摘 要:对旧水泥混凝土路面“白改黑”设计进行了分类、比较和分析, 浅述了不同沥青混凝土加铺层的优缺点,提出了旧水泥混凝土板块病害的处治方案,最后总结了旧水泥混凝土路面“白改黑”的设计思路。
关键词:混凝土板块,加铺层,接缝处理
中图分类号:U416. 216 文献标识码:A
随着国民经济的发展,道路交通量不断增加,汽车轴载也日益重型化,以及水泥混凝土路面设计、施工等方面的原因,水泥混凝土路面产生了多种破损现象,导致结构承载力不足,使用品质不断下降,而单纯采用破板修复这个办法,实践证明,达不到路面质量的预期效果,要改善和解决这一状况,目前普遍采用的方法是对水泥混凝土路面进行“白改黑”,即将水泥混凝土路面改造为沥青混凝土路面。
水泥混凝土路面“白改黑”工程目前主要有两种方案:1) 彻底挖除旧水泥混凝土板块,并对基层或地基处理和补强后,再铺筑沥青混凝土路面;2) 在充分综合利用现有水泥混凝土路面的基础上,加铺沥青混凝土路面结构层以达到白改黑的效果。很明显第一种方案投入资金多,工期长,对正常交通的影响很大,并且堆放挖除的混凝土板块易造成一定的环境影响,但作为设计方面来考虑可能是比较简单的。第二种方案设计的路面结构形式主要有三种:A 型:旧水泥混凝土板块断裂、处治、冲击压实+ 补强层+沥青混凝土加铺层;B 型:旧水泥混凝土路面处治+ 补强层+ 沥青混凝土加铺层;C 型:旧水泥混凝土路面处治+ 细粒式沥青混凝土找平+ 土工合成材料+ 沥青混凝土加铺层。
1 三种沥青混凝土加铺结构的优缺点及适用条件
1. 1 A 型:旧水泥混凝土板断裂、处治、冲击压实+ 补强层+ 沥青混凝土加铺层该沥青加铺路面结构适用于路面破损严重,路面板强度较低,经计算所需的沥青混凝土加铺层过厚时,并无村庄路段的路面改造工程。该结构对旧水泥混凝土板块进行断裂、冲击压实,可提高路面的整体强度并延缓或防止反射裂缝的产生。但对旧混凝土板块断裂和冲击压实时,会影响路线两旁村庄、房屋和其他结构物的安全性;并且在村镇路段受高程控制或因桥梁荷载影响,村镇路段和桥头接线路段施工时应设置过渡段,从而导致纵坡不顺。
1. 2 B 型:旧水泥混凝土路面处治+ 补强层+ 沥青混凝土加铺层该沥青混凝土加铺路面结构适用于路面破损现象相对较轻,路面板强度较低,所需的沥青混凝土加铺层过厚时,并无村庄路段的路面改造工程。该结构主要对旧水泥混凝土板块断板、沉陷、脱空等损坏现象进行处治(补强、压浆等) ,处治要求不高。因不采用机械破碎、断裂混凝土板块,则不会影响路线两旁村庄和房屋的安全性,施工方便,并可节约因混凝土板块破碎、断裂、冲击压实的费用投资,达到降低工程造价的目的。但因在村镇路段受高程控制或因桥梁荷载影响,村镇路段和桥头接线路段施工时仍应设置过渡段,从而导致纵坡不顺。
1. 3 C 型:旧水泥混凝土路面处治+ 细粒式沥青混凝土找平+ 土工合成材料+ 沥青混凝土加铺层该沥青混凝土加铺路面结构适用于旧混凝土板破损较轻,路面板强度较高,计算仅需沥青混凝土加铺层铺筑的路面改造工程,该方案适用广泛,工程造价具有很大的优越性。在旧水泥混凝土板块上直接加铺沥青混凝土面层,应加强对旧水泥混凝土板块的处治,尤其是脱空、错台等病害的处治,尽量减少反射裂缝的产生。但是设置细粒式沥青混凝土找平层,并且再铺设土工合成材料(如玻璃纤维土工格栅) ,相当于设置一层应力吸收层,可减小接缝区加铺层中两侧板块垂直与水平的相对位移而产生的应力,延缓反射裂缝的产生和发展,起到抗疲劳开裂、耐高温车辙、抗低温缩裂的作用,从而延长沥青混凝土路面的使用寿命。
1. 4 三种路面加铺结构的经济分析及优缺点分析A 型和B 型结构对通车、工期、环境和社会影响较差;而C 型结构虽对旧水泥混凝土路面的处治要求较高,但其经济上具有很大的优越性,且各方面的影响均较好,故下面对C 型沥青混凝土路面加铺结构从加铺层厚度、旧水泥混凝土路面的处治等方面进行分析。
2 沥青混凝土加铺层厚度
沥青混凝土加铺层厚度主要由结构强度和防止出现反射裂缝两个因素控制,由于旧水泥混凝土面板作为基层强度较高,上面加铺沥青混凝土,结构强度方面一般没问题,关键是如何防止反射裂缝的产生。根据国外的几种罩面设计法和实际施工经验,沥青混凝土加铺层的厚度在10 cm 左右,而我国现行J TG D4022002 公路水泥混凝土路面设计规范对旧水泥混凝土路面上加铺沥青层厚度做了指导性的要求,即“沥青加铺层的厚度按减缓反射裂缝的要求确定。高速公路和一级公路的最小厚度宜为100 mm ,其他等级公路的最小厚度宜为70 mm。”因此沥青加铺层厚度的确定,一方面应根据国内外的相应经验,现有的规范规定来确定,另一方面还得根据设计指标(如弯沉) 来计算确定。一般来说,加铺层越厚,其防止或延缓反射裂缝的效果就越好,裂缝扩展到路表面的时间就越长,但加铺层也不能无限地增厚,1) 因为经济上不可行;2) 加铺层过厚易产生车辙、壅包等,影响路面的使用性能,当加铺层达到一定厚度后,应配合其他防裂措施效果会更好。
3 旧水泥混凝土路面的处治措施
3. 1 断裂沉陷板处理
对于损坏严重的旧混凝土面板,如板块出现严重的断裂与沉陷等,应首先考虑是路基质量出现问题,必须将整个板全部凿除,重新夯实路基及基层,浇筑不小于旧混凝土强度的新混凝土板;如原基层质量较差,路基强度不足的,应采取措施对路基和基层进行处理和补强。
3. 2 板底脱空处理
对于板底脱空现象,可采用钻孔压浆法进行处理。在混凝土面板底部脱空处钻孔,通过孔洞利用水泥浆高压浇筑处理,使板底流质材料凝固产生一定的强度,对面板产生均匀承托的作用,从而达到稳固板块的目的。
3. 3 错台的处理
错台现象如由于基层脱空或路基强度不足引起的,应首先进行基层和路基的补强,防止进一步不均匀沉陷。当直接铺筑玻璃纤维土工格栅时,错台小于10 mm 时可不做处理;否则将错台高出的一侧的板块边缘30 cm～50 cm 范围内,按斜坡凿至与下沉板边缘平齐,并采用沥青砂或沥青石屑进行找平。
3. 4 原路面接缝处理
在沥青加铺层施工前对原路面的纵横向接缝及路面裂缝,要全部进行清缝机清缝,清缝要干净、无杂物,并选用性能良好的密封材料机械嵌缝,如用橡胶沥青、聚氨酯类填缝料等粘结性强、回弹性及温度稳定性好的材料,嵌缝要饱满,以便减少地表水通过旧水泥混凝土板接缝下渗入土基,同时减少地下水通过旧水泥混凝土板接缝进入加铺层,浸湿加铺结构层材料,降低无机结合料处治的粒料层强度。
3. 5 角隅断裂处理
角隅断裂一般是由行车荷载作用引起的应力集中造成的。对于长和宽大于1 m 并伴随下沉断裂的板,应按断裂板相同的处理方法;对于长和宽小于1 m 或仅出现断裂的可采取灌缝处理。
3. 6 路基路面强度控制指标
国内外多年来对旧水泥混凝土路面加铺改造的经验表明,对于防治反射裂缝的各种措施中,无论是加筋的还是应力消散类的,对于水平位移(张开型反射裂缝) 有效,而对于竖向位移引起的剪切型反射裂缝收效甚微。剪切型反射裂缝主要是在车轮偏荷载的作用下,接缝两侧的弯沉差过大而引起沥青加铺层的剪切破坏。
因此在混凝土板块修复时,除按上述情况处理外,还应以单点弯沉和接缝两侧板块的弯沉差作为控制指标,并按公路的等级要求、行车要求等参数来确定相应的弯沉指标。根据水泥混凝土路面改造工程的施工经验,如实测弯沉值(0. 01 mm) 小于14 ,可不予处理;如实测弯沉值大于40 ,应按板底脱空或沉陷板处理,整板破碎,处理基层,再浇筑新的混凝土板块;如实测弯沉值在14～40 之间的,按钻孔压浆处理。
4 结语
通过上述分析和技术经济比较,在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层的方法是目前改造水泥混凝土路面的一种可选方案,并且可减少废弃混凝土板块对环境造成的污染,具有很高的经济效益、社会效益和环境效益,尤其在低等级水泥混凝土路面“白改黑”改造工程中予以充分重视。
在旧水泥混凝土路面“白改黑”设计时,首先对其使用状况进行全面彻底的调查和测试,逐段进行统计,掌握第一手外业基础资料;其次针对旧水泥混凝土路面的各种破坏情况,采取相应的修补方法;然后根据公路等级要求、设计年限以及其他有关规范要求,按照理论和经验相结合的方法,确定沥青加铺层结构。同时因原公路对排水设计考虑不周或未进行设计,因此在“白改黑”设计时,应充分注重公路的排水设计,并按公路等级要求设计合理的纵坡,确保公路既达到旧水泥混凝土路面“白改黑”的效果,经济合理,又能大大改善行车条件,提高行车的安全性和舒适性。
参考文献:
[1]J TJ 041297 ,公路沥青路面设计规范[ S] .
[2]J TG F4022004 ,公路沥青路面施工技术规范[ S] .
[3]J TG D4022002 ,公路水泥混凝土路面设计规范[ S] .
[4]J TJ / T 019298 ,公路土工合成材料应用技术规范[ S] .
Discussion of the white changing black design to the cement concrete pavement
LI Hui2cheng SU Rong2yao
Abstract :It classes , compares and generalizes the“white changing black”design to the cement concrete pavement , discusses the merits andfaults of the different spreading layer added by asphalt concrete , and brings forward the treatment scheme of the old cement concrete platesdamages. At last it generalizes the“white changing black”design thought to the old cement concrete pavement .
Key words :concrete plate , spreading layer added , joint treatment
