水泥路面裂缝修补 [旧水泥路面加铺设计中反射裂缝防治]
时间：2019-04-01 03:23:34 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】详细论述了旧水泥路面加铺设计中反射裂缝的防治措施，对于不同的方法提出了其适用范围，为路面加铺设计提供了参考。 【关键词】旧水泥路面；反射裂缝加铺；防治措施
【 abstract 】 a detailed discussion on the old cement road surface design that add a store in the reflection crack prevention and control measures, for different methods put forward the scope for pavement design that add a store provides reference.
【 keywords 】 old cement road surface; Crack reflection and pave; Prevention and control measures
中图分类号： U416.216文献标识码：A 文章编号：
1 概述
进入21世纪后，我国在90年代修建的高速公路都逐渐进入大修期，部分高速公路为了满足交通量的增长而进行了改扩建。在大修或改扩建设计中，旧水泥混凝土路面加铺层反射裂缝的防治都是需要重点关注的问题，也是旧路路面加铺设计中的难点问题。反射裂缝将直接导致加铺层路面开裂，引起雨水下渗，从而造成路面破坏，给业主、施工单位及公路养护部门都造成很大的经济损失。因此，有必要结合实际情况，总结国内外对于反射裂缝的防治措施，探讨合理有效的防治方法，供设计单位参考。
2 防治反射裂缝措施
国内外的学者们针对反射裂缝问题进行了大量的理论计算和试验研究，采用了许多新理论和新方法，诸如断裂力学理论、MTS足尺疲劳试验等。在科学研究和工程实践的基础上，一些防反措施也逐渐得到认可，并加以推广，这些措施主要可分为以下几类：
2．1 增加沥青罩面层厚度
大量的文献都对该措施的机理进行了研究和论证，增加罩面层厚度可以减小罩面层底的荷载应力和温度应力，降低弯沉差，从而在一定程度上减缓反射裂缝的出现。笔者计算结果表明，当罩面层厚度介于4～10cm时，每增加1em厚度，弯沉差平均降低5．8％，荷载应力平均降低8．7％，水平相对位移平均降低8．9％，温度应力平均降低12．3％，但随着厚度的增加，防反效果在逐渐降低，见图1和图2。
一些研究成果也表明，当罩面层达到一定厚度(约23cm)时，继续增加厚度将无补于事。增加了沥青罩面厚度，势必会增加相应的工程造价，因此单纯依靠增加厚度来防反的做法是不合理的，应当综合考虑费用与寿命之间的平衡。
图1 罩面层厚度对层底应力的影响 图2 罩面层厚度对相对位移的影响
2．2 预切缝处理
这种措施是在加铺层上对准旧水泥混凝土横缝的位置进行预切缝，然后进行灌缝处理。美国东北部12个州曾在旧水泥混凝土路面改建中采用该方法，对l5个试验路面进行检测，结果表明锯缝和灌缝可以减少反射裂缝64％。该措施的技术难点是如何确定切缝的位置，因此对施工工艺要求较高，国内几乎没有相关的应用。
2．3 设置织物、格栅夹层
土工布和玻纤格栅等薄夹层是常用的防反措施，薄夹层具有较大的模量，能够承受较大的水平拉力。一般认为土工布在延缓温度张开型反射裂缝方面效果较好，对于荷载型反射裂缝效果较差。笔者采用三维膜单元对土工布的防反效果进行了有限元计算，通过改变模量来研究其规律，结果表明，随着土工布模量的增加，接缝处应力集中现象有小幅降低，但是对于弯沉和弯沉差几乎没有任何改变，说明土工布对于防治偏荷载引起的剪切型反射裂缝基本无用。
玻纤格栅是应用较多的防反措施，相对于土工布来说，它呈现出刚性的特征，因此不仅可以防治水平相对位移引起的张开型反射裂缝，而且对于弯沉差引起的剪切型反射裂缝也具有一定效果。
文献[1]中对薄夹层的防反效果所做的总结为：“所有的土工织物或网格防治水平位移比剪切位移更有效。不论是加筋还是应变消散类措施，当应用于传荷能力很差的路面时，任何薄层沥青类罩面对防治反射裂缝都显得无能为力”。
采用土工布或者玻纤格栅等薄夹层直接铺筑在刚性层表面时，很容易产生因层间粘结不足造成的拥包病害。笔者在复合式路面层间剪切试验中，对铺设土工布的试件进行了抗剪强度测定，结果表明，铺设土工布与无粘层油情况下的抗剪强度接近，当轴载大于100kN时，很容易产生层间滑移。
2．4 设置应力吸收层
设置应力吸收层是防治反射裂缝最为有效的措施之一，其机理在于分散并吸收了接缝处因温度和荷载而产生的应力和相对位移。应力吸收层是特殊的热拌沥青混合料，按照材料组成的不同，主要分为以下3类：
2．4．1 橡胶沥青应力吸收层
将单一粒径的石料均匀满铺在橡胶沥青层上，用胶轮压路机进行嵌挤碾压，橡胶沥青被挤压到石料高度约3／4处，石料嵌锁形成后将构成结构性支撑，这时所形成碎石封层模式的防裂层即为橡胶沥青应力吸收层。橡胶沥青应力吸收层是国际公认的抗反射裂缝最有效的解决方案之一，具有很强的粘结性能和防水性能，厚度为10～15mm，抗压回弹模量约为10～100MPa。
2．4．2 STRATA应力吸收层
STRATA应力吸收层是美国科氏公司研究开发的一种新型应力吸收层，在我国已有成功的应用，它是一种采用特殊聚合物改性的沥青混合料，具有高弹性、不透水、粘附性强及抗裂性能好等优点，铺设厚度一般不超过30mm，抗压回弹模量约
为800MPa。
2．4．3 其他应力吸收层
特殊配置的改性沥青碎石与沥青混凝土等应力吸收层，抗压回弹模量通常比较大，而且很接近AC层材料，因此可以看作是AC层在厚度上的延伸。
采用应力吸收层防治反射裂缝既有成功的案例，也有失败的案例。1990年德国不来梅港市和海尔布隆市采用SAMI作夹层修筑试验路，施工方法为先在旧水泥混凝土路面板上喷洒SAMI夹层，紧接着洒布预拌碎石，然后摊铺4cm沥青混凝土。试验结果观测表明，在接缝和裂缝的竖向相对位移小于0．1mm的混凝土路面上，这种方案是可行的。不来梅港市试验段上只有少数几道裂缝的竖向位移大于0．1mm，因而反射裂缝出现得较少。而海尔布隆市试验段由于特别恶劣的气候，在重车道上特别是在凹竖曲线段内竖向位移明显大于0．1mm，反射裂缝较多。根据试验结果，此措施只能用于接缝竖向相对位移小于0．06mm的路段上。
笔者在对复合式路面荷载应力的研究中，分析了荷载应力和弯沉随应力吸收层厚度和模量的变化规律，结果表明，应力吸收层对于荷载应力和弯沉差的影响非常显著，设置厚度为2cm的STRATA应力吸收层时荷载应力比无夹层的情况减小了65．6％，弯沉差减小了53．5％。荷载应力随应力吸收层模量的增大而增大，弯沉差则随模量的增大而减小，因此笔者推荐应力吸收层模量为400～800MPa为宜。
2．4．4 设置裂缝缓解层
裂缝缓解层分2类：级配碎石裂缝缓解层和大粒径沥青碎石裂缝缓解层。
级配碎石裂缝缓解层之所以能够有效防止和减缓旧水泥混凝土路面沥青加铺层的反射裂缝，主要由于级配碎石作为散粒结构具有不传递拉应力、拉应变的特性，并且级配碎石的隔离作用大大改善了旧水泥混凝土路面的温度状况。按照国外经验，级配碎石裂缝缓解层一般厚度为10—15cm。20世纪60、7O年代，美国开始将开级配大粒径沥青混合料用于防止反射裂缝，美国沥青协会建议采用最大粒径分别为75mm、63mm及50mm的大粒径开级配沥青碎石作为裂缝缓解)层，经试验路检测表明，其防裂效果良好。大粒径沥青碎石混合料防反机理在于：
(1)大粒径沥青碎石混合料中大粒径矿料多、沥青含量少、空隙率大，这种多空隙结构可有效地阻断裂缝尖端的扩展路径，削弱拉应力、拉应变的传递能力，并且能消散、吸收由交通荷载及环境温度变化所产生的荷载应力和温度应力。
(2)大粒径沥青碎石裂缝缓解层的隔离作用大大改善了旧水泥混凝土路面的温度状况，减少了降温及温度梯度对水泥混凝土路面及加铺层的影响程度，使水泥混凝土路面板的翘曲程度及接缝的张开位移量均有大幅度地降低，因而可使沥青加铺层在温度作用下的受力状况得以改善。
(3)加铺层设置大粒径沥青碎石裂缝缓解层后，路面结构的整体强度有所提高，可有效地减小沥青加铺层的荷载应力及接缝两侧的弯沉与弯沉差，延缓沥青加铺层荷载型反射裂缝的产生与扩展速度。
马庆雷、杨斌等参照美国经验并结合中国的实际情况，提出了采用9cm厚AM一40大粒径沥青碎石作为裂缝缓解层的方法，并在山东省某地旧水泥混凝土路面改造工程中铺筑了900m长AM一40大粒径沥青碎石加铺层结构及1500m长的其他几种类型加铺层对比结构的试验段。经过1年多时间的运营使用，其他几种类型加铺层路段均不同程度出现了反射裂缝，而设置大粒径沥青碎石AM一40裂缝缓解层的加铺层结构未出现反射裂缝及其他病害，表明其具有良好的防裂效果。
3 结语
路面反射裂缝的防治是旧水泥混凝土路面加铺设计的关键和重点。设计实践中，要根据旧路状况、当地气候条件、建设条件等因素，结合上述反射裂缝的防治措施，充分考虑不同处理措施的优缺点和适用性，提出适合项目特点、合理可行的处理方案。
参考文献
[1]符冠华．沥青混凝土加铺层改造旧水泥混凝土路面的应用研究[D]．南京：东南大学，2001．
[2]杨斌．旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构研究[D]．西安：长安大学，2005．
[3]JTJ073．1_20o1公路水泥混凝土路面养护技术规范[S]．
[4]JTGD40-2002公路水泥混凝土路面设计规范[S]．
[5]JTGD50-2006公路沥青路面设计规范[S]．
