旧水泥混凝土路面加铺层结构设计探析.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD收稿日期:2023-03-14作者简介:王志晟(1992),男,工程师,从事公路桥梁设计工作。旧水泥混凝土路面加铺层结构设计探析王志晟(江西九洲建设设计有限公司,江西 上饶 334000)摘要:为探索技术上可行、经济上合理的旧水泥混凝土路面加铺层结构方案,以某国道病害水泥混凝土路面为例,对微裂破碎压稳后增设水稳碎石基层并加铺沥青面层和直接加铺沥青面层两种加铺层的结构方案展开设计,并结合路面破碎后弯沉值计算结果,对两种结构的设计弯沉及下面层最优厚度进行比较,对基层回弹模量展开反演;最终采用微裂破碎压稳后增设水稳碎石基层并加铺沥青面层的设计方案进行施工,水泥混凝土路
2、面路用性能恢复较好。关键词:水泥混凝土路面;加铺层;结构设计;回弹模量中图分类号:U416.2文献标识码:B0 引言随着社会经济的发展,交通量及车辆载重量增大,对路面结构造成较大破坏,越来越多的旧水泥混凝土路面进入养护维修期。与沥青路面相比,水泥混凝土路面修复过程复杂,难度大,且水泥混凝土路面加铺沥青层还面临反射裂缝问题,引发加铺层或面层开裂的可能性也较大。旧水泥混凝土路面病害处治大致有两种思路:一是在旧水泥面板上加铺级配碎石层或半刚性基层,再加铺沥青面层;二是在处治后的旧水泥面板上直接加铺沥青面层。第一种思路能显著增强病害严重水泥混凝土路面结构层强度,但面临路面与桥隧标高的不同并且桥隧处理难
3、度较大,造价也高;第二种思路不存在路面与桥隧标高的不同,施工简便,造价低,并能充分利用旧水泥路面强度,快速恢复路用性能。结合以上分析,本文依托某水泥混凝土路面工程实例,结合对旧路病害路面弯沉检测及交通量预测结果,从以上两个方面展开面层结构设计,并进行了路面结构力学性能反演,可为同类型公路结构设计提供参考。1 工程概况某国道公路段原按二级公路设计,水泥混凝土路面,双向四车道,为重载交通路段,路面宽12.5 m,路段全长14.6 km。该公路段于2012年建成运行,在持续服役的过程中,交通量及重载车辆持续增多,部分路段先后出现水泥面板破碎、错台、崩边、横纵裂缝等病害。为此,必须采取有效措施及时处治
4、病害,恢复路用性能,提供安全舒适的行车环境。基于对现状公路病害的调查与评定,公路管理部门提出将旧路路面微裂破碎压稳后作为道路基层,其上采用两种路面加铺层结构方案:一是在旧水泥面板上增设碎石化水泥混凝土底基层和水稳碎石基层,设置下封层和透层后,加铺沥青混凝土面层;二是经过重车碾压后对面板下薄弱路基和脱空等处注浆加固,在提升路面结构性能的基础上,直接加铺沥青混凝土面层。2 旧路病害处理全面调查旧水泥混凝土面板使用情况,并对严重病害、结构承载力不足等区域展开深入分析,使用落锤式弯沉仪、探地雷达等无损检测设备对面板脱空、结构层均匀程度、路面承载力等展开检测评价1。依据评价结果,按照公路水泥混凝土路面养
5、护技术规范(JTJ 073.12012)处治旧路病害。2.1 严重破碎、龟裂及沉陷的处理以1块路面板为单位,清除此类病害部位旧水泥混凝土面板,并通过冲击钻或钢钎等装置凿除破碎板,注意保护道路基层和周边面板。浇筑的新水泥混凝土面板强度应不小于原路面板强度,且必须选用早强、后期强度稳定、无收缩的混凝土材料,按比例掺加外加剂以控制凝结时间。2.2 脱空板及错台的处理活动接缝、唧浆、错台等均属于脱空板,应采用板底压浆的方式补强,即按设计方案在面板底部脱空处钻孔,借助高强压力将流体加固材料压入孔内,待95总656期2023年第26期(9月 中)加固材料凝固并具备设计强度后,向面板均匀施力,达到稳固脱空板
6、的目的。处治错台病害时,必须先明确形成错台的原因。对于因基层强度不足而引发的错台,必须先采用与脱空板处治相同的方式处理基层。对于接缝稳固且错台高差小于1.0 cm的情况,可不予处治;对于错台高差大于等于1.0 cm的病害,应将较高侧板块边缘50 cm范围内的面板切削,使其与沉降板边缘高度齐平;对于存在基层脱空的错台板块,应在脱空板下灌注膨胀水泥浆。2.3 接缝处理加铺沥青混凝土面层前,必须采用清缝机对旧水泥路面全部横纵向接缝实施清缝,并使用性能较好的热聚氯乙烯胶泥以及温度稳定性好、黏结性强、回弹性能优异的密封材料机械嵌缝2,确保清缝干净、嵌缝饱满。对嵌缝后的接缝,必须覆盖 1层无纺土工布养生,
7、覆盖宽度应超出缝隙两侧各50 cm。3 加铺层结构设计3.1 交通量调查该病害公路段交通量大、重载车辆多,根据当地交通管理部门提供的车辆统计资料,单向运行的挂车、大货车、大型厢式货车、工程车辆等日交通量达到38004000辆/d。为确保路基结构刚度及路面结构承载力满足日益增长的交通量需求,必须对路段运行车辆轴载进行归类划分,结果见表1。不同结构层的弯沉值不同,测量破碎并注浆加固后的旧水泥混凝土路面的弯沉值,并按照 公路沥青路面设计规范(JTG D502017)的规定展开加固后路面回弹模量推算3。根据推算结果,该病害水泥混凝土路面为二级公路,实测平均弯沉值为 16(0.01 mm),回弹模量计算
8、值为1 025.1 MPa。表1 病害路段双向运行车辆轴载情况车型京华BK661宇通ZK6820HNG2东风SP9250五十铃exr181l红岩CQ30290长征CZ3175SS361解放CA-340前轴重/kN703050.7603247.822.8后轴重/kN9065114.110012090.756.6后轴轮组数双轮组双轮组双轮组双轮组双轮组双轮组双轮组后轴数2133221后轴距/m33333日交通量/(辆/d)4211 320521 0652 9842 9351 9423.2 加铺水稳碎石基层设计结合交通量预测结果及弯沉值,决定对该病害水泥混凝土路面在水稳碎石基层上加铺8cm厚的沥青混
9、凝土面层,上面层为4 cm厚的AC-13细粒式沥青混凝土层,下面层为 4 cm 厚的 AC-16 中粒式沥青混凝土层,层间设黏层,水稳碎石基层顶面设沥青下封层和透层。出于路面结构设计方案合理性与经济性的考虑,在保持上面层厚度4 cm不变的情况下,对3年和5年两种设计使用年限下下面层最优设计厚度进行分析确定。3.2.1 3年设计使用年限结合现场弯沉实测结果,可以预测出旧水泥混凝土路面3年使用年限内设计弯沉为21.7(0.01 mm),不同回弹模量下弯沉值及下面层设计厚度取值情况见表 2。根据表2中的结果可知,随着基层回弹模量的减小,弯沉值呈增大趋势,当回弹模量取269 MPa时,下面层弯沉即达到
10、21.7(0.01 mm)的设计值;当基层回弹模量超出269 MPa时,4 cm厚度的下面层已经无法满足设计弯沉要求;为使下面层满足设计弯沉,将下面层厚度增大至4.6 cm,但工程量和造价也必将增大。回弹模量/MPa弯沉/(0.01 mm)下面层设计厚度/cm1 00010.8480011.7460013.9440017.1430020.4428021.2427521.3427221.4427121.5427021.6426921.7426022.04.6表2 3年设计使用年限对应的弯沉值及下面层设计厚度(方案一)3.2.2 5年设计使用年限根据现场弯沉实测结果,推算出旧水泥混凝土路面大修后5
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