城市旧水泥混凝土路面加铺沥青面层裂缝病害探究.pdf

2 0 1 3 年 4 月第 4 期 城 市道桥 与防洪 道路交通6 9 城市旧水泥混凝土路面加铺沥青面层裂缝病害探究 曾宪龙 ， 孙德 强 ( 中建 三局 基础 设施 事业 部 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘 要： 旧水泥混凝土路面加铺沥青面层越来越多地出现在城市道路中， 加铺路面病害也 日益显著。城市道路 由于其不同的行 车特点以及施工周期， 路面的破坏特点、 机理与一般的高速公路有一定不同。如何正确掌握裂缝产生原因并制定有效防范措施 ， 是沥青加铺技术控制的重难点。结合武汉市珞狮南路改造旧路加铺施工实践 ， 对上述问题进行简明阐述和总结。 关键词： 旧水泥混凝土路面 ； 加铺沥青； 反射裂缝；城市道路 中图分类号 ： U 4 1 6 2 1 7 文献标 识码 ： B 文章编号 ： 1 o o 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 0 4 一 o 0 6 9 0 3 1 背景说明 以技术控制， 取得了良好效果。 近年来 ，城市 旧混凝 土路面加铺沥青 面层越 来越多，特别在水泥混凝土路面较多的武汉城区 内尤为普遍。但经过 5 7 a 左右的使用期后， 路面 病 害以裂缝类尤 为突出 ，严 重影 响城市形象 以及 交通行车质量。在加铺沥青路面病害分析方面， 国 内对高速公路做得 比较多，而城市道路由于其路 况复杂 ， 基层多样 ， 交通渠化 ， 行 车速度 、 方 向以及 行车载重都具有不确定性等因素，其病害因素与 高速公路有一定的区别。本文结合武汉市珞狮南 路改造 旧路加铺施工 实践 ，对 沥青面层裂缝产生 原 因及有效 防范的施工 技术控 制进 行简 明阐述和 总结 。 2项 目概 况 武汉市珞狮南路改造工程全长 2 9 2 5 m， 其中 文 秀街至 高架桥起 点 7 6 5 m范 围为主线地 面段 。 经前期调查 和路 面检测评定 ，此段 大部分为现状 水泥混凝土路面， 且路面等级 良好 ， 因此设计采用 4 e mA C 一 1 3 C细 粒 式 改性 沥 青 混 凝 土( 加 纤 维 0 2 2 5 ) + 5 e m A C 一 1 6 C中粒式改性 沥青混凝 土 + 7 e m A C 一 2 5 C粗粒式沥青混凝土 +抗裂防水粘结 膜 +现状 水泥混凝 土 旧路面 ，即保持水泥混凝土 板路面不变直接加铺沥青混凝土路面。 通过 对原 路面进 行详 细 的实地调 查分 析 ， 对 于破坏严重 的板块进行挖 除后重新铺筑 ， 对裂缝 、 接缝 、 脱空、 错台等病害参考 城市道路养护技术 规范 ( C J J 3 6 2 0 0 6 ) 处 理 ， 但直接加 铺沥青混 凝土 路面 ， 对 旧混凝土面板处理不易完全消除隐患 。该 工程施工前期，对裂缝产生的原因进行了详细分 析， 制定了相应预控处理方案， 并在施工过程中加 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 2 1 8 作者简介： 曾宪龙( 1 9 7 6 一 ) ， 男 ， 湖北荆门人 ， 一级建造师 ， 从 事市政路桥建设管理工作 。 3 裂 缝成 因分析 3 1 反射裂缝 的产生 通过施工前期 的调查显示 ，文秀街至文治街 的整个路段内，旧混凝土路面基本都存在混凝土 板缝或缺陷 ， 但强度和水 稳定性均达标 ， 不会对裂 缝的形成和扩展产生不利影响。结合武汉市道路 裂缝类病害学术界研究经验分析 ，反射裂缝 的产 生大多 由于 旧水泥混凝土面层在接缝或裂缝 附近 产生位移，从而引起接缝或裂缝上方沥青加铺层 内出现应力集 中所造成的 ，而交通荷载及温度荷 载是 引起加铺层 出现这一变化 的主要因素 。 温度应力引起反射裂缝的产生， 并“ 参与” 了 其最初的扩展；荷载应力加速了裂缝的进一步扩 展。反射裂缝 的产生阶段主要是 由于交通荷载 、 温 度应力反复作用导致沥青混凝土在裂缝和接缝处 疲劳开裂 ， 是一个疲劳破坏过程。如果基层裂缝反 射到面层 ， 并 穿过面层 出现在路 面上 时 ， 雨水 和其 他各种污染物就可能进入路面体，从面层裂缝穿 过基层渗入到底基层 ，使基层和底基层渗水材料 强度降低， 从而引起路面结构严重破坏。 3 2 断裂力学分析 断裂力学认 为 ， 裂 缝有 3种扩展模式 ： 张开型 ( I 型 ) 、 滑开型 ( 型 ) 、 撕开型 ( 1 l I 型 ) 。其 中温度 应 力或板 翘 曲对 反射裂缝 的影 响模 式为 张开型 ； 行车荷载对反射裂缝的影响模式主要为滑开型 ； 撕 开型 的反射裂缝在加铺路 面中较少见 。 断裂力学 中引入应力强度 因子来衡 量裂纹尖 端 附近的应力场强度 。表达如下( I 型 ) ： K = ( 1 ) 式( 1 ) 中： 盯远场拉力强度， M P a ； 一 初始裂缝长度 ， m m。 不难看 出 ， 裂缝 的初始 长度越大 ， 裂缝周 围的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 道路交通 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 3 年 4 月第 4 期 应力场强度越大 。而且依据 P a r i s 提 出的观点 ， 应 力强度 因子幅度 AK1控制着 裂纹的扩展速率 ， 即 疲劳裂纹扩展速率是由裂纹尖端弹性应力强度因 子的变化幅度所控制的。可以证 明， 旧路面初始损 伤的治理以及裂缝的修复对于延长加铺路面疲劳 寿命是非常重要的。 当构件的尺值达到临界值 时 ， 构件失稳断 裂 。 表征了材料阻止裂纹扩展 的能力 ， 是材料抵 抗断裂的一个韧性指标 ， 称为断裂韧性 。引用文献 【 6 研究成果 ， 断裂韧性 与板厚 B之 间的关系式 如下 ： ( 2 ) 式( 2 ) 中： 。广一 材料平面应力状态下的断裂韧性， N mm 、 ( 3 2 ) ； r 0 外力作用下无限簿板裂纹尖端 塑性区域尺寸 ， m m； B 试件厚度 ， mm； 材料泊松 比。 由此可知 ，断裂韧性随着 的增大而断裂韧 性迅速减小 ， 直到满足平面应变条件为止。图 1 是 断裂韧性与试件厚度 的定性关系 。 B 图 1 断裂韧性 与试件 厚度 B的关 系I I 型裂纹 ) 从以上分析可知 ，增加沥青面层 的厚度可能 对增强面层的抗 裂能力 意义不大 ，只能延缓剪切 型反射裂缝反射的速度 ，但并不能有效地延缓纯 弯拉型反射裂缝反射的速度， 也不经济。 4 施工控制及裂缝防控措施 针对裂缝产生的原因，在旧水泥混凝土路面 加铺沥青过程中，应做好相关不利因素的防控措 施 ， 并在施工过程中加以控制， 大体可分为以下 5 个方面。 4 1 破损板块处理 施工前针对板块破损程度进行探查，若大面 积出现破碎、 断裂 、 沉陷和脱空板等情况 ， 需用破 碎锤进行破除。在破除时一定不要破坏基础 ， 破碎 板形状控制为长方形 ， 保持与路中心线平行垂直， 边缘 比破碎板宽 出 3 0 e m， 锯缝深 度大于面板厚度 的 2 3 。对破除部分进行混凝土补强浇注处理时 ， 选择早期强度高、 后期强度稳定、 收缩性小的混凝 土， 并适当掺外加剂以控制凝结时间， 浇筑后应喷 洒养护剂 ， 保证温 、 湿度进行养生 。 4 2 土基、 基层处治 若混凝土板破坏是 由于路基 、 基层原 因引起 ， 则首先应处理路基与基层。路基采用换填低标混 凝土方法处理 ，路基处理完毕后立即用水泥稳定 碎石铺筑新基层， 水稳材料采用集中机械拌合 ， 水 泥剂量控制在 6 以内， 碎石要求连续级配， 分层 碾压 ， 保证压实度。若施工条件不好 ， 基层处理也 可 以 C 1 5水泥混凝 土代替。 4 3 板块接缝处理 板块维修好后 ， 要对板块之间纵、 横缝进行清 缝处 理 ，选 用性能 良好 的密封 材料机械嵌 缝 、 充 填 ， 以防雨水及杂物下渗 。经过考察 比选 ， 嵌缝 材 料可选用聚氯乙烯胶泥等粘结性强、回弹性与温 度稳定性好的材料 ， 切勿选择热沥青。对于接缝 剥 落严重的地方用沥青砂等材料进行修补。 4 4 抗 裂防水粘结膜施工 为有效防止雨水从裂缝浸人路面造成水损 害 ， 加强面层与基层层间连接 ， 在纵 、 横缝处铺设 抗裂防水粘结膜 ， 其性能指标如表 1 所列。 表 1 抗 裂防水粘 结膜性 能指标 项 目 指标 耐热度 ， 撕破强度 ， N 不透水性 低温柔性( 一 5 ) 抗拉强度 ( k N m ) 9 O l o o 02 MPa ， 3 0 rai n 无开裂 6 -8 但抗裂防水粘结膜在施工过程中要依照使用 说明，严加控制工序。施工前保证路表面清洁干 燥 ， 无杂草、 油污、 碎石等杂物 ， 对表面有麻面、 严 重松动 、 裂缝 、 大块 突起或 凹陷等病 害的路段 ， 必 须进行 相应的处理 ， 确保足够 的平整度 ， 铺装完成 后， 要用胶轮压路机根据气温情况进行 2 3遍碾 压 。 除此外， 施工过程要配备足够人员 ， 注重细节 把控， 不能正确使用防水粘结膜反而适得其反 ， 如 图 2所示。 4 5 浇洒粘层油 、 铺设面层 为保证沥青加铺层与旧水泥混凝土板的良好 粘接 ， 应对旧路面进行彻底清洗和吹扫， 然后在温 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年4 月第4 期 城 市道桥与防洪 道路交通7 1 图 2 施工 中 因粘 结膜操作 不 当出现返工 度 1 0 c【 = 以上 ， 路面不潮湿条件下 ， 再在清扫干净的 水泥混凝土路面上浇洒粘层沥青。粘层沥青采用 快裂 P C 一 3 、 P A 一 3型乳化沥青或石油沥青 ，乳化沥 青用沥青洒布机按 0 3 0 5 L m 2 用量均匀 浇洒 ， 石 油沥青采用 中凝或慢凝液体石油沥青按 0 2 0 4 L mz 用量浇洒粘层油 。在喷洒交接处时需精心 控制， 使之不超过批准的沥青用量， 并使沥青喷洒 均匀 ， 喷洒超量或漏洒 、 少洒的地方予 以纠正 。 经试 验规定的时间养生后， 进行沥青混凝土面层施工。 5 结语 减少反射裂缝产生是旧路改造加铺工作的一 项重要 内容 ， 受城市道路 路况复杂 、 交通 封闭时 间 紧张等因素影响， 此项工作变得较为复杂。根据珞 狮南 路改造工程实践 ，对路面加铺工程应 采取综 合处理措施来 满足路 面的使用 功效 。主要 总结为 以下几条经验 ： ( 1 ) 加铺路 面首先应采用多种方法和手段对既 有 水 泥混 凝 土路 面现 状及 板块 破 损原 因进 行 分 析 ， 制定 出适合 的工程处理方案。 ( 2 ) 对于反射裂缝的防治， 应采用综合处理措 施 ， 不能仅仅只是增加沥青加铺层 的厚度 。 ( 3 ) 加铺施工前 ， 需对 旧路面板块 、 基层 、 土基 和接缝等环节整体考虑治理 ，确保基层稳定性和 强度 。 ( 4 ) 严加控制工序 ， 注重细节把控 ， 正确使用 抗裂防水粘结膜对板块接缝 的处理 。此外 ， 从管理 人员到作业班组要树立全过程控制 、主动控制理 念 ， 科学合理地进行施工作业 。 参考 文献 【 1 C J J 3 6 2 0 0 6， 城镇 道路养护 技术规范 【 s 2 沙庆林 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防【 M 】 北京： 人民 交通 出版 社 ， 2 0 0 1 3 】 廖卫东 基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构 研究【 A 】 中国公路学会第三届全国公路科技创新高层论坛 湖北优秀论文集 e 1 北京： 人民交通出版社 ， 2 0 0 6 4 】 仇为波 旧水泥混凝土路面加铺沥青面层防裂机理分析【 D 】 重 庆 ： 重庆 交通大 学 ， 2 0 0 8 5 15 王艳 水泥稳定 碎石 基层 沥青路 面开裂 机理及 抗裂设 计方法 研 究 D】 南 京 ： 东南 大学 ， 2 o 0 8 【 6 赵宝荣 试样厚度 对断裂 韧性 的影 响 J 】 试验技 术与试 验机 ， 1 9 8 8 ( 6 1 ： 3 5 ( 上接 第 5 8页) 表 2 设施带 宽度 项 目 宽度 ， m 行人护栏 灯柱 行道树 0 2 5 - 0 5 1 O 1 5 1 - 2 1 5 注： 同时设 置护栏 与灯柱 时 ， 宜采 用表 中高限值 。 4 结论 中央分 隔带建议最小值见表 3 。 必须 明确 的是 ， 在 中央分隔带设绿化 、 设施带 时， 各 自留够适合的宽度， 才能使道路各部分功能 合理。若绿化、 设施带不分开， 则中央分隔带的总 表 3 中央分 隔带最小值 中央分隔带的功能 建议最小宽度 ， m 分 隔对 向交通 设置绿化带 预 留车道 设置公交停靠站 设施带宽度 O 5 1 5 6 5 双侧站 台 6 5 ， 单侧站 台 3 0 0 2 5 1 5 宽要满足各部分功能的综合宽度要求，并且还应 考虑设 置安全设施的需要 。 参考 文献 1 c J J 3 7 2 0 1 2 ， 城市道路工程设计规范【 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m