施及相應(yīng)處治工藝的實(shí)施效果將影響到對(duì)舊路面病害的處理質(zhì)量和對(duì)罩面層的影響，因此有必要對(duì)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、病害處理方案及效果、可能存在的問(wèn)題及影響等進(jìn)行了解，判斷不同設(shè)計(jì)方案的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)行相應(yīng)的施工質(zhì)量控制。

　　　　舊混凝土板應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表2

　　　　3．1A—1結(jié)構(gòu)

　　這一結(jié)構(gòu)對(duì)舊路面要求進(jìn)行病害處理或經(jīng)沖擊壓實(shí)并整合即破碎穩(wěn)板處理。處理措施分別為：

　　(1)坑洞類(lèi)

　　對(duì)于個(gè)別坑洞，清除洞內(nèi)雜物，用水泥砂漿填充，達(dá)到平整密實(shí)；對(duì)于較多坑洞且連成一片的，采用薄層修補(bǔ)，并灑水養(yǎng)生。

　　(2)板邊、板角類(lèi)

　　板邊輕度剝落的修補(bǔ)是將表面清理干凈，并以瀝青混合料或接縫材料填充、整平，板邊破損嚴(yán)重時(shí)，做全深度補(bǔ)塊；板角修補(bǔ)按斷裂面的大小切縫，清除鑿除范圍，復(fù)原鋼筋，對(duì)接縫面涂刷瀝青，然后現(xiàn)澆混凝土，切接縫槽并灌入填料。

　　(3)裂縫類(lèi)

　　寬度在3mm以下的非擴(kuò)展性裂縫，用低粘性瀝青或環(huán)氧樹(shù)脂等材料灌注，如為擴(kuò)展性裂縫，則沿裂縫鑿槽，注入灌縫材料；寬度大于3mm的局部裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑攪拌均勻后直接灌注。

　　(4)破碎穩(wěn)板

　　首先用混凝土鑿除機(jī)對(duì)主車(chē)道舊面板按80×100mm進(jìn)行打孔，然后用藍(lán)派沖擊壓路機(jī)對(duì)主車(chē)道的破碎板進(jìn)行沖擊壓實(shí)5～7遍，直至沖擊破碎成不規(guī)則網(wǎng)裂，且碾壓密實(shí)、無(wú)輪跡。在對(duì)混凝土板鑿除之前，為防止超車(chē)道混凝土板破壞，先用切割機(jī)割斷拉桿，然后振碾1遍，清除破碎板上混凝土碎渣，將拌和好的M7．5水泥漿均勻鋪于混凝土板上進(jìn)行灌漿，然后采用l8t振動(dòng)壓路機(jī)滾漿壓實(shí)5～7遍，邊碾壓邊補(bǔ)漿，直到縫隙灌漿飽滿，并有少許溢出，滾漿壓實(shí)穩(wěn)定后內(nèi)部密實(shí)，表面平整光潔為止。最后采用塑料薄膜覆蓋養(yǎng)生3d，養(yǎng)生完成后檢測(cè)彎沉合格，進(jìn)行水穩(wěn)基層施工。A—1結(jié)構(gòu)罩面層符合10cm的厚度要求，水穩(wěn)基層作為主要承重層提高了路面的整體承載能力。舊混凝土破碎面板做底基層，屬次要承重層，如果對(duì)病害的處理徹底，受荷載的影響變形較小，水穩(wěn)基層可阻斷舊板相對(duì)位移的傳遞。但是水穩(wěn)基層由于自身溫縮和干縮產(chǎn)生的裂縫，可迅速傳遞至罩層表面并最終形成反射裂縫，因此對(duì)防止水穩(wěn)基層溫縮和干縮開(kāi)裂的設(shè)計(jì)應(yīng)予以重視，抑制裂縫的產(chǎn)生。此外，透層油的效果對(duì)這一結(jié)構(gòu)的罩面層影響相當(dāng)大，如果只形成一層油皮，將起不到固結(jié)、穩(wěn)定、聯(lián)結(jié)、防水的作用，容易被運(yùn)料車(chē)、攤鋪機(jī)粘起、推掉。根據(jù)上述分析，施工中對(duì)舊路面病害處理不徹底、水穩(wěn)基層及透層油施工不合理將對(duì)這一結(jié)構(gòu)的使用性能造成威脅。例如舊混凝土面板裂縫未予處理、板邊坑洞采用松散水泥混凝土填充形成薄弱面、水穩(wěn)基層開(kāi)裂及透層油灑布量和滲透效果不適宜，都為瀝青罩面早期病害的發(fā)生埋下隱患。

　　3．2A—2結(jié)構(gòu)

　　該結(jié)構(gòu)是在拆除主要病害面板后，進(jìn)行基層補(bǔ)強(qiáng)，重新澆注水泥混凝土面板；對(duì)未拆除的面板進(jìn)行灌漿穩(wěn)板養(yǎng)護(hù)處理后，在水泥混凝土面板與瀝青罩面層之間鋪設(shè)1層聚脂長(zhǎng)絲瀝青專(zhuān)用土工布，并在鋪設(shè)土工布之前灑布粘層瀝青。處理措施為：

　　(1)基層補(bǔ)強(qiáng)

　　局部水泥混凝土面板下基層破壞，采用C15素混凝土回填方式對(duì)基層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；大面積基層破壞路段采用水穩(wěn)基層施工方法進(jìn)行施工；對(duì)小面積基層破壞，不能采取大型壓路機(jī)壓實(shí)時(shí)，可采用小型打夯機(jī)壓實(shí)，確�；鶎訅簩�(shí)度達(dá)到98％。

　　(2)唧泥、板底脫空灌漿

　　施工前，采用貝克曼梁彎沉儀檢測(cè)并判斷存在脫空現(xiàn)象的面板，通過(guò)灌漿、檢測(cè)、循環(huán)灌漿、再檢測(cè)的工藝流程，直至灌漿處理后的面板彎沉值達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這一結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是土工布的質(zhì)量和施工效果。

　　因?yàn)楸M管對(duì)脫空面板灌漿后已基本趨于穩(wěn)定，但受行車(chē)荷載作用后，接裂縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中仍是不可避免的。而對(duì)于這種結(jié)構(gòu)防反的關(guān)鍵措施——鋪設(shè)土工布，必須與面板牢固地結(jié)合在一起，否則由于瀝青面層與面板粘結(jié)不牢，路面結(jié)構(gòu)不能形成連續(xù)的整體，各結(jié)構(gòu)層受力狀態(tài)發(fā)生改變，在行車(chē)荷載作用下，瀝青面層層底受拉應(yīng)力和剪切作用，易產(chǎn)生推移和疲勞開(kāi)裂。而土工布的耐高溫能力、抗拉強(qiáng)度等，是瀝青加鋪層施工之后土工布能否保持完整、起到防反作用的關(guān)鍵。此外，對(duì)于換板路段，由于原有橫向拉桿被拔掉而沒(méi)有新拉桿植入，受行車(chē)荷載作用，主車(chē)道與超車(chē)道不能保持同步豎向變形，易產(chǎn)生豎向剪切應(yīng)力，導(dǎo)致縱向開(kāi)裂。

　　3．3A—3結(jié)構(gòu)

　　A—3結(jié)構(gòu)比A—2結(jié)構(gòu)多加鋪1層半開(kāi)級(jí)配中粒式瀝青碎石AM—20作為調(diào)平層，其防止反射裂縫的效果是比較理想的。值得注意的是，規(guī)范中AM—20設(shè)計(jì)空隙率范圍6％—10％，現(xiàn)場(chǎng)空隙率小于15％，大于8％左右。這恰是水容易滲入且不容易排出的空隙率范圍。由中、上面層滲入的水在這里聚集，達(dá)到一定程度后在行車(chē)荷載作用下產(chǎn)生動(dòng)水壓力，瀝青剝落、松散，進(jìn)而反映到中、上面層，形成開(kāi)裂。而如果設(shè)計(jì)為開(kāi)級(jí)配，空隙率大于20％，水在此層底聚集，并沿橫坡至縱向盲溝排出，既可以阻斷舊板相對(duì)位移的傳遞產(chǎn)生裂縫，又可以迅速排出滲入路面的水，應(yīng)該更趨合理。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　(1)根據(jù)本項(xiàng)目舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)芯樣指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行應(yīng)力分析，結(jié)果顯示舊混凝土路面結(jié)構(gòu)已不能滿足由行車(chē)荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂極限狀態(tài)，而按瀝青加鋪層厚度10cm進(jìn)行設(shè)計(jì)，即可滿足要求。

　　(2)A—1和A—3結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石基層和瀝青碎石下面層可有效阻止舊混凝土面板受行車(chē)荷載作用在接裂縫處發(fā)生相對(duì)位移所產(chǎn)生的集中應(yīng)力，防止反射裂縫的形成。同時(shí)水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足抗開(kāi)裂和耐沖刷的要求，瀝青碎石下面層的空隙率宜大于20％，以利于路面滲入水的及時(shí)排出。

　　(3)A—2結(jié)構(gòu)應(yīng)重視對(duì)脫空混凝土板的灌漿處理和土工布的施工效果。土工布僅對(duì)舊板病害已徹底處理路段的反射裂縫起到一定的延緩作用，當(dāng)舊混凝土壓漿穩(wěn)板不徹底時(shí)，土工布的使用效果有限。

　　(4)瀝青罩面層的施工均勻性和抗?jié)B能力是防止路面發(fā)生早期水損害的關(guān)鍵，尤其對(duì)A—1結(jié)構(gòu)，可提高路面的抗?jié)B能力，有效防止?jié)B入水對(duì)水穩(wěn)基層的沖刷作用，避免路面翻漿和坑槽現(xiàn)象的發(fā)生。