摘要：依托上海市A30高速公路舊水泥混凝土路改造工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)防治反射裂縫方案的選擇、材料性能試驗(yàn)并結(jié)合加鋪層施工工藝來(lái)對(duì)舊
摘要：依托上海市A30高速公路舊水泥混凝土路改造工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)防治反射裂縫方案的選擇、材料性能試驗(yàn)并結(jié)合加鋪層施工工藝來(lái)對(duì)舊水泥混凝土路面瀝青罩面層防治反射裂縫的辦法進(jìn)行研究。材料性能試驗(yàn)結(jié)果表明：采用玻纖格柵加筋后瀝青混凝土的整體穩(wěn)定性比原瀝青混凝土有較大提高，具有更好的防裂性能。本文還因地制宜地對(duì)施工工藝進(jìn)行了精心制定。加鋪罩面層建成后，有關(guān)單位的檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，通車一年多的試驗(yàn)路及相關(guān)路段路面使用狀況良好，均未出現(xiàn)反射裂縫。說(shuō)明合理的防治反射裂縫方案選擇與嚴(yán)格的施工工藝結(jié)合起來(lái)是防治反射裂縫的有效辦法。
上海市將建立一個(gè)便利、快捷，與市域其他道路、外省道路有良好銜接的高速公路網(wǎng)，其服務(wù)水平、可達(dá)性要實(shí)現(xiàn)“153060”目標(biāo)。上海市A30高速公路即以此為建設(shè)大背景。A30工程在中遠(yuǎn)期將承擔(dān)很高比例的重載集裝箱貨車交通，而現(xiàn)有的水泥混凝土路面的承載能力、路面破損狀況均不能滿足高速公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此對(duì)工程進(jìn)行路面加鋪設(shè)計(jì)，在充分利用已建工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行路面改建。1反射裂縫分析
近10年來(lái)，各國(guó)對(duì)“白加黑”路面反射裂縫產(chǎn)生氣理進(jìn)行了大量的研究，并得到了基本一致的共識(shí)：反射裂縫的形成和發(fā)展是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，面板接縫或裂縫可以看成原始的缺陷；在車輛通過(guò)接縫或裂縫時(shí)，加鋪層受到2次剪切1次彎曲，過(guò)程是連續(xù)的，由于原路面的裂縫和接縫處無(wú)抗剪能力，本來(lái)應(yīng)由原裂縫或接縫承擔(dān)的應(yīng)力轉(zhuǎn)移到加鋪層當(dāng)中，從而在裂縫上方的加鋪層中產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致加鋪層在此處沿原裂縫開裂反射。國(guó)內(nèi)外針對(duì)反射裂縫問(wèn)題提出了許多處理措施，各種措施具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，其主要特性對(duì)比如表1。
同時(shí)大量的研究都指出，反射裂縫不可能消除，只是出現(xiàn)得遲早而已。在水泥混凝土路面上成功鋪筑瀝青混凝土面層，將反射裂縫的出現(xiàn)時(shí)間、頻率降至最低值，延長(zhǎng)路面使用壽命，是本工程的一個(gè)研究重點(diǎn)。根據(jù)研究，結(jié)合國(guó)內(nèi)外成功的經(jīng)驗(yàn)，擬采用在舊水泥混凝土路面與瀝青混凝土加鋪層之間設(shè)置高強(qiáng)度和高模量的玻纖格柵的方案，對(duì)瀝青混凝土面層進(jìn)行加強(qiáng)處理。2材料性能試驗(yàn)
2．1土工格柵材料性能試驗(yàn)
試驗(yàn)段擬采用玻璃纖維格柵來(lái)防治反射裂縫。與聚酯和聚丙烯纖維格柵、土工布相比，玻纖格柵具有以下優(yōu)點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度大，在20℃時(shí)的彈性模量是瀝青混凝土彈性模量的20倍，能將反射裂縫應(yīng)力由垂直方向轉(zhuǎn)為水平方向，從而增強(qiáng)瀝青混合料的整體抗拉強(qiáng)度。有研究還表明模量越大，越有利于降低加鋪層的溫度應(yīng)力；延伸性低，具有很高的抗變形能力，斷裂時(shí)的延伸率小于4％；高溫穩(wěn)定性良好，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，玻璃熔點(diǎn)在1000℃左右，保證了其在高溫?cái)備仌r(shí)的穩(wěn)定性；與瀝青混合料相容性好，保證其與瀝青混合料之間不產(chǎn)生滑動(dòng)；嵌鎖和限制作用好，瀝青混合料中的集料能穿過(guò)玻纖格柵結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)復(fù)合的力學(xué)嵌鎖體系，并能提高傳荷能力，減少變形。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，東南玻纖格柵物理力學(xué)性能如表2所示。
2．2防水卷材材料性能
防水卷材既能阻止地下水及水泥混凝土路面板縫的水進(jìn)入新加鋪瀝青混凝土層，又能防止反射裂縫的產(chǎn)生。通過(guò)比選，擬采用的防水卷材為YN一自粘型彈性體瀝青路橋用防水卷材。材料具有的特征有：抗老化性能好，具有良好的低溫柔韌性，具有極好的不透水性，抗腐蝕性好，抗穿孔性好，粘結(jié)性好，施工方便，輕易修補(bǔ)。通過(guò)直剪試驗(yàn)，可以確定不同溫度下不同層間接觸條件時(shí)的粘結(jié)性能。試驗(yàn)結(jié)果如
表3。
2．3土工格柵加筋試驗(yàn)評(píng)價(jià)
為了對(duì)土工格柵加筋設(shè)在瀝青底部進(jìn)行試驗(yàn)研究，選用不切口試件參照已有試驗(yàn)方法，對(duì)土工格柵加筋瀝青混凝土進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。為考慮溫度的影響，選擇0℃和－10℃兩種試驗(yàn)溫度，進(jìn)行試驗(yàn)比較。未加土工格柵試件用1號(hào)表示，底面鋪設(shè)土工格柵試件用2號(hào)表示。試驗(yàn)結(jié)果繪于圖1中。
由彎曲試驗(yàn)可知，在加載初期，2號(hào)試件的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較快，消耗的能量較大，其相應(yīng)的應(yīng)力值小于1號(hào)試件相同時(shí)刻的應(yīng)力值。隨著加荷時(shí)間的延長(zhǎng)，土工格柵承受拉應(yīng)變，使混凝土的應(yīng)變速率減小，此時(shí)應(yīng)力增長(zhǎng)較快，且由于土工格柵的存在，2號(hào)試件破壞應(yīng)變較1號(hào)試件增大一倍多，說(shuō)明加筋瀝青混合料所需的能量大。根據(jù)彎曲試驗(yàn)的應(yīng)力一應(yīng)變曲線，破壞時(shí)應(yīng)變能U由彈性應(yīng)變能和塑性應(yīng)變能兩部分組成，可通過(guò)積分求得。從表4中可以看出，在O℃時(shí)，2號(hào)破壞時(shí)應(yīng)變能比1號(hào)大42．1％，－10℃效果更明顯，應(yīng)變能大180．6％。因此土工格柵加筋瀝青混凝土的整體穩(wěn)定性比原瀝青混凝土有較大提高，具有更好的防裂性能。
3防裂措施的施工工藝
試驗(yàn)路原為一級(jí)公路，寬32m，四車道，擬改建為六車道。加鋪后的路面結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于道路拓寬，存在新老路基結(jié)合問(wèn)題，在制定防治反射裂縫措施時(shí)不僅要考慮舊水泥混凝土板上瀝青混凝土加鋪層的反射裂縫問(wèn)題，同時(shí)需考慮新老路基處由于沉降差異引起的裂縫問(wèn)題。
3．1加鋪層厚度確定
有限元分析表明：適當(dāng)增加加鋪層厚度對(duì)防治反射裂縫是十分有效的，但當(dāng)罩面層厚度大于12cm時(shí)再增加厚度對(duì)防治反射裂縫效果并不顯著，也不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)有關(guān)研究和工程實(shí)例，10cm左右的加鋪層厚度能有效防治或延緩荷載型和溫度型反射裂縫，并且經(jīng)濟(jì)合理。3．2試驗(yàn)路施工工藝
施工前預(yù)備工作。
第一階段試驗(yàn)路整個(gè)施工工序包括：板底注漿、填縫料換填、防水卷材鋪設(shè)、找平層鋪筑、土工格柵貼鋪、SMA瀝青加鋪層鋪筑。由于施工期間溫度較低，且陰雨天氣較多，在施工之前把握好未來(lái)天氣變化情況，制定相應(yīng)的施工進(jìn)度。注漿。
根據(jù)路況調(diào)查，在綜合考慮對(duì)漿液要求的基礎(chǔ)上，再加上經(jīng)濟(jì)分析，本試驗(yàn)段采用配比為：水泥：粉煤灰：水＝1：O．7：O．8，添加0．5％的SN一Ⅱ早強(qiáng)減水劑。注漿前后都進(jìn)行了彎沉測(cè)量，并通過(guò)鉆芯取樣，以保證舊水泥混凝土板的地基強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。清縫、更換填縫料。
根據(jù)路況調(diào)查，接縫處的損壞較嚴(yán)重，填縫料損失較多。因此在進(jìn)行加鋪之前，需對(duì)填縫料進(jìn)行換填。清縫后，需重新在縫內(nèi)壓入背襯帶。最后進(jìn)行聚氨酯填縫料的配料、攪拌和灌縫。鋪設(shè)防水卷材。
鋪設(shè)防水卷材時(shí)應(yīng)非凡注重其與舊板的粘結(jié)程度，這主要受舊板干凈程度及潮濕程度影響。首先清掃接縫兩側(cè)，然后采用專用的清潔劑在接縫兩側(cè)50cm范圍內(nèi)涂刷，以提高粘結(jié)強(qiáng)度。清潔劑表面干燥后，即可鋪貼防水卷材。使卷材平坦地鋪貼在舊水泥混凝土板上，同時(shí)，用橡皮壓碾按卷材縱向鋪貼方向壓實(shí)。防水卷材鋪貼后，嚴(yán)禁車輛在其上轉(zhuǎn)彎、掉頭。試驗(yàn)段南側(cè)的縱向和橫向接縫全部鋪貼寬度為33cm的防水卷材，而北側(cè)除縱縫鋪貼防水卷材外，在主點(diǎn)彎沉大于0．2mm和差異彎沉大于O．06mm的接縫處鋪貼防水卷材。灑布粘層瀝青。
為保證瀝青混凝土加鋪層與舊水泥混凝土板的良好聯(lián)結(jié)，在找平層鋪筑之前，應(yīng)灑布一定的粘層瀝青。粘層瀝青采用乳化瀝青，用量控制在0．3～O．5kg／m。之間。鋪筑瀝青找平層。
在乳化瀝青完全破乳之后施工瀝青找平層，可采用瀝青砂或稀漿封層材料。在施工前，對(duì)路面標(biāo)高重新測(cè)量一次。攤鋪時(shí)，控制不同的松鋪厚度，對(duì)本層頂面高程進(jìn)行嚴(yán)格控制。基質(zhì)瀝青采用國(guó)產(chǎn)70號(hào)石油瀝青。養(yǎng)護(hù)成型后厚度為5～7mm，因此其最大公稱粒徑為4．75mm，集料石質(zhì)為湖州輝綠巖，屬中封層。它的干礦料攤鋪量為5～8kg／m2。乳化瀝青用量為干礦料質(zhì)量百分比的10％～12％。瀝青稀漿封層施工后應(yīng)立即施工玻纖格柵和瀝青混凝土面層，間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響粘接質(zhì)量。鋪設(shè)土工格柵。
鋪設(shè)土工格柵關(guān)鍵在于與上下層的緊密粘結(jié)，不能滑動(dòng)。試驗(yàn)段采用的土工格柵帶自粘膠，可直接在已平整的找平層上鋪設(shè)。格柵鋪設(shè)采用汽車改裝的專用設(shè)備進(jìn)行鋪設(shè)，壓路機(jī)碾壓一遍。格柵搭接距離為縱向接頭時(shí)搭接距離不小于20cm，橫向搭接距離不小于15cm。攤鋪瀝青混凝土?xí)r，運(yùn)料車不能在格柵上調(diào)頭或轉(zhuǎn)彎，以免損壞玻纖格柵或引起局部起拱現(xiàn)象。鋪設(shè)的土工格柵為單層，即鋪設(shè)在舊水泥混凝土板上瀝青砂找平層與AC-20瀝青混凝土加鋪層之間。最后分兩層攤鋪瀝青混凝土加鋪層。應(yīng)該注重的是，上述各道工序應(yīng)盡量選擇在較好的天氣進(jìn)行，否則輕易造成防水卷材與舊水泥混凝土板、土工格柵與整平層和加鋪層之間的不完全聯(lián)結(jié)，影響材料的粘結(jié)強(qiáng)度和路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。防水卷材和土工格柵的鋪設(shè)都建議由該公司的熟練工人來(lái)進(jìn)行，以保證施工質(zhì)量。而保持施工現(xiàn)場(chǎng)的清潔也是不容忽視的問(wèn)題。
4小結(jié)
舊水泥混凝土板塊之間接縫或裂縫引起的加鋪層反射裂縫問(wèn)題仍是目前路面工程中的一個(gè)難題，本文重點(diǎn)從防裂材料的選擇、材料性能試驗(yàn)、施工工藝的角度出發(fā)，對(duì)防治反射裂縫的技術(shù)進(jìn)行研究。本文研究成果運(yùn)用于上海A30東南郊高速公路中的水泥混凝土路面加罩瀝青混凝土面層工程。該路通車一年多后，2005年12月有關(guān)單位采用先進(jìn)的車載全自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，對(duì)試驗(yàn)段與相鄰路段進(jìn)行全面和系統(tǒng)地測(cè)量和檢驗(yàn)。調(diào)查結(jié)果表明，路面總體使用狀況良好，沒(méi)有出現(xiàn)反射裂縫，進(jìn)一步的檢測(cè)還將繼續(xù)進(jìn)行。 |