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旧水泥混凝土路面修复改造研究 重庆交通学院 硕士学位论文 旧水泥混凝土路面修复改造方案研究 姓名:郝秀 申请学位级别:硕士 专业:建筑与民 土木工程 丨导教师:冯晓;章征春 20050326 摘要 U Abstract Cement concrete pavement is an important kind of high pavement types, which has ,its mileage is many advantages such as high strength, durability, low maintenance costover 17000 Kin in China, The use of cement concrete pavement produces great social and economic benefit. At present,maintenance of cement concrete pavement at a high ebb,there are many reasons. As soon as part damage starts, Cement concrete pavement will lead to bad consequence if not being maintained in time. The point has been accepted by technician of highway lines. Recently there is much research on maintenance technique of cement concrete pavement, there is short of complete system in maintenance of cement concrete pavement, including follow steps: investigation of cement concrete pavement, evaluation, laying out the plan. The paper introduces current situation of cement concrete pavement both at home and abroad,sums up current research achievements, puts forward the shortage and ascertains the contents and goal; it gives a basis for laying out restoring plan by analyzing mechanism of breakage; it states the methods and standards of evaluation, affords schemes according to evaluation results in order to lessen blindness; three maintenance types of cement concrete pavement; restoration, resurfacing, reconstruction. Restoration is a method to deal with common distress such as cracks, seams, slab rapture; resurfacing is to overlay bituminous pavement on used cement concrete pavement in order to improve the performance; reconstruction is a method to break used cement concrete pavement firstly and to overlay bituminous pavement again. It only affords departments of highway maintenance lessons hopefully, look forward to the future of it. KEY WORDS: Used Cement Concrete Pavements Maintenance Pavement Improvement 原创性 明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的作品成果,对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名:"^奪^^ 日期:2005年3月 26 日 第一章前言 1 第一章前 言 我国水泥混凝土路面始建于上世纪60年代中期,80年代以来,水泥混凝土路 面在全国迅猛发展。总里程由1980年的1600km,飞速上升到1993年的28049kim 占高级路面总里程的60%,目前,每年在建规模超过1.5万公里,预计到2005年 底,我国将拥有17万多公里水泥混凝土路面。近年来,我国现有的水泥混凝土路 面有相当一部分己接近或超过设计年限,有的虽未达到设计年限,由于改造建成 投入使用后交通量剧增,由于荷载的反复作用和自然因素的侵烛破坏,汽车轴载 日益重型化或设计、等方面的原因,出现路面损坏、使用品质下降的情况。 随着国民经济的发展,道路交通量剧增,汽车的日益重型化,许多早期建设的水 泥混凝土路面产生了多种破损现象:结构承载能力不足、行车舒适性差、车速难 以提高。我国5—10年前建设的3—5万公里水泥路面中的相当部分,在特重交通 及超重轴载的毁坏性运营下,不堪重负,水泥混凝土路面出现了大面积病害,甚 至影响交通安全和交通运输业的发展。由于水泥路面的鲜明特点如:施工方便、 维修周期长、强度高、耐久性好扩散荷载能力强稳定性好的刚性路面结构,因此 在公路和城市道路建设中大量釆用,因此水泥混凝土路面里程将进一步大大增加, 对水泥混凝土旧路面的修复与改造工作将越来越重。自高速公路建设中运用水泥 混凝土路面以来,旧水泥路面的维修工作就随之产生,对于旧混凝土路面的维修 改造技术越来越受到重视,在国内外也进行了很多相关研究0 虽然水泥混凝土路面具有刚度大、强度高、使用耐久和曰常养护工作量小的 优点,然而,由于水泥混凝土的脆性和温度敏感性,这种路面需设置各种接缝, 决定了水泥混凝土路面的行车舒适性比浙靑混凝土路面差,并且损坏后修复十分 困难等缺点。多年来的研究与实践证明了一趋可用的修复与改造方法,但是各种 方法没有形成一个完整旧水泥混凝土路面修复与改造技术体系,这对公路和城市 道路管理部门来说是一种缺憾,因而需要进行进一步的探讨与研究。 内研究现状及发展动态 对于水泥混凝土路面的病害与评价,在《公路养护技术》:JTJ 073-96) 和新的行业《公路水泥混凝土路面养护技术规范》中进行详细的规定,它是 委托地方交通厅与专门的技术委员会对全国各地混凝土路?的状况进行调查研 究’并经过实践确定的内容和方法,很好地评价水泥混凝土路面现有使用质量, 并且细化道路评分标准与等级’为制定水泥混凝土路面的修复和改造提供了科学 的决策依据,避免旧混凝土路面维护的盲目性。 七•五期间,国家Ncx025课题《我国水泥混凝土路面发展对策及修筑技术研 第一章前言 2 究》第五分题《旧水泥混凝土路面维修技术研究》中,仅对维修材料进行了试验 研究,目前尚未进入实用性阶段,强度评定、脱空板处理、补强层设计与施工等 许多研究尚待深化。我国现行规范对旧水泥混凝土路面上加铺水泥混凝土或钢纤 混凝土的设计做出了规定,但对于国外已广泛应用的旧水泥混凝土板上加铺浙青 类结构层结构方面还没有设计方法,许多工程实践只是依靠技术人员的经验。因 此,开展对旧水泥混凝土路面维修技术与筋青加铺层设计及施工方法研究,具有 深刻的工程意义和广阔的应用前景。 罗蓉等对再生水泥混凝土研究进行总结,她认为将旧水泥混凝土回收利周作 为再生集科,不仅节约资源,保护环境,而且还节省工程造价。将之用于路面基 层,从强度和耐久性等方面看是切实可行的,并且在回顾与总结了国内外再生水 泥混凝土集科(RCA=Recyded Concrete Aggregate)的研究进展基础上,归纳了当前 RCA的主要研究成果,并提出目前应用与研究的几点建议。 『 刘勇及张端良等对旧水泥混凝土路面板灌架技术进行研究,其结合水泥混凝 土路面改造工程实例,从脱空板的确定、灌衆材料的配比与性能试验、灌架工艺 与质量控制及检测方法等方面对水泥混凝土路面板底脱空的灌菜技术进行探索。 李淑彦把土工布在旧水泥混凝土路面补强中的应用进行了研究,从分析旧路 补强的原理及补强方法幵始,介绍了土工布应用特性,认为使用专用土工布能有 效减缓浙青混凝上面层反射开裂。 李华等探讨了旧水泥混凝土路面评价指标,其结合长沙市芙蓉路拓改工程和 长永商速公路复合式路面工程,通过对其旧水泥混凝土路面的大规模调查,提出 了旧水泥混凝土路面的5项评价指标,即结构承载能力、接缝传荷能力(弯沉差)、 路面破损、抗滑能力和帄整度。从使用性能和结构性能两方面对旧水泥混凝土路 面进行全面综合的评价。 刘朝阵、黄谊、李杰等各自结合工程实例,研究了在旧水泥混凝土路面上加 铺浙青面层的设计与施工,简要总结介绍旧水泥混凝土路面加铺浙青面层在设计、 施工和管理,特别是设计应注意的问题,同时根据项目的经验,提出在旧水泥混 凝土路面上加铺浙青面层的结构设计和施工方法,旨在为同行提供参考? 张善等对旧水泥混凝土路面病害进行分析并研究了其维修对策。其认为旧水 泥较路面的修补对加铺改造工程成败至关重要,并结合旧水泥混凝土路面加铺改 造的工程实践,对旧水泥混凝土路面进行了详细的调查,对板块病害原因进行了 分析,提出了维修对策,取得了良好的效果。 蔡喜綿对旧水泥混凝土路面进行浙青混凝土軍面考虑的因素、国外軍面厚度 设计法以及反射裂缝的防治措施、国内研究及应用简祝作了介绍。 第一章前言 3 唐忠良等研究了路面反射裂缝的形成原因及防治技术,介绍了漆论长丝烧毛 土 工布防治路面反射裂缝的作用机理及施工技术。主要论述了烧毛土工布防治路 第一章前言 4 面反射裂缝的作用机理,浙青罩面层及对土工布的性能要求及相应的施工技术。 施瑞欣等通过IMPAOOR 2000机破碎并击实旧水泥混凝土路面的试验,探讨 弯沉趋于均 匀*可进一步防止面层出现反射裂缝,同时解决了旧混凝土废弃物的堆放问题, 有利于环境保护。 了 其破碎压实的施工工艺和效果。结果表明:该法能有效打碎并夯实旧混凝土路面, 利用击碎的旧混凝土碎料作底基层, 1.2国外研究现状及发展动态 国外发达国家水泥混凝土路面修筑历史较长,在欧美国家髙速公路网中,水 泥较面板总量占50%左右,但大多数水泥较路面达到了设计要求,特别是德国、 比利时等国家的水泥较路面表现出了非常卓越的长期使用性能,这与其路面修复 技术是分不幵的。早在六十年代他们便幵始对其维修技术进行研究。随着交通量 的增长及交通组成的不断变化,其路面结构也不断得到完蕃,对旧水泥混凝土路 面评价与结构维修技术的研究持续至今。以美国为例,1985年,联邦公路管理局 出版了《路面修复手册》,1988年对此又进行了修订。1995年在总结全美研究成 果及工程实践的基础上,又分别出版了 AC/PCC修复与评价指南。日、英、法等 国在不同时期也有类似的。 美国等发达国家一直对使用浙青加铺层技术补强旧水泥混凝土路面情有独 钟,就是因为加铺沥青层具有提高路面结构的承载能力和恢复旧混凝土路面表面 功能两大作用。通过大量试验路研究,各国分别提出了相应的沥靑加铺层翠面设 计方法,比较有代表性的有AI、AASHTO、ARE、Ta法等,使旧水泥混凝土路面 洒青加铺层的设计方法不断得到完善和发展。但国外的这些经验法与我国传统的 理论法相差较大,不能照搬套用,只能在理论分析的基础上参考借鉴。 1.3研究现状分析及存在问埋 13,1水泥混凝土路面破损与其施工质量有关 近年来,我国一直处于高速公路快速发展时期,现在城市道路和农村公路建 设又掀起热潮,在公路建设中,水泥混凝土路面由于其优点被大量釆用,我国的 水泥混凝土路面里程急剧增长。由于长期在公路建设中, 对施工质量的监控存在 着薄弱环节,对相关的技术 标准及要求没有严格执行, 第一章前言 5 对水泥路面板块具有极大的破坏性,所以很多水泥混凝土路面还没有到设计年限 就已经幵始大面积损坏,给公路运输业带来很大影响,例如行车安全性、舒适性、 经济性。同时也增加了养护维修费用。所以要从建设源头上进行控制,确保建设 时能严格按照设计要求’按施工技术规范要求操作,保证水泥混凝土路面的施工 质量’并对交通流和交通车辆进行有效管理’延长水泥混凝土路面的使用寿命。 第一章前言 7 特别突出问题是,对目前水泥路面改善使用的各种方法的运用上,在基本方 案的确定上,缺乏合理的选用和完善的设计方法。以致于造成方案不当,达不到 修复的目标,因此必然造成资金和财力的浪费,并且带来不良的社会影响。 132水泥混凝土路面的修复应以其评价结果为标准 水泥混凝土路面进行修复改造应首先对其路面现状进行专业的评价,以确定 其现有使用质量等级,然后根据规范来确定其目前状况应釆用小修保养、中修、 大修、改造中的哪一种养护对策,或者是进行对个别病害如板底脱空、唧泥、裂 缝进行维修处理,还是进行罩面或者加铺筋青面层,以及选择混凝土重铺的措施。 目前多数研究只是针对单一的处理方法进行研究论述,和评价指标体系联系不大。 L3.3对水泥混凝土路面的修复方法没有形成完善的体系 现在的研究多集中于具体实例,是在确定了修复方案的前提下对具体的方法 进行讨论。因此缺乏一个完整的体系,即从水泥混凝土路面的评价开始,由评价 结果决定修复方法,以及评价方法之间的优劣比较,最后详缩规定具体的修复方 法-并对修复后的水泥混凝土路面使用一段时间后进行评估。 1.4本文研究目的、内容 研究目的:本文在查阅、收集、整理国内外旧水泥混凝土路面修复改造技术 研究现状的基础上,借鉴已有的研究成果和方法,分析说明水泥混凝土路面破坏 的形成机理,为釆取相应的修复措施提供理论上可靠的依据,为后续施工工艺及 技术制定打下良好基础;将水泥混凝土路面的评价方法及标准在旧水泥混凝土路 面修复中的重要意义提出来,力求在选取修复措施时,保证措施得当,既满足要 求,又不标准过高,造成浪费;将旧水泥混凝土的修复方法分为修绪复原、加铺 层和重建,为施工单位提供具体的施工技术及工艺流程。 研究内容:介绍国内外目前在旧水泥混凝土修复方面研究内容及成果,提出 自己认为存在的问题;讨论旧水泥混凝土路面各种破损的机理,从理论上探讨了 破坏原因;阐述水泥混凝土路面的评价方法和标准等级,确定如何根据评价结果 来选择修复措施或养护对策;对旧水泥混凝土路面的三种修复方法即:修绪复原、 加铺层和重建的施工设计、关键工序施工工艺流程进行详细讨论,旨在指导具体 的旧混凝土路面的修复改造工程。 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 2.1水泥混凝土路面病害成因探析 混凝土路面由于施工、养护、行车及环境等因素影响,路面易出现断裂、碎 裂、唧泥、错台、拱起、沉陷等损坏,其损坏很大程度上是由于水渗入路面基层, 强度降低,加上板下一旦有水渗入就很难排出,在重载车辆轴载的频繁作用下, 易 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 6 形成级配碎石层的再次压缩,产生竖向位移,底基层压缩变形发射到基层,使 得基层产生断裂并随之下沉,导致基层与面板之间形成间隙,从而使混凝土路面 丧失了部分支撑,产生断板,板块间的约束减弱,单板承受的荷力加大,填料缝 在较大的竖向位移反复作用下,逐渐与混凝土面板脱离,丧失封水性能形成雨水 下渗,渗入的地表水在车辆荷载作用下产生较大的动水压力,侵烛路面基层,使 得基层细粒料与水共同渗出,产生了唧泥和板角断裂。同时,由于路面接缝处仅 有部分有传荷能力,接缝的传荷能力逐渐减弱,最终导致错台。而错台的发生又 加大了板块的冲击荷力,使级配碎石层产生了更大的压缝变形,逐渐发展为板体 下沉、断板,进而发展到破碎。 为适应社会对公路交通快速、安全、舒适、便捷的霈要,对路面损坏的概念 已从单纯的结构性破坏扩展到舒适性、安全性等功能性破坏。水泥混凝土道路面 板的破坏按此标准概括起来有如下几种主要类型。:1)横、斜向裂缝;:2)角隅 断裂::3)交叉网裂::4)卿泥、冒水::5)纵向裂缝::6>错台::7)沉陪;(8) 拱起、胀起;:9)胀逢、假缝、接缝冲击振动;:10>骨料外露。其中:1)项-(6) 项损坏屑于结构性破坏::7)项-(10)项为功能性破坏:除:8〉项-(10)项外, 其余各项均与支承条件相关。 2. 2接缝处破坏病害分类 接缝处是混凝土板体的应力分布比较集中的地方,是最容易引起破坏的部位。 初期的病害主要是集中在接缝处的破坏,接缝处的破坏可分为:错台、拱起、板块 活动和哪泥、填缝材料的破坏等。 2.2.1错台 错台现象常常与唧泥现象、填缝料丧失、路基的不均勻变形等密切相关。一 方 填缝料的丧失,会造成路面水的渗入,在车辆荷载的作用下,产生卿泥, 随着面, 卿泥的连续不断发生,路基游离土被不断带走,路基表面标高不断降低,产 生错台-另一方面,路基若处理不好,如压实程度不一致,则会随着通车时间的 增长,不均匀沉降和变形也会增加,也可产生错台。此外,以下原因也可造成错 台: 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 7 ?下部嵌缝板与上部缝隙未能对齐,或胀缝两侧混凝土壁面不垂直,使缝旁两 板在伸胀挤压过程中,会上、下错开而形成错台。 ?地面水通过接缝渗入基础使其软化,或者接缝传荷能力不足,或传力效果降 低时,都会导致错台。 ?当交通量或基础承载力在横向各幅板上分布不均勾,各幅板沉降不一致时, 纵缝也会产生错台。 错台的特点是横向接缝两侧路面板出现了竖向相对位移All,错台根据形成台 阶的髙度又可分为几种情况: 轻度错台一接(裂)缝两边路面形成的台阶髙度小于10mm; 中度错台一接(裂)缝两边路面形成的台阶高度小于10-15mm; 严重错台一接(裂)缝两边路面形成的台阶高度大于15nmu 2丄2挤碎和拱起 在横向接缝、特别是胀缝两侧数十厘米范围内,由于胀缝内的滑动传力杆位 置不正 i 确、滑动端的滑动功能失效、施工时胺缝内部有混凝土搭连、使用期间胀 缝内落入坚硬杂屑等原因,阻碍了板的伸长,使混凝土在膨胀时受到较高的挤压 应力,当该应力超过混凝土的抗剪强度时,板即发生剪切挤碎。 混凝土板在受热膨胀而受祖时,某一接缝两侧的板突然向上拱起。这是由于 混凝土板收缩时缝隙张开,填缝料失效,坚硬碎属等不可压缩材料塞满缝隙,在 板在膨胀时产生较大的压应力,从而出现纵向压曲失稳。 2.23脱空、板块活动和卿泥 唧泥是在车辆荷载作用下,扳下基层的细粒材料从接缝或裂缝处与水一同喷 出,致使板体与基础逐步脱空,并在接缝或裂缝附近常有污迹存在;脱空是面板与 基层之间存在一定的f,隙,脱空往往伴随哪泥的发生和发展而出现,水泥混凝土 路面卿泥损坏严重,i至影响到正常交通运输的运营,造成较大的经济损失和社 会影响。 2.2^3.1哦泥产生的原因 水泥混凝土路面卿泥是在车辆荷载作用下,面扳接缝、裂缝和板边下部产生 的水和细粒土混合物的强制性位移造成的。它的产生原因是水泥面板直接铺筑在 细粒高缩性土和易冲刷的基层上产生的,卿泥往往是错台、断板、接缝附近断板 等病害的诱因。 J 路面卿泥的产生,一般需具备以下条件: ?路基或基层的土壤处于松散状态,亦即存在松散之细粒土: ?在面板与基层及路面之间有自由水存在,并与松散细粒土混合形成泥衆; i ?频繁的重载车辆轴载的作用’水泥混凝土路面板产生泵吸作用将泥架喷出、 吸入。 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 8 2.23.2水泥混凝土路面卿泥损坏机理 水泥混凝土路面在凝结硬化过程中具有较大的干缩变形和温缩变形,从而要 求混凝土路面设置间距很密的胀缝、缩缝及符合施工要求的施工缝。水泥混凝土 路的接缝有以下五种:图1-5。 以上所必须设置的接缝(缩缝、胀缝、施工缝),加上施工期或使用期所产生的 各种裂缝,毫无疑问成为路面最薄弱、最易损坏的部位。尽管这些部位均经填缝 料处理,但目前的填缝料使用期都较短,2?3年后都不同程度地出现渗水现象, 雨水通过接缝、裂缝及板边缝隙渗入板底,在车辆动荷载的反复作用下,形成高 压水流,在板底接缝、裂缝及板边高速流动,对基层顶面进行冲刷,细颗粒从接 缝、裂缝和板边被带到路面,泥水在负压作用下被吸入板底,如此反复,板底逐 渐脱空,改变了混凝土面板原有的支承条件,造成受力状态的改变,从而产生错 台、脱空、板体下沉、严重时断板,进而发展到破碎。 图1纵向缩缝设置示意图 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 9 2纵向施工缝设置示意图 图3 —般公路横向缩缝构造 -i‘ jjH^ 料=SHS^mm 图4特重交通公路横向缩缝构造 3 5横向胀缝或胀缝处施工缝构造 2.2.4填缝料的失效、损坏 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 10 使用一段时间后常常会出现填缝料剥落、挤出、老化碎裂现象。填缝料的失 效、损坏,接缝内逐渐被砂、石、土等填塞,阻碍了板的膨胀,从而引起板的压 曲、破碎和接缝剥落等损坏。路面表面水流入基础,导致基础软化唧泥或冻胀, 进而导致其它病害。 2, 3接缝处破坏病害的预防 如上所述,唧泥现象往往是错台、脱空、断板的诱因,危害是巨大的,应在 设计和施工中尽量采取措施来避免和减少。笔者认为可从以下几个方面釆取措施: 23.1选择适宜的基层材料,提高基础的抗冲刷能力 水泥混凝土路面板体下存在松散细粒土是卿泥产生的内因之一,选择适宜的 基层材料是杒绝卿泥现象之根本。高等级公路一般釆用强度较高和抗冲刷的无机 结合料或是游青稳定粒料作基层,杒绝细粒土在基层上的应用,给混凝土面板提 供均匀支撑,防止_泥。 23J.加强防排水措施 路面水通过接:裂:缝或板边缝隙进入基层又无法自行排出是产生唧泥的重 要原因,采用适当的路面防排水措施可大大减小唧泥现象产生的概率。这可以从 以下四个方面进行: ?釆用路面排水措施加强路面排水,釆取的措施应保证表面水的排泄畅通, 缩短雨水在路面的滞留时间,减少接:裂:缝和板边缝隙渗水,可通过设置尽可 能大的路面横坡(1-1.5%)、设置路肩表面排水系统:如设置路肩排水带、排水槽等: 来实现。 ?加强接缝处理 选择优良的接缝板和填缝料,尽可能地防止雨水进入路面结构中,应加强灌 缝工作,由于大多数公路的灌缝工作做得不够,行车数月即渗漏严重,是水泥混 凝土路面的通病。对混凝土板产生的裂缝,也应即时采取措施及时进行填缝处理, 防止雨水下渗。 、 ?采用合适的路面结构,增强排水能力 改善路面结构形式,使得尽快将进入路面结'构中的雨水排出,也可以通过设 置路肩排水系统、具有排水功能的基层、塾层等设施,进行路面内部排水,排出 路面结构内部分游积的层间水。图6、图7给出了一种带排水系统的新型重交通水 泥混凝土路面结构体系’此系统包括排水基层或塾层、路肩下部的排水管道、有 路拱的路面双向排水、单向坡的路面单侧排水。 ?加强中央分隔带排水设施建设,如设置进水口、排水沟、集水井、排水管 等,对进入分隔带的雨水,若有排水设施,可通过地下排水设施如盲沟、排水管、 横向排水管等来解决,若无分隔带排水设施,则应对分隔带底部进行隔水处理, 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 13 确保分隔带雨水不进入路基, 费賫?廂 I 二? 二 v• _t 「二: 土 反诚权榆J r * ? , • *水 譬 隱 6混凝土路面、拥青路肩路面内部排水结构示意图 水死面 (反|| 载?> 排水替 图7混凝土路面、混凝土路肩内部排水结构示意 233减小荷载应力以防止卿泥发展 卿泥的发展与荷载应力的大小有关,要想方设法减小混凝土板接缝、裂缝及 板边底部荷载应力,有利于减少卿泥的发生。加强接缝的传荷能力,将板上所承 受的荷载有效地传递给相邻板,降低板底应力。可对横向接缝(缩缝、胀缝、施工 缝)设置传力杆,纵向接缝(施工缝、缩缝)设置拉筋。 23A增大面板分块尺寸 增大水泥混凝土道面板尺寸,即延长水泥混凝土道面板接缝间距0 2丄5铺设塑料薄膜 部分基层顶面:接缝处〉铺设塑料薄膜,防止雨水渗入基层。 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 11 2.4路面板内损坏 混凝土路面裂缝可分为表面裂缝、贯穿裂缝。而裂缝发生的时期又可分为初 期(或早期)裂缝和使用期裂缝。早期裂缝是指水泥混凝土路面板済筑完成后还未开 放交通前出现的裂缝,早期裂缝主要是表面裂缝,使用期裂缝后期裂缝实际是在 行使车辆荷载的作用下,加剧应力集中而引起原有早期裂缝扩展或产生新 2A1表面裂缝及机理分析 的裂缝。 表面裂缝的产生主要是由于混凝土的收缩引起的裂缝,路面混凝土收缩主要 有如下几种: ?塑性收缩 在水泥混凝土路面施工中发生的颗粒不均匀分层离析,实际是粗骨料从混合 料中分出,集料颗粒下沉,水分向上迁移,从而形成表面泌水,表面泌水的结果, 使水泥混凝土路面表面含水量增加,当混合料表面水的蒸发速度比泌水速度快时, 水的蒸发面就会深入到混合料表面内,毛细水面形成四面,产生较大的表面张力, 同时固体颗粒间产生毛细管张力,促使颗粒凝集,当混凝土表面尚未充分硬化, 不能抵抗这一张力时混凝土表面则出现裂缝。裂缝的发生时间大致与泌水时间相 对应,在混凝土绕筑后数小时混凝土表面将普遍岀现细徹的、各方向均存在的裂 缝’亦即龟裂。 ?自收缩 水泥的水化反应是质子体积缩小的反应,普通水海中由于有较高的C3S和 C^A,水化时体积变小,水化反应是吸收大量的水分,使水泥内部的水分含量降低 产生收缩:水泥的水化反应是放热反应,水化初期#放大*热能,温度上升快。 在水泥混凝土板中部,在水泥终凝后12h的水化温度可达到80~90度(混凝土温度 线膨胀系數为1X (即温度升高1度’每米膨胀aOlmm),使扳内部混凝土产 生显著的体积膨胀,而扳面外部温度和气温相近,这祥扳内产生较大的温度应力 场。当混凝土所产生的拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时(恰巧的是浪凝土的抗 拉 ,混凝土板就会产生裂缝6 强度极低) ?千燥收缩 在混凝土潘筑的初期’水分失去后,毛细水的张力加大,如果养生条件不好 的,会有干燥收缩裂纹产生。 ?碳化收缩 混凝土的碳化收缩也可引发龟裂,当混凝土的水泥用置较小、而水灰比较大 时’空气中的C02极易渗入到混凝土内部,与其中的械性物质起化学反应,生成 碳酸盐和水,即Ca(0H)2+C02=CaC03十H2O 碳化是一种同相体积明显降低的反应’促成了混凝土的收缩裂缝,碳化引起 ___________________ 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 ____________________ n 的收缩仅周限在水泥混凝土路面表层一定深度(数厘米),故只产生混凝土的表面裂 缝a 2_4.2贯穿裂缝及断板的产生原因 水泥混凝土路面贯穿裂缝是指贯穿板全厚的裂缝,可分为横向裂缝、纵向裂 缝、 斜向裂缝、交叉裂缝、板角裂缝等,其明显特征是裂缝贯通混凝土板全厚。 这些 纵向、横向及斜向裂缝的发展会使水泥混凝土路面扳完全折断成两块或两块 以上 形成断板。根据裂缝及断板发生的时间,可分为开放交通之前的断板(早期断 板) 和使用期断板(后期断板)。一般早期断板不多见。混凝土路面断板根据其损坏 程 度可分为三类:轻微断裂一裂缝无剥落或轻微剥落,未封缝的裂缝宽度为3nim’ 已 封缝的裂缝宽度不限,但封缝良好;中等断裂一裂缝处有中等剥落,未封缝的裂 缝 宽度为3?25mm,己封缝的裂缝无剥落或剥落轻微’但填缝料明显损坏;严重断 裂 _裂缝处有严重剥落;未封缝的裂缝宽度大于25nun。 有的断板是在施工期间由于混凝土的初期收缩受到阻碍而产生的拉应力超过 混凝土的抗拉强度而造成;有的是因为扳块尺寸过大所产生的温度翅曲应力超过 混 凝土抗弯拉强度而引起的’也有因为车载过大、应力集中等造成的断板’也有 的 是路基不均匀沉降或基层不合格引起的。 2_ 5混凝土路面裂继的预防 由于混凝土路面裂缝的产生同时受到多种因素的影响’其质置的控制也应根 据气候、施工条件、水和基层状况等实行综合控制。一般应作好: 2.5.1认真选择 混凝土原材料 ?水泥 对于特重型交通’可釆用早凝混凝土桂酸盐水泥、普通混凝土桂酸盐水泥和 道路混凝土硅睃盐水泥’但其标号必须在42_5级以上;对于中等和轻型交通,也。 可釆用矿渔混凝土桂酸盐水泥,其标号不得低于325级。 水泥中CsA含量大,引起混凝土的收缩大’脆性大’耐久性差;水泥中石奇含 量不足,也使混凝土具有较大收缩性;当MgO含量不大时也有减少混凝土收缩的作 用;提高活性矿物QS含量可保证水泥强度和射磨性能,提高QAF则有良好的动 力学性能’从而提高抗冲击能力。因此提高QAF和C3S含量’降低C3A含量, 将有助于改善路面混凝土质量。 ?骨料 釆用质地坚硬、洁净的河砂或海砂’细度模数宜在2.5以上’级配应符合规范 要求,砂的含泥量应控制在3%以内,其它指标符合要求。 粗骨料可为碎石或烁石,应质地坚硬、耐久、结晶,符合规定级配’最大粒 径不超过40min,含泥量不超过1.09&,硫化物及硫酸盐含量不超过i.o%,针状、 片状颗粒不超过15%。 2.S.2处理好混凝土施工质量控制 良好的混凝土质量是路面质量的保证,混凝土在制备和施工中需处理好以下 几个环节: 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 13 ?混凝土生产控制 施工中应严格控制配比:控制好砂率、水泥用量和水灰比;混凝土的拨拌要充 分’振揭要密实,出料要均匀’轮运输距离要短,同时考虑运输设备的配制,减 少离析都有利于减少路面病害的发生。 ?釆用混凝土真空吸水技术 混凝土振揭完毕,用真空吸水技术可将混凝土表面及内部的游离水和空气排 出,以降低混凝土的孔隙率和水灰比,增加混凝土的密实度和强度,提髙水泥与 骨料的界面结合力,可防止混凝土泌水过多而产生的收缩裂缝,减少混凝土缺陷。 适时收光抹面’在混凝土初凝前进行第一次抹面,在终凝前板面无泌水时实施第 二次抹面收光。 ?选择适宜的切缝时间 施工阶段温度应力大于混凝土的抗拉強度时,会发生施工断扳,形成温度收 缩裂缝。为了防止施工中的温度收缩裂缝,准确掌握切缝时间很重要,一般以混 凝土抗压强度达到5 — lOMPa为适宜的切缝时间。切缝时间还与水泥的品种、气 候温度、湿度有关’施工人员可凭现场施工经验用指甲在混凝土表面刻划,若出 现灰白色,指甲有磨损感便可进行切缝,切缝时间可参考表1选取。 表1 切缝时间参考值 昼夜帄均温度(C) 真空脱水混凝土切缝时间(h) 一般施工混凝土切缝时间(h> 5 40-50 45-50 10 25-30 30-35 15 18-22 22-26 20 12-15 、 18-21 25 8-11 15-18 30以上 5-7 13-15 ?^一 T -^―- I- r ? .... .... vr -w ? ?^厂 Ipi ,f^^ 生施工断板。分析水泥混凝土凝固过程中的抗拉强度,与温度应力对比’判断 发 生断板的条件,最后根据温度确定最佳银缝时机。 从水泥混凝土板凝固阶段的温度特性来说’在水化热、气温和日光辖射的作 用 下’板温随着绕筑时间不同在不同时刻出现峰值和谷值。以水泥混凝土绕筑时 4 为0计’对于2_5号水泥来说’ 0-6h为升温过程,6-12h为降温过程。这是一 个有 规律性的现象’如果暂不考虑翅曲应力和胀缩应力’ 6-12h阶段水泥混凝 土面板处 于降温收缩状态,容易发生裂缝。而从水泥混凝土面板凝固阶段的强度特性来说, 水泥混凝土早期强度以10-12h时段增长最为缓慢,抗裂能力的增长也最慢,由早 龄期水泥混凝土抗拉弹性模量的增长规律并对比上下午饶筑的水泥混凝土抗拉弹 性模量,下午绕筑的水泥混凝土处于降温斯间,模量值比上午低,在第lOh低2 倍 以上时对降低水泥混凝土的温度应力有利。这就解释了施工时普遍出现的上午 绕筑的水泥混凝土路面板容易出现施工断板的问题,因而一般水泥混凝土路面板 银缝时间以水泥混凝土饶筑后lOh为宜。 ?加强混凝土的养护 加强混凝土路面的养护,可即时粗止混凝土表层水分蒸发,从而有效防止混 凝土路面因高温、干燥产生的初期裂缝。 2S3防止路基的不均勾沉降 对不良土质的路基,应做特殊处理方可使用。在宜黄高速公路江宜段88.5km 路段内,其中膨胀土路段达48km,设计单位所釆用的改良和防护方法有两种- 改良土质 将膨胀土分为强、中等、弱膨胀土三种类型,强膨胀土不能作为路基材料, 予以置换;对中等及弱膨胀土需加以改良9改良方法通常是根据膨胀大小加入6 —8%石灰。分层碾压,每层压实厚度18mm。该方法使用后效果较好,据调查和 现场了解,改良后的膨胀土路段和其他非膨胀土路段在病害发生率方面基本相同。 2.53.2路基土坡的加固处理 应从以下三方面作好路面土坡的处理: ?土工隔栅加固边坡 土工隔栅是一种采用高、中、低密度聚乙稀、聚丙炼等多种树脂为主要原料 并连续挤出成型的高强度塑料网,分层埋在土中,具有抗老化之优点,其主要机 理是网格与土体的摩擦力限制了土体的侧向位移,因而提高了土体的整体性,同 时土体抗拉强度得到改善,增加了土体的变形模量。 ?选择合适的坡比也是维护路基很重要的方面,对膨胺土,裤比釆用1:1则稳 定性极差,理论分析(极限帄衡法)和现场试验均说明这一点;坡比1:2则即使对基坡 不做处理’其稳定性仍然很好,而坡比在1: 1一 1:2之间时,可采取适当的加固 处理即可保证基坡的稳定性,从而保证路面不出现由此而引起的病害。 ?选择适宜的基坡加固方法 可以釆用拱形骨架与种植草坪结合的方案,骨架可釆用衆砲石,也可采用低 标号混凝土或条石。类似的加固方法还有格式护坡、矮挡土堵等方案。 2.533搞好基底处理 路基是一线形工程布置,它所跨越的区域较大,遇到的基础地质条件不同。 不同的地质条件,特别是不良地质条件(如软基)基床’对路基质量是一个较危险的 ___________________ 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 ____________________ H 影响因素,如处理不恰当,或处理不彻底,在其上填筑路提或铺设底基层,均会 造成意料之外的或过大的沉降。 2.5丄4搞好填切交界处的处理 填切交界处是路基沉降的易发区,当路堤在斜坡上或填切交界处,或原有路 提上或路堤处在垂直路中线测得的坡度大于1: 5时,应把原地面挖成台阶,台阶 宽 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 19 度不应小于Im ,用小型机具进行夯实。并向内侧倾斜2%。在铺筑水泥混凝土 路面时,在该处宜设置伸缩缝。 摘好台背填筑 目前,从建成通车的公路来看,构造物台背跳车是通病,然而最明显的是台 背沉陷或错台,主要原因是台背回填质量差。为此,在施工中应做到:台背填筑 要求每层松铺厚度不得大于20cin,压实度不得小于95%,回填材料最大粒径不大 于15cm,且应有良好的级配和透水性。 2.5.4针对施工时水泥混凝土收缩引起的开裂 2.S.4.1降低水泥混凝土收缩量 降低水泥混凝土收缩量,主要是采用膨胀技术,该技术在施工工程项目中被 釆用。主要用于水泥混凝土的防裂、消减应力、防水、防渗等?基本原理就是用 膨胀来补偿或抵消水泥混凝土的收缩,以降低水泥混凝土的收缩拉应力,防止路 面开裂。在水泥混凝土的配制过程中,可釆用膨胀水泥或在水泥中掺入膨胺剂来 实现这个目标。 2..SA.2减轻层间限制 减轻层间限制,就是拓展水泥混凝土扳的伸缩自由度,减小水泥混凝土面层 间的伸缩自由度,减小水泥混凝土路面各层间的粘接力。 消除层间辩接剪应力的方法很多,如:涂油、铺油链、确保基层帄整度等。 通过试验对比:确保基层?整度’釆用塑料薄旗辆离的方法’施工简便,既起到 隔离作用,又不影响层间传力效果,价格也便宜。通过几个工程实践应用,效果 路面坑槽与麻面 水泥混凝土路面脱皮破坏是指在车辆荷载的作用下,路表面混凝土硬化水泥 菜体逐渐剥落露出粗骨料形成很粗链的毛面或高低不帄的陷坑,直径约2cnK5cm 的小坑, 此种破坏产生的原因主要是由于水泥混凝土路面施工质量控制不好、水灰比 过大等原因造成的。混凝土在饶筑振揭过程中,新鲜混凝土砂菜中的水会从底部 向上渗出。出现两种现象,其一是向上渗出的水聚集在粗骨料颗粒的底面’在水 泥菜和骨料之间形成间隙或孔隙;其二是在靠近混凝土块体顶面区域有较高的水灰’ 匕,使该区域的混凝土强度降低’形成‚薄弱带?,‚薄弱带?的厚度随着混凝土 __________________ 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 _____________________ 16 水灰比的增大而增大,而该部位的强度却随着水灰比的增大而减小。路面形成达 不到设计强度的‚薄弱带?,在车辆荷载的反复作用下,该‚薄弱带?很快剥落脱 皮,从而使混凝土路面出现脱皮陷坑。在宜黄公路及黄黄公路通车一年后均可以 发现此种破坏。这种破坏的解决方法有,选用有矿物掺和料的混凝土和加入减水 剂的混凝土,使用纤维混凝土也可以大幅度改善这种情况。可通过加强混凝土的 施工管理,减少泌水,加强振搗和养护来解决,表面采用耐磨的活性集料将有利 于减少麻面露骨。 2. 6旧水泥混凝土面坂破坏阶段及其破坏机理分析 2.6.1初始裂隙阶段 (1) 扳体徼裂隙的产生是板你微观结构本身及损伤断裂破坏的具体表现。 根据Brace (1964年)对岩体损伤力学的研究结果: 加大而增加,当应力达到0.85 oc时,微裂隙大量增加: 当应力超过0.850 C以 后:oc为板体断裂时需要的应力:内部的微裂隙数量猛增,其中长裂隙比短裂隙 数目增加的更快,微裂隙连续扩展并向轴向应力方向靠近而逐渐形成裂隙集中带, 板体的最终宏观断裂正是这些近于帄行轴向应力方向的大量微裂隙的产生、扩展、 密集、集中,并沿相对较弱的方向相互贯通,彫成一定的断裂破坏带的结果。 (2) 混凝土板体易于受拉应力产生脆性断裂 板体由于其受力特点和温差影响,相 对的板底拉应力大于扳顶之拉应力,特 别是当基面层接触条件不完全吻合Winkler地基条件时’板体会产生更大的弯曲 受拉。断裂源就产生在张应力区的表面,即板底,由此点开始自板底向板顶内部 产生与张应力垂直的拉伸断裂面,当断裂通过中性面后,断裂发生弯曲,有时发 生分叉’从而形成一个具有几何对称状的断裂,上部裂缝比底板裂缝更宽,通过 试验室试验及现场破坏断面的观测证明:张性断裂往往表现为一条。而压应力区 断裂表现为多条,甚至不断分叉:龟裂厲此种类型〉。 (3) 板体剪性断裂 由于路面板中材料不均匀、施工中各种因素造成混凝土强度低下的局部区域 与周围板体具有不同弹性性质’它们都可以集中远场张应力而导致裂隙处的局部 张应力超过板体的抗拉强度而成剪性断裂。 按交通分级计箅分析时所用的参数和指标以及交通分级计算结果汇总,当荷 载疲劳应力、温度疲劳应力共同作用S加时’其远场弯拉应力可达到乂0M Pa , 则孔洞或裂隙边界切向应力a 0=3 0 ,3 =3X5.fel5.0 MPa。这样的切向应力必导致 致混凝土板幵裂。 2.6.2裂缝扩展阶段 对于有些不规则的裂隙可简化为椭圆状:Kranz,1983〉,若棉圆的长短轴比a/b 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 21 在路面扳体非常大,也即很扁,则局部应力会远远超过远场应力anglis,1913) 仅 中 I:径为考虑温度疲劳应力0 r3=0.99MPa,当存在一长轴a为5mm,最 孔洞 2mm的 :r=lmm)时,其局部应力为; oe [l+{2a/b)] =^0.99 [1+(10/1)] =10.89MPa> [oo ] =5.0MPa 这充分表明局部最大张应力是出现在椭圆形洞穴直径最小的部位,这种极髙 的局部张应力就成为裂缝扩展的主要原因。 随着断裂尖端附近应力的再度集中,裂缝长度会不断扩展,直至在混凝土内 在品质较好:失去应力高度集中的前提:的地方终止;否则,会形成贯通式裂缝。 而裂缝长度的发展过程用断裂张幵位移COD基本原理描述是最为适当的: 当远场拉应力Oy小于作用在:c-a)区域内的拉伸应力t (温度下降产生板体 收缩应力时’即 Oy=Op^=l,48MPa ,^进―进•^扩 腔状热甜 展 展 第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 20 Iff 图8 水泥混凝土路面板综合性断裂破坏链关系示意 第三章旧水泥混凝土路面的破损评价 ,2 第三章旧水泥混凝土面的破损评价 对旧水泥混凝土路面的破损进行评价,找出其路面破损的主要病害以及严重 程度,并且按照规定的评价方法、标准及等级,判断现有旧水泥混凝土路面的质 量状况,根据状况等级和破损类型级别选择修复改造的方案与措施。 3.1旧水泥混凝土路面病害类型和分级 3,1.1旧水泥混凝土面层断裂类病害 ?贯穿水泥混凝土面层的断裂裂缝,按裂缝出现的方位和面板断裂的块数, 分为下列4种病害。 (1) 帄行或近于帄行路面中心线的纵向裂缝。 (2) 垂直或斜向路面中心线的横向或斜向裂缝。 (3) 从板角隅到斜向两端的距离小于l.Sm的角隅断裂。 (4) 两条以上裂缝交叉/使板断裂成3块以上的交叉裂缝和断裂板。 ?纵向、横向或斜向裂缝和角隅断裂病害,按裂缝缝隙边缘破碎程度和缝隙 宽度,可分为下列3个轻重程度。 (1) 轻微一缝隙边缘无破碎或错台的细裂缝,缝隙宽度小于3min:或者,填 缝良好、边缘无破碎或错台的裂缝。 (2) 中等一缝隙边缘中等破碎:或:错台小于10mm,且缝隙宽度小于15iniB。 (3) 严重一缝隙边缘严重破碎或错台大于10mm,且缝隙宽度大于15inm。 ?交叉裂缝和断裂板病害,按裂缝等级和板断裂的块数可分为下列3个轻重 程度等级。 (1) 轻微一板被轻微裂缝分割成2?3块。 (2) 中等一板被中等裂缝分割成3?4块,或被轻微裂缝分割成5块以上。 (3) 严重一板被严重裂缝分割成4?5块,或被中等裂缝分割成5块以上。 3.1.2旧水泥混凝土面层S向位移病害 ?水泥混凝土面层的竖向位移,按产生原因的不同分为下列2种病害。 (1) 沉陷 (2) 胀起 ?沉陷和胀起病害,按其对行车的影响分为下列3个轻重程度等级。 (1) 轻微一车辆以限速驶过时仅引起不舒适感的轻微跳动0 (2) 中等一车辆驶过时有产生不舒适感的较大跳动。 (3) 严重一车辆驶过时产生过大的跳动,引起严重不舒适或不安全。 旧水泥混凝土面层接缝类病害 ?水泥混凝土路面板接缝处的损坏,按损坏的形态和影响范围可分为下列6 种病害。 第三章旧水泥混凝土路面的破损评价 ,2 (1) 接缝填缝料损坏 (2) 纵向接缝张开 (3) 卿泥和板底脱空 (4) 错台 (5) 接缝碎裂 (6) 拱起 ?接缝填缝料损坏,按填缝料出现老化、挤出、缺损的情况,可分为3个轻 重程度等级。 轻微一整个路段接缝填缝料情况良好,仅有少量接缝出现上述损坏。 中等一整个路段接缝填缝料情况尚可,1/3以下的接缝长度出现上述损 坏,水和硬质材料易渗入或挤入。 t 严重一接缝填缝料情况很差,1/3以上的接缝长度出现上述损坏,水和 硬质材料能自由渗入或挤入,填缝料需立即更换。 ?纵向接缝张开病害,按接缝的张开量可分为2个轻重程度等级。 <1)轻 微一接缝张幵lOmm以下。 (2)严重一接缝张幵lOmm以上。 ?哪泥和板底脱空病害,可分为2个轻重等级a (1) 轻微一车辆驶过时,有水从板缝或边缘外唧出,或者在板接:裂:缝边 缘的邻近表面残留有少量卿出材料的沉淀物。 (2) 严重一在板接:裂:缝边缘的邻近表面残留有大量卿出材料的沉淀物, 车辆驶过时,板有明显的颤动和脱空感。 ?错台病害,按相临板边缘的高差大小可分为3个轻重程度等级。 (1) 轻微一错合量小于5mm; (2) 中等一错台量5?lOmm; (3) 严重~^|台量大于10mm。 ?接缝破碎病害,按碎裂范围和程度可分为3个轻重程度等级。 (1) 轻微一碎裂仅出现接缝或裂缝两侧8cm范围内,尚未采取临时修补措施; (2) 中等一碎裂范围大于8cm,部分碎块松动或散失,但不影响安全或危害 轮胎,• (3) 严重一影响行车安全或危害轮胎0 ?拱起病害的轻重程度分级,与沉陷和胀起病害相同。 3.1.4水泥混凝土面层表层类病害 水泥混凝土面层的表层损坏’可分为下列5种病害4 (1)磨损和 露骨。 (2) 纹裂、网裂和起皮。 第三章旧水泥混凝土路面的破损评价 ,2 (3) 活性集料反应引起的网裂。 (4) 粗集料冻融裂纹。 (5) 坑洞。 ?磨损和露骨病害,按磨损或露骨的深度分为2个轻重程度等级。 (1) 轻微一磨损、露骨深度小于等于3mm。 (2) 严重一磨损、露骨深度大于3mm。 ?纹裂、网裂和起皮病害,按是否出现起皮和起皮病害的面积,可分为3个 轻重程度等级。 (1) 轻微一板的大部分面积出现纹裂和网裂,但表面状况良好,无起皮。 (2) 中等一板出现起皮,面积小于等于混凝土面积的10%。 (3) 严董一板出现起皮,面积大于混凝土板面积的10%。 ?活性集料反应病害可分为3个轻重程度等级。 (1) 轻微一板出现网裂,面层可能变色,但未出现起皮和接缝碎裂。 (2) 中等一出现起皮和:或:接缝碎裂,沿裂缝和接缝有白色维屑。 (3) 严重一出现起皮和:或:接缝碎裂的范围发展到影响行车安全或危害轮 胎,路表面有大量白色细屑。 ?集料冻融裂纹病害可分为3个轻重程度等级。 (1) 轻微一裂纹出现在缝或自由边附近a3ni范围内,缝未发生碎裂。 (2) 中等一裂纹出现在缝或自由边附近,范围大于0.3ni,受影响区缝内出现 轻微或中等碎裂。 (3) 严重一裂纹影响区裂缝出现严重碎裂,不少材料散失。 ?坑洞病害不分轻重程度等级。 , ?修补损坏病害,按修补处再次出现的损坏情况,分为3个轻重程度等级。 (1) 轻微一轻微破损,或边缘处有轻微碎裂。 (2) 中等一轻微裂缝或车输、推移、边缘处有中等碎裂和10mm以下错台。 (3) 严重一出现严重裂缝、车徹、推移或错台,需重新进行修补。 3. 2水泥混凝土路面状况调査 3.2.1路面状况调查内容 路面状况调查主要包含7个方面: ?路面破损状况 ?结构承载力 ?行使质量 ?抗滑能力 ?交通状况:车辆组成和轴载: ?路基和路面排水状况 第三章旧水泥混凝土路面的破损评价 ,2 ?路面修建和养护历史 按调查需求和路面状况的不同,分别选择不同的调查内容和调查深度或细度, 釆用不同的评定指标和标准。 3.2J路面破损调查 路面破损状况以病害类型、轻重程度和出现的范围或密度三项属性表征。各 种病害的定义和轻重程度分级见3,1节规定确定。各种病害和轻重程度出现的范围 或密度,以调查路段:或子路段:内出现该病害和轻重程度等级的混凝土板块数 占该路段:或子路段:板块总数的百分率计。 3. 3水泥路面现有使用质最评定 水泥路面的评定指标有:路面状况指数(PCI)、帄整度(0)、抗滑系数(F)以及 路面综合评定指标(SI)以及坏板率(HBNiO和总坏板率(HBN)。 3. 3.1路面破损状况 水泥路面的路面破损宜使用路面状况指数(PCI)及断板率(DBL)表示。 ?路面状 况指数 水泥路面破损分类分级见3.1节0水泥路面的路面破损调査应当调查各类损 坏的各种程度的损坏数,占路段内板块或裂缝总数的比例(%),也称为损坏密度。 路面状况指数数值范围为0?100,数值越大,路况越好。计算方式下: PCf^lOO-'^^D^'W, (3.3-1) 式中:i、j—分别为损坏类型和严重程度,由调查表取得; n—损坏类型总数; 取——i类型的严重程度等级数: l^ij——多种损坏时i类损坏j种程度的修正权数,按式(3. 3-3)计算: — 1类损坏j种程度的扣分值,为损坏密度Ih的函数 巧巧 (3. 3-2) 式中:一i类损坏j种程度的损坏数占路段内板块或裂缝总数的比例(%> 力IJ、 ——系数,见表3。 2.5*/?,, 及与 <0.2 ^ J 0,5 +0,6857 墨 0.2) 0.2 ^ i?^ < 0.55 (3. 3一3) ‚? ^ 0.74 + 0.28 ’ (R,. - 0.55 ) 0.55 玄 < 0.8 • 0.81 + 0.95 . - 0,8) R, 0.8 第三章旧水泥混凝土路面的破损评价 ,2 式中:足 -各单项扣分值占总分值的比值,艮 DP :; (3, 3—4) R n m : DP IZ 表3 A和5」系数 系 数 Sj 力U 严重程度 轻 中 重 轻 中 纵、横、斜裂 30.2 62.7 93.5 0.55 0. 52 0- 54 损 坏 类 型 交叉裂線破碎板 83.3 103 0.49 0. 42 板角断裂 49.2 72.5 94.5 0‘ 26 0, 64 0,61 错台、拱起 60.7 92,4 0.61 0, 53 接缝碎裂 23.0 30. 0 50.8 0,81 0,61 0.71 2)坏板率和总坏扳率 将各类损坏的、各种程度的板块数,可以计算坏板率和总坏板率,以反映坏 板 所占的相对比例。可按下式计算: n "i HBN.= 5. S. (3. 3-5) HBN HBN, ^HBN, …+ HBN, ?•“ + HBN’ (3’ 3-6) 式中:,‚——计算坏板的i种损坏j种程度权数,见表 4 Su—i种损坏j种程度的板块数; S.~计算路段总 的板块数: k=I, 2,……,n——分别对应损坏类塑; HBN——总坏板率: HBNu県,……HBN, •各损坏类型的坏板率 表4计算坏板程度的权值 第三章旧水泥混凝土路面的破损评价 ,2 错台 卿泥 坑洞 交叉 类 横斜裂 缝、修板角断裂、 接缝材 料 拱起 裂缝 型 补损坏 表面 裂纹与层状破损边角 剥落 剥落 轻 重 轻 中 重 轻 中 重 轻 重 轻 中 重 程 度 0. 37 1.0 a 2 0.4 0. 54 0.46 0, 50 0. 60 0.50 1.00 0. 35 0_ 80 1.00 0. 35 0. 20 权 数 3)路面破损状况等级划分 路面破损状况分为五个等级,各个等级的路面状况指数和断板率评定标准见 表5 表5路面破损状况等级评定标准 评定等级 优 良 中 次 差 路面状况指数 >85 <40 84 ?70 69 ?55 54 ?40 >20 断板率DBL (%) 2?5 6?10 11 ?20 3. 3,2表面功能评定 表面功能主要指帄整度和抗滑系数。帄整度:0)是以连续式帄整 度仪 测得的数据为标准。用其他仪具量测时,应建立相应的换算关系 x\ 行使质量分为五个等级,各个等级的行使质量标准见表6 表6行使质量等级评定标准 评定等级 优 良 中 次 差 5=8.5 <2.0 行使质量指数RQI 8. 4?7.0 6.9 ?5 4:5 ?2,0 路面表面抗滑能力采用侧向力系数SFC或抗滑值SRV以及构造深度两项指标 评定。路面抗滑能力分为5个等级。各个等级的评定标准见表7。 表7路面抗滑能力等级评定标准 评定等级 优 良 中 次 差 构造深度 <0,2 0. 7?a 6 0,5?a 4 0. 3?a 2 第三章旧水泥混凝土路面的破损评价 ,2 (mm) <35 抗滑值SRV 咨65 64 ?55 54 ?45 44 ?35 横向力系数 55 <0. 30 0. 54 ? 0.44 ? 0.37 ? SFC 0. 45 a 38 0‘ 30 3.3- 3水泥路面综合评定 水泥路面综合评定是用路面综合评定指标(SI)评价。标准分为优、良、中、 差 四个等级,其评价标准见表8。路面综合评定指标(SI)其评定值用分项指标加权 计 算得出。 (3.3-7) 式中:S、—路面损坏状况所占分数,用式(3. 3-8)计算: (3. 3-8)Si = PCI /lO 一帄整度所占分数,用式(3.3-9)计算: 10 at S (3. 3-9) 17 -2.5-0 26 式中:o —路面帄整度指标; 5——抗滑系数 所占分数,用式(3, 3-10)计算: 10 F>5S S (3. 3-10) 0.4-F - 0.1 384,5 帄整度(0) 实2. 5 >2. 5?幻‘5 >3. 5?:S4.5 ^55 <38 抗滑系数(W 她?<55 3^38 ?48 5=8.5 <4,5 路面综合评定指标(SI) >6. 9 ?<8.5 5 ?<6’ 9 ?高速公路及一级公路的路面破损状况等级为优和良,或者二级及二级以下 公路的路面破损状况等级为中及中以上时,可采用日常养护和局部或个别板块修 第三章旧水泥混凝土路面的破损评价 ,2 补措施C ?高速公路及一级公路的路面破损状况等级为为中及中以下,或者二级及二 级以下公路的路面破损状况等级为次一级次以下时,应釆取全路段修复和改善措 施,包括浙青混合料修补、板块破碎和碾压稳定、铺筑浙青混凝土或水泥混凝土 加铺层以及修建纵向边缘排水设施等。 ?髙速公路及一级公路的路面行使质量等级为中及中以下,或者二级及二级 以下公路的行使质量等级为次及次以下时,应釆取刻槽、罩面或加铺层等措施改 善路面的帄整度。 ?高速公路及一级公路的抗滑能力等级为中及中以下,或者二级及二级以下 公路的抗滑能力等级为次及次以下时,应釆取刻槽、罩面等措施提商路表面的抗 滑能力。 ?路面结构承载力不满足现有交通的要求时,应釆取铺筑浙青混凝土或水泥混凝 土加铺层措施提高其承载能力。 第四章旧水泥混凝土路面的修绪复原 针对某一具体的水泥棍凝土路面修复工程,应先进行调查与分析,然后从导 致 混凝土路面病害的主要因素上釆取措施,遏制馄凝土路面病害的发展势头,逐 步 采取处治对策,使混凝土路面路况尽快得到改善。 4.1裂缝及断扳的处理及修复工艺 裂缝出现的程度不同,它对混凝土路面的破坏程度也不一样,轻微的裂缝可 并 未引起路面的断板,但随着时间的推移和承受车辆荷载的不断累计,原先轻微 的 裂缝会发展和扩大,造成更为严重的影响,最终产生断扳,其修补以灌缝为主。 对 裂缝和断板的处理,可根据其损坏程度不同而作不同的处理,一般可分为对轻 微 裂缝的裂缝修补、断面局部断裂时的局部修补,裂缝处有严重剥落板被分割成3 块 以上修补,对有错台或断裂块己开始活动时的整板更换《 4.1 J整板全厚置换 整板更换的方法就是首先用破路机(重力式或液压式),将断扳严重的板块全 部 破碎,整块板予以凿除,若基层强度不足或渗水软化以及有路基不均勾沉降时, 在处置好基层和路基后,再重新绕筑新的混凝土板或采用混凝土预制板块,最后 用填缝料处理修补块的缝隙。为了保证处理后的板边整齐及不破坏相邻块,可釆 用‚全切法?,即沿拟更换板块周边用银缝机将板全厚切断,其工艺为: ?破路 机(重力式或液压式)法: 1) 银缝机沿全厚锅缝; 2) 破路机对整板进行破碎,并清除; 3) 若基层或路基有问对其进行处理: 第四章旧水泥混凝土路面的修络复原 11 4) 水帄钻眼设传力杆或拉杆’对纵向拉杆,钢筋与钻孔间填满结构胶(如国内 的YZJ — 1型及瑞典的喜得利牌等):对传力杆,应严格按规范对传力杆进行端部 处理;确保传力可靠; 5) 现饶或预制新的混凝土板,并养生至幵放交通的强度。 ?釆用静态胀裂方法凿除板块 1) 银缝机沿全厚银缝: 2) 按30cniX30cin的孔间距布置梅花型竖向钻孔: 3) 在孔内装入JC 一 1型静态破裂剂对扳块破碎,并淸理; 4) 若基层或路基有问题’应釆取措施对其进行处理; 5) 水帄钻眼设传力杆或拉杆’对纵向拉杆,钢筋与钻孔间填满结构胶;对传力 杆’应严格按规范对传力杆进行端部处理,确保传力可靠; 6) 现饶或预制新的混凝土扳’并养生至幵放交通的强度。 当釆用重新绕筑新的混凝土板时,若釆用常规材料修复或更换,则需要较长的养 护期,这样将势必影响交通,因此必须釆用快凝材料。并且要和基底混凝土之间 有很好的相容性。 4.1.2局部全厚置换 板面局部断裂损坏,进行小块修复时,应视板面断裂损坏的程度不同分别迸 行不同的修补: ?对于断裂轻微、裂缝有轻微剥落的,但并未贯通,可釆用‚浅切法?,即先 划线放样,按划线范围将混凝土板面锡深4-8cni,凿除其中之混凝土使其成为长方 形M槽,必要时也可在剩余底部板上打眼插入短钢筋头,以增加新旧混凝土的整 体性:清洗千净后绕筑掺入快凝剂的混凝土并养生,也可釆用钢纤维混凝土。‚浅 切法?及表面处理法只能从表面处理,防止水渗入路面基层,无法从结构受 力上予以根本解决,从病害路面的处理效果来看,‚浅切法?处理后大多数会重新 开裂,所以,‚浅切法?的处治效果不理想。 ?对于轻微断裂、裂缝较宽且有轻微剥落的断板,应按裂缝两侧至少各20cm 的宽度放样,按画线范围开凿成深至板厚一半的H槽,此四槽应与中线垂直,刷 洗干净四槽,并在其底部裂缝的两侧用冲击钻沿与中线帄行方向,间距3040cm 打眼贯穿板厚达基层表面’然后再清干净四槽及孔眼,在孔眼安设高于保留板面 厚度的工字型钢筋,冲击钻头直径釆用30规格工字型钢筋釆用媒纹钢筋制作,安 设后用高标号砂衆填塞孔眼至密实,最后用与原路面相同或高一级标号的快凝混 凝土饶筑至路面帄齐,该方法有时也称‚半切法?。 ?对断裂较严重、裂缝己贯通板厚且有一定缝宽的断板’可采用局部全厚修 补,即在断裂两侧各数十公分宽度放样画线,用银路机将板面全厚切幵,形成[HI 槽,必要时对基层做出处理,然后在四槽边缘两侧板厚中央打洞,深度大于10cm, 直径3?4cm,水帄间距30爿nn,每个洞应先将其周围湿润,插入一根直径18— 第四章旧水泥混凝土路面的修络复原 11 20nnn、长度20cm的钢筋,然后用快凝砂架填满揭实,待砂衆硬化后烧筑快凝混 凝土至路面齐帄,也可用钢纤维增强混凝土按此方法修补。 4S3表面裂缝修补的材料与工艺 表面裂缝虽不是结构性破坏,但裂缝的存在会造成应力集中,进而引起结构 破坏,灌缝是处理表面裂缝最经济有效的办法。 4.13.1高聚物灌缝材料 对于断裂轻微、裂缝无剥落或剥落轻微、缝宽小于3cm的开裂,可釆用灌入 粘结剂的方法进行修补。该方法关键技术为粘结剂的类型和性能,常用的有:聚 胺树脂灌缝类一为双组份,A组为多元酵和二异氛酸脂的预聚体;B组为固化剂,A、 B两组釆用100:27比例配成聚胺脂灌缝料,其抗弯拉强度达6.5MPa,适宜于灌宽 缝。它的最大优点是在潮湿界面及减性界面处能与界面紧密结合。 第四章旧水泥混凝土路面的tt缮复原 聚硫环氧树脂灌缝料一釆用聚硫橡胶:环筑树脂=16: 2.16比例配兌而成,其抗 拉强度可达32MPa,用于灌窄缝。它的特点是改善了环氧树脂的耐老化性和脆性。 环氧树脂灌缝料一由环氧树脂(胶结剂)、二甲苯(稀释剂)、邻苯二甲酸二丁脂(增初 剂)、乙二胺(固化剂)、水泥或滑石粉(填料)组成,其紀合比为:胶结剂:稀释剂: 增朝剂:固化剂:填料=100: 40: 10: 8: (200"400)。BL — GR01JT高分子粘结 剂一为双组份,A组为主剂,B组为固化剂,A、B两组的比例为2:1的比例配成 灌缝料,其抗弯拉强度为6.5Mi>a,适于灌3inm左右的裂缝。 4A3J2高聚物潘缝工艺 裂缝修补常用的施工方法有:直接灌入、喷嘴灌入、钻孔灌入、注射器灌入 等方法。 ?直接灌入法一适于施工中产生的混凝土收缩裂缝。在开放交通前,若发现 混凝土板块出现裂缝,则可用聚硫环氧树脂灌缝料直接灌注。 ?喷嘴灌入适于通车路段冬季裂缝修补。主要操作工艺为:清缝一埋设灌 衆嘴封闭裂缝一配灌衆材料一灌菜一加热增強。 ?钻孔灌衆法一适用于非冬季裂缝修补0我国大多数修补都采用这种工艺。 薄层罩面修补孔洞、坑槽主要是由于混凝土材料中夹带木块、纸张和泥块等杂物 以及混凝土配比不当造成的,影响行车的舒适性,孔洞和坑槽的修补一般是釆用 簿层罩面的方式。其修补方法为- (1) 先将孔洞凿成形状规则的直壁坑槽; (2) 用钢丝刷将破坏处的尘土、碎屑清除; (3) 用压缩空气吹干净修补面; (4) 填上聚合物乳液混凝土: (5) 喷洒养生剂;^ (6) 养生至规定通车时即可通车。 对较深的孔洞或连片的小坑洼,应集中划为一个施工面,进行軍面。步骤如 (1) 放样:用粉笔画出处治区域; (2) 用切缝机切成5cm以上深的槽: (3) 用风镇凿毛,人工将切缝机切过的光滑面打毛,以提高新老结合面粘结 (4) 用压缩空气吹出混凝土碎屑: 力 (5) 配制聚合物砂装或混凝土’注意菜液质量是影响工程质量的关键因素之 配制柴液材料要严格按照设计要求的配合比拌装: (6) 配制水泥楽乳液界面剂,并均匀地涂刷在界面上; (7) 将搅拌好的混凝土倒入坑内摊铺、振揭、提菜、抹帄; 第四章旧水泥混凝土路面的修络复原 11 (8)喷洒养生剂并养护至幵放交通。 坑洞 的坑槽的修补材料一般为聚合物砂衆。 4.2接缝处病害的处治和修复技术 4.2.1接缝处治技术 接缝是水泥混凝土板块的薄弱部位,填缝料老化要立即更换,否则路表水会 沿接缝渗入,侵烛基层。填缝料应满足与水泥混凝土板缝壁具有较好的粘结力, 当混凝土板伸缩时,填缝料能与混凝土壁粘接牢固,而不致从混凝土缝壁上拉脱 具有较高的拉伸率,能随混凝土板胀缩而伸缩,而不致被拉断;射热及耐嵌入性好, 在夏季高温时,填缝料不发生流淌,砂石杂物不易嵌入,保证混凝土板伸胀不受 阻;具有较好的低温塑性,在冬季低温时’不发生脆裂,仍具有一定的延伸性;耐 久性好,在野外恶劣的气候条件下,能在较长时间内保持良好的使用性能,不过 早发生老化,施工方便,价格适中。 接缝板主要有软木板,聚氣脂硬泡沫板、松木板。软木板具有耐磨、耐腐烛、 透水性小、透气性低、富有弹性、质地轻柔等特点;聚氣酷硬泡沫板具有吸水性小、 耐磨、耐油、耐腐烛、耐热等特点:松木板是公路部门多年采用的传统接缝材料, 由于木板复原率低,树节较多,易吸湿,易腐姓,所以效果较差。 缩缝施工时,为保诬清缝质量,对杂物充填较多的纵缝,必须用切缝机切割, 其它缝也应用铁钩对杂物和老化的填料进行淸理,然后用高压气体吹净。对加热 型填缝材料,按规定进行溶化,使其具有较好的流动性,加热温度不宜过高、过 低’时间不宜过长,以避免材料老化或流动性较差。用黄油枪或扁嘴铁壶沿缝方 向均匀烧灌加热后的填缝料至缝填满为止(不宜过高或过低),潘缝深度至少应大于 15cmo灌缝应在路面干燥及路面扳下没有积水时进行,保证填料与缝壁粘接牢固 且不被高压水剥离、挤出。根据填缝料性质,做好施工交通控制工作,待填缝料 冷却后幵放交通(一般需30min>以免其被行车粘掉。坚持周期性养护,根据填料 的有效使用寿命,对全部构造缝进行全面淸缝和补灌,其后每年入冬和雨季之前L 进行补灌,保证构造缝全部密封。张缝在日常养护中的应用主要有两种情况:对传 荷功能正常的胀缝注意检查其伸缩量,及时灌注IS胶泥,以防止收缩过大而渗水 和嵌入杂物,破坏其作用。高温季节混凝土胀缝易出现拱起和爆裂现象,这种现 象主要出现在坡顶和坡下桥头等处,对此应根据不同情况釆用切宽胀缝以释放能 量’填筑柔性材料代替切除部分。切割宽度可视拱起面扳的长度和碎裂的混凝土 面板的范围而定,一般不宜超过30cm。 4工2填缝材料的选择 灌缝材料有环氧树脂类、聚氛脂与改性聚氣脂类、炼类及彻青棟胶类。环氧 树脂类灌缝材料有耐热、活性高、内聚力高、粘附力强、收缩率较低等优点’但 32 它本身延伸率低,脆性大,因此需对环氧树脂进行改性,加入低分子液体改性剂、 增柔剂、增初剂等。常用的改性环氧树脂类材料有聚硫改性环氧灌缝材料,双组 分快速固化灌缝材料。 聚気脂类灌缝材料耐振动性和抗疲劳性好,且耐低温性能比其他有机类胶粘 材料都好,并具有高度的极性和活拨性,对水泥混凝土具有极高的粘附性,聚氣 脂固化时几乎没有任何副产物产生,因此不会产生胶接层缺陷。聚第脂类胶液的 化学结构因聚合反应中所用的材料不同而异,主要有多异戴酸脂胶粘剂和端异银 酸脂基聚氣脂预聚体型胶粘剂,前一种胶粘剂具有很髙的胶粘性和耐疲劳坚固性, 后一种胶粘材料具有起始胶结强度髙、弹性好、耐低温、耐疲劳等优点。 炼类灌缝材料主要采用稀类聚合物配制而成,主要类型有银基丙炼酸胶粘剂、 (甲華)丙稀酸酷树醋胶粘剂、聚醋酸乙炼乳液胶粘剂。氣基丙炼酸胶粘剂的最大优 点是室外固化时间快,24—48h内可达到最高抗拉强度,约为25~35MPa,另外, 它具有粘度低、透明性好、胶结强度高、气密性好等优良性能,但价高且较脆、 不耐震动和冲击。:甲基)丙稀酸酷胶粘剂耐热性、耐水性、耐介质、耐大气老化性 能都比较好,但制备较复杂.聚酷酸乙炼加入适量的增调剂、增塑剂、溶剂、填料、 消泡剂和防腐剂等成分后,通常具有许多优良性能,如耐腐烛、耐水、胶结性能 优良等,但选用它作灌缝材料时应注意修补施工季节,环境温度不宜过低,否则 将影响其胶结强度。 水泥混凝土路面裂缝型式多样,处治时要根据具体情况釆用相应的技术措施。 缝宽不足0.5inin的非扩展性表面裂缝,采用压注灌菜法;局部性裂缝且缝口较宽 时,采取扩缝灌衆法;对贯穿全厚的裂缝,采用条带罩面法。对裂缝宽度大于3mm 的裂缝,用环氧树脂与固化剂搅拌均勻后直接灌注。 4,23销台处治技术 对出现错台的板块,先釆用压菜调整,恢复帄顺,调整后仍有高差,且错台量 小于10mm,可用建筑磨帄,打磨掉高出的部分或人工凿除高出部分,凿除(打磨: 宽度一般为10~30cm。错台量大于10mm的,在低的一側用洒靑砂或细粒式浙青 碎石衬帄,衬补长度按高差的也可用聚合物水泥砂衆薄层修补。修补前应用 钢丝刷将原路面清理干净。 4. 3脱空板处治技术 43,1脱空扳块的确定 判断板块是否脱空,最直接的方法就是下雨之后上路观察看是否有泥菜卿出 或接缝边缘是否有唧泥的痕迹。若长时间没有下雨,这时就要采取间接的方法判 断,一是人站在板块边缘,感觉重型车辆从板块上通过时是否有垂直位移;二是看 相邻板之间是否有非施工原因造成的错台,如有则较低的二块一般都有脱空;三是 第四章旧水泥混凝土路面的修络复原 11 看接缝中填缝料完好情况,如板角处相邻两条缝的填缝料都出现大量脱落,则这 样的板块一般也有脱空存在。 4丄2.脱空位置及范围判断 由于板角位置是一块板中自由度最大、受力最不利的位置,因此,一般哪泥、 脱空首先是出现在板角,因而对于完好的及仅有轻微或中等程度裂缝的压衆板块, 只需要在填缝料己脱落或接缝处有错台的板角处钻孔、压衆即可。考虑板底的脱 空一般是盆状,板块断裂后其边角位置可能己得到支承,如钻孔位置距边角太近, 将压不进材料且极易使压力从边角处散失,也容易造成以后边角部位的断裂,因 此钻孔位置一般应距边角4(>~60cm。然而,对于严重裂缝并伴有沉陷但沉陷量不 大的板除其板角处有脱空外,裂缝位置也存在脱空,因而在裂缝处板块沉陷一侧 靠近裂缝位置也应钻孔压奖。 路面使用期间出现的裂缝、破碎板几乎都与板底脱空有关:即使一些当时看来 既没有破碎又没有裂缝的板块,其扳底仍可能存在脱空,这种病害较隐蔽,但其 危害性却非常之大。在路面修复中,若脱空板若不处理,即使加铺层达到20cm以 上,也无法防止反射裂缝的出现。脱空板的处治可采用钻孔灌衆法。板底脱空, 可使用钻孔压衆法处理,此法是借鉴后张法预应力构件的孔道压聚原理,在混凝 土面板底部有脱空处钻孔,通过孔洞利用高强压力将流质材料压入脱空空隙,流 质材料凝固后产生一定的强度,对面板产生均勾承托的作用,进而达到稳固板块 的目的。 43X1压榮材料及压菜技术的探讨 从挖开板块观察脱空情况看,板底脱空除在接缝底部形成较深沟槽外,其它 位置的空隙高度一般在5imn以下。因此,这就决定了压入扳底的材料,应该是粒 径较小、流动性较大的材料,以便其能够压入板底的绝大部分空隙中将其充分充 填,同时这种材料还应具有较高的强度以承受板体的重i及车辆荷载的作用根 据这些要求,通过对乳化洒青和水泥粉煤灰菜两种材料室内强度试验及实际效果 实验对比发现,两者都有较好的流动性,易手压入扳底,但水泥粉煤灰菜强度高 于乳化洒青装,其室内7天强度可达到5MPa以上,具备了低标号砂菜的强度,可 满足承载要求,且其收缩量较小,经济性较好’因此选择水泥粉煤灰號作为压菜 材料,其配合比经试验确定如表9。 水泥 粉煤灰 水 早强剂 1 0. 49 0.46 0_ 006 1 1 0. 24 0’ 16 1 1.5 1 0. 16 32 压入板底的材料具备以下特征:一是颗粒粒径小、流动性大,能顺利压进板底 空隙;二是弱收缩性,能充分填充板底空隙;三是应具备比较高的强度以承受板重 及车辆荷载的作用。国内外都有使用乳化沥青作填隙材料的经验,虽具有较好的 流动性,但强度偏低,且受温度影响大,温度高时易软化,在荷载作用下容易从 板底唧出,因而不宜选用。而选用纯水泥衆作试验,要达到正常施工的流动性, 则需要很大的水灰比,造成材料强度偏低且泌水收缩率大。实验发现选用水泥粉 煤灰裝,釆用较低的水灰比就可达到较好的流动性,且强度较高,收缩量小。釆 用水泥:粉煤灰:水1:0.5:0.45配合比制作的灰奖试件,其室内3天的抗压强度高于 8MPa,可作为压柴材料。 43,2.2压菜设备 主要有: ?钻孔设备一钻孔取芯机 ?制衆设备一灰衆样合机 ?压裝设备一灰奖菜 ?紧固装置一膨胀螺栓压衆头 43.23施工准备 调查发现,混凝土路面使用中出现的断板、破碎板等病害大部分是由于卿呢 脱空形成,因而这种类型的板底均有脱空,应进行压衆。完好无断裂破碎的板块, 板底也可能存在脱空,这种类型的脱空板虽判断较困难,但仍可釆取外观观察及 弯沉测试相结合的方法进行判断。雨后上路观察是否卿泥最直观,无雨季节则釆 取间接方式判断:人在板的边缘感觉重型车辆通过时有垂直位移和翘动的板块;板 角相邻两条缝填缝材料严重剥落的板块;相邻板间出现错台时,位置较低的板块一 般有脱空存在。对外观不易判断的扳块,可測定四个边角的弯沉(板角位置是一块 板中弯沉最大,受力最不利的位置,哦泥脱空首先出现在板角),弯沉值超过0.3_ 者,需要压装。理论上,卿泥、脱空首先出现在扳角,然后沿板的纵横缝延伸发 展,因此,完好或轻微裂缝的板块,在填缝料剥落或接缝外出现错台的板角钻孔 压衆即可,钻孔位置一般应距边角20^40cm;断裂较严重出现错台的板块,断缝位 置也存在脱空,板角、断缝均应钻孔压菜,考虑其边角位置可能己有支撑,钻孔 距边角太近时,灰裝很难灌进且压注压力极易从边角散失,因此板角的钻孔应距 边角40^60cin。;挖补板的周边板块,四角都应进行压衆。 432A施工方法 具体的工艺流程:定位一钻孔一制菜一压菜一压裝孔封堵一交通控制一弯沉检 测。 工艺要求: ?定位:根据外观及弯沉检测相结合的方法调查卿泥脱空板,标画钻孔位置。 第0章旧水泥混凝土路面的修绪复原 兰 ?钻孔:施工人员使用钻孔取芯机按标定的位置钻孔,钻孔深度与板厚一致, 孔径D与压衆头直径d相匹配,且D—(1=1?2mm。 ?制菜:按配合比将材料在灰衆拌合机中拌合*至均勾无灰团方可使用,使 用中应持续摔合,防止沉淀。 ?压架:用灰衆录将拌合好的灰装由压架孔压入混凝土板底,压力控制在 2.0MPa左右,直至邻孔或接缝中溢装或无溢菜而扳块略有上升为止。压菜过程中 溢裝的孔应及时用圆状木塞封堵,防止压力过度散失。注菜孔在压聚头拔除后也 应及时用木塞封堵,防止灰衆反流。所有木塞应保持3—5分钟方可拔除。 ?压衆孔封堵:木塞拔除后,用灰衆或取出的混凝土芯样将压裝孔封严。 ?交通控制:压菜完成后的板块,禁止车辆通行,待灰衆强度达到5MPa以上 时方可幵放交通。 ?弯沉检测:压菜完成3天后,用JN—150黄河标准轴载车、贝克曼梁复测 压菜板四角的回弹弯沉值,当弯沉值超过a3mm时,应重新钻孔补压。 4丄2.S压架效果检驗与分析 混凝土板底压裝的目的在于填充扳底空隙,给板块提供一均匀的支承,减少板 的趙动和震动。通过以下几种方法来检驗压菜效果- ?直观观察压衆前后重型车辆通过晩空板时的运动位移情况(限于压菜前有明 显垂直位移的板块),一般表现为压菜后,扳的裡动、展动幅度明显降低,垂直位 移大幅度减小。 ?钻孔取芯检查灰衆充填情况:选择典型的压菜板按距注衆孔0,5m、LOm、 2.0m 的距离范围取芯,注菜效果好的芯底将粘有灰衆,否则表明效果较差。 同时对注衆的影响范围还可进行分析,以确定合理的钻孔间距。 ?釆用JN—150黄河标准轴载车、贝克曼梁对压衆扳逐块检测扳四角的弯沉 值。通过板底压菜处理,板的弯沉值将会明显减少,稳定性增强。 工程实践表明,采用压裝工艺处理板底脱空,经济可行,简便实用,效果明 显,既可用于水泥混凝土路面日常养护,也可用于路面的改建工程。在保证施工 和易性的前提下,降低灰架水灰it,并添加适当的早强剂、微澎胀剂,能够减少 硬化收缩,更有效的充填空隙,促其早斯强度提高,尽早开放交通。对性能优良 的压菜机,还可考虑添加部分中细砂,提高灰奖强度与抗折性6 433麻面、露骨、帄整度差非结构性病害的处抬技术 大面积麻面、露骨、帄整度差等结构性病害,常釆用沥青混凝土罩面处理, 处理厚度应大于2,5cm,施工应满足《浙青路面施工技术规范》要求,單面前要对 破碎板及整个路面进行修补和压衆处理。一般的麻面可不作处理,只对露骨 第五章浙青加铺层 36 严重 部分作整段处理,可用聚合物砂菜作薄层处理,其配合比为水淀:砂丨:2,用J6型 胶液拌和至均匀调度,在清洗干净的混凝土表面涂上IV型超早强界面剂,待稍 后,将聚合物砂菜均勾摊铺在路面上,厚度在15nim以下抹帄、整形、拉纹、养 生8h即可幵放交通。 + 4. 4破碎扳块修补技术 采取换板方式处理水海混凝土路面严重破碎板,即挖除整块破碎扳,然后绕 筑水泥混凝土,板厚与原面板厚度一致,但一般不宜小于24cm,否则可采用钢筋 混凝土进行修复。板角断裂等破损釆用局部修补方式,即对板角断裂的部分凿除 成正方形或矩形,在原板壁上加装传力杆后,在凿除位置绕筑混凝土。 第五章浙青加铺层 加铺浙青层是旧水泥混凝土路面有效的补强措施之一,不仅提高了路面的承 载能力,消除了原有接缝处易产生唧泥、断裂、脱空等多种病害的不利影响,同 时也提高了路面帄整度和抗滑能力,改善了路用性能,提高了路面服务水帄。国 外对旧水泥混凝土路面浙青加铺层结构的研究较早,并在大量试验路段的基础上 提出了相应的设计方法,如AI、AASHTO、ARE、Ta法等,这些经验法通常能够 结合当地的实际情况给出合理的设计结果,而与我国传统的理论法则相差较大, 不能直接使用。因此,本部分对旧水泥混凝土路面浙青加铺层结构设计问题进行 了分析。 i 5. I国外设计方法综述 美国在50年代初期以多条试验路研究为基础,提出了 ‚混凝土道面差额?概 念的浙青混凝土加铺层厚度计算方法;1981年,.美国联邦航空局和美军工程兵 Waterways试验中心对原有加铺层设计方法进行了验证,通过试验和调查,对原有 厚度计算公式迸行了修正。此外Waterways试验中心还提出了两种AC加铺层设计 方法:动力刚度模量法和弹性层状理论法。日本的Ta法与美国的设计方法相似。前 苏联的浙青混凝土加铺层设计是应用弹性层状体系理论计算在荷载作用下的洒青 层弯沉,然后与极限弯沉比较得出加铺层的厚度。ARE(Au St in Research Engineers) 提出了基于反射裂缝控制的设计方法,在设计中综合考虑了板接缝水帄位移和垂 直位移对AC层的不利影响。加州大学Berkeley分校的学者通过引入断裂力学对 路面结构进行了有限元计算分析,并提出相应的设计方法。 ?ARE法 该法认为,在车辆荷载与温度荷载作用下,板接缝处会产生垂直相对位移与 水帄相对位移,从而导致AC层内产-较大的拉应力与剪应力,引发反射裂缝。设 计 第0章旧水泥混凝土路面的修绪复原 兰 控制指标为板接缝上方AC层底拉应变与剪应变,设计参数有攝变模量、动态模 量、热胀系数、温度资料、板的几何参数等,浙青混合料的允许拉应变和允许剪 应变的疲劳方程,通过实验得到。ARE设计方法力学概念简单清楚,易于设计人 员接受和运用,所考虑的设计参数和影响因素也比较全面,缺点是计算模型过于 简化,难免与实际情况有一定的差距。 ?AI法 AI法是一种经验法,认为AC层破坏的原因,是行车荷载引起的竖向弯沉差, 在设计中温度影响可予以忽略。设计标准荷载为单后轴80KN,轮胎压力0.552MPa, 轮缘间距为8cm。设计参数主要是考虑板长、接缝宽度和层间处治措施,层间处 治措施有设置土工织物、应力吸收薄膜层、排水下封层和对旧PCC板的破碎与稳 定处理。层间处治措施不同,将按不同方法计算AC加铺层厚度,设计指标为相邻 两板块之间的竖向弯沉差及帄均弯沉值,其实质是控制接缝处AC层的剪切变形。 ?AASHTO法 从AASHTO设计方法通过‚等效结构数?来确定加铺层厚度,具体内容包括 可行性研究、原混凝土板处理、防止反射裂缝措施和厚度计算等。尽管它也是经 验法的一种,但其实用性已被世界所公认,许多理论法的计算结果都与其进行参 照对比,简化公式也釆用从AASHTO经验公式的形式。 主要设计参数为设计交通量与旧混凝土板状况,厚度按下式计算: Dot=A(Df-Deff) 式中: Dot — AC加铺层设计厚度; Dr按新建公路设计时PCC板所需厚度; Def旧板有效厚度; A-PCC板厚对AC层厚度换算系数。 AASHTO法还给出了 AC层只用于功能层考虑时的最小厚度,设计中还引入 了可靠度的概念。 ?日本Ta法 曰本Ta法与AASHTO法大同小异,仅仅是计箅过程中的换算媒介不同,以 浙青混凝土厚度作为换算中介,设计参数为远景交通1:相原混凝土板结构状况。 ?Berkeley分校的设计方法 该法由加州大学的Monismith和Cotezee提出,是在二维有银元应力分析的 基础上控制反射裂缝的设计方法。先建立路面结构的有限元离散模型,然后进行 有限元计算,把加铺层的应力、应变与允许值进行对比,从而确定加铺层厚度, 各种车荷的疲劳作用按Miner假定计算。主要设计参数为力学弹性参数、几何尺 寸、荷载类型和设计荷载作用次数等。 ?最小厚度法 第五章浙青加铺层 36 在美国许多地区渐青加铺层最小厚度的确定考虑了施工的难易、混合料中的 最大集料尺寸、压实所需的时间、交通量、交通类型及投资等方面因素。经验证 明路面厚度至少应为1_5倍粗集料最大颗粒尺寸,AC层越薄就越容易扯裂,发展 成坑洞并与下层路面脱离。AC层越薄冷裂得就越快,所以AC材料应在温度达到 79.4X:(175GF)之前得到压实,在这个温度下再碾压只能获得很小的压实效果。美国 联邦公路局规定,浙青混凝土层厚度小于3.81cm(1.5in)时,其基层温度至少为12.8 。C(55GF)。确定最小厚度时’应考虑到原路面的状况,若有裂缝’则应注意反射裂 缝的问题。根据联邦公路局的调查’主要依据施工能力或混合料中集料的最大粒 径决定的最小厚度在1.91—5.08cm(0.75in~2in)之间’帄均值为3.81cm(l,5in)。考 虑交通量及集料最大粒径时,最小厚度3.81~3,76cm(1.6—3in)(双向日交通量750 — 2000). 在日本,以提高车辆行驶性和防滑性能的罩面厚度,考虑到最大粒径,其最 小厚度为4cm。但日本东北地区道路上也有3cm的罩面层。原西德用3.5cm浙青 混 合料罩面,而用作改善防滑、帄整等方面的特殊混合料一开级配游青混合料, 其 最小厚度为1.6~1.9cm,混合料的最大粒径为13mm,通过2,5inm筛孔重量为 5-15%, 通过0.074inm筛孔的重量为2—5%,浙青用量约6%,空隙率在15%以上, 但拌和 温度为110?—127'C,用15cm/miii的铺设速度铺筑,摊铺后立即碼压1 一2 次, 釆用中等重量的压路机碾压,使用年限6年。以上的最小厚度值不能抵抗反 射 裂缝的出现。 5. 2浙青加铺层设计 在水泥混凝土路面上加铺彻青层有两种作用:一是恢复旧混凝土路面功能, 改 善路面帄整度与抗滑性二是补强原有路面结构,提高路面承载能力。对于第 一种 情况,加铺层厚度可不用计算,直接使用施工所需浙青层的最小厚度;而 对第二种 情况要确定设计参数,并根据设计指标进行厚度计算。补强设计的原 始资料和数 据力求全面、准确,具有代表性和普遍性,能客观地反映该路段的 实际情况,具 体内容与方法可参照前述混凝土路面调查与分析部分。 ?对于第二种起补强作用的旧混凝土路面浙青加铺层结构,其破坏有三种现象- 板底疲劳开裂:AC层与旧扳层间发生分离;AC层产生反射裂缝。对于第一种破 坏,可用混凝土板底弯拉应力这一指标予以控制;对第二种破坏,可用层间剪应 力 指标予以控制。反射裂缝是旧水泥混凝土路面浙靑加铺层的主要破坏形式, 控制 这种路面破坏形式的指标与反射裂缝成因有关,计算分折表明:在温度荷 载与车辆 荷载的共同作用下,旧混凝土板接缝处会产生应力集中,加铺层内有 第五章游靑加铺层 39 较大的变形 和应力存在,荷寧应力与温度应力周而复始地作用,AC层内就产生累积疲劳变形 而导致破坏。具体的成因通常认为有以下三种 、 ?如图9,气温的升降变化,引起路面内的温度也随之升降,AC层自身会热 胀冷缩,混凝土板膨胀与收缩在接缝处引起张开与闭合,使AC层内拉应力进一步 增大,而且这种温度荷载是曰复一日,年复一年的疲劳作用。 图9温度升降形成的反射裂缝 第五章浙青加铺层 36 ?如图10,当板内有温度梯度存在时,板会发生超曲变形,板接缝上AC层 会受到很大的拉应力作用,这时裂缝有可能产生在AC层顶部并向下发展,这种裂 缝易在昼夜温差较大的地区发生。 ?车辆荷载在接缝处会产生剪切破坏,如图11。 当荷载作用于接缝处板的一侧时,受荷板与未受荷扳会产生垂直相对变形,出现 错台,导致AC层发生较大的剪切变形,受到较大的剪切应力,引发裂缝。根据上 述反射裂缝成因,可使用三个指标控制反射裂缝破坏:不利荷载作用下接缝处AC 层的剪应力,板接缝处的弯沉差,接缝处AC层内的拉应力。前两个指标主要是防 止车辆荷载作用下的剪切破坏,后一个指标是控制降温时AC层内的拉应力破坏。 根据前述分析,可使用三个指标控制反射裂缝破坏:不利荷载作用下接缝处AC层 的剪应力,板接缝处的弯沉差,接缝处AC层内的拉应力。前两个指标主要是防止 车辆荷载作用下的剪切破坏,后一个指标是控制降温时AC层内的拉应力破坏。根 据这些指标,可以计算所需的加铺层最小厚度。 图10翅曲变形引起的裂缝 Load__ -oniL ac pcc 图11车辆荷载作用产生的剪切破坏 第五章游青加铺层 ?以板底弯拉应力为控制指标 板底弯拉应力的计算应考虑车辆荷载与温度荷载两部分,板下基础模量的确 定要根据不同的计算情况取值。荷载应力公式为: 0 p=(1.009-Bih?)kr • kf • kc • o^ 0 p—荷载疲劳应力: 式中 kr~考虑累计荷载作用的疲劳应力系数; kr一考虑接缝传荷能力的应力折减系 数; k^一考虑动载或超载的综合修正系数: Bi—浙青层对板底弯拉应力影响系数,由三层弹性体系理论计算得到; ha—浙青加铺层厚度; 0 PS—标准轴载作用于临界荷位时的板底弯拉应力。 温度应力计算按下式: 式中:Otm—最大温度梯度时混凝土板边中点的温度翅曲应力; kx—考虑温度沿板厚非线性分布的温度应力系数,由板长L, he, EC, Etc 等参数确定; 一考虑温度应力疲劳作用的修正系数; Ba—洒青层对混凝土板边中点温度应力影响系数,根据有限元计算得到- 先进行轴载换算并计算累计标准轴载,初估浙青层厚度并分别计算板底荷载 疲劳应力和温度疲劳应力.当两者之和不大于混凝土板实际弯拉强度的303%,并 不低于弯拉强度的95%,初估加铺层厚度可作为设计厚度。否则要改变初估厚度 重新计算,直到满足以上要求为止。加铺层设计厚度不宜小于5cm。 ?以板横缝弯沉差为控制指标 定义允许弯沉差AWi为旧水泥混凝土浙靑加铺层路面在使用年限末期的最不 利季节,在标准轴载作用下容许出现的板横缝最大弯沉差,其确定可按下式 AWr =(1.0,02ha) AWi 其中AWl为设计路段未加铺洒青层前的弯沉差,要求AWl C,Cl)中一浙青混凝土的粘聚力与内摩擦角; 0 a—计算点的有效法向应力; k ""路面抗剪结构强度系数,与轴载重复作用次数与公路等级有关。 以剪应力为设计指标的加铺层厚度计算可按下面方法: T =ksr • ks„ • yz^'^K 式中:ksr考虑层间夹层结构的剪应力折减系数,当未设夹层时0=1,当设 有夹层时由夹层厚度与模量确定; 一考虑接^^^荷能力的剪应力折减系数; 一标准荷载作用于临界荷位时 料的AC层内剪应力。 当通过某种方式清除了旧路面板上接裂缝应力集 n 中的影响,接裂缝的第二个 ‚作用?就是在车辆荷载的作用下,使罩T 面结构在裂缝处产生最大的弯沉,相应 的在罩面层中产生最大的应力,从而使接裂缝顶部的沥青翠面层成为反射裂缝产 生的最可能部位。 除了温度、行车荷载等等外界因素外,路面结构本身特性对反射裂缝的产生 也有一定的影响,它包括::1)旧路面与軍面层之间的层间粘结性能::2)旧路 面状况性能参数:如旧路面板厚度、长度、裂缝宽度、损坏状况、裂缝的传荷能 力等);(3)罩面层结构参数与材料性能。同济大学的于宝明对影响反射裂缝产生 的各因素进行了三维有限元分析,结果显示,影响温度型反射裂缝的主要因素就 是旧路面与罩面层间的粘结状况、罩面层厚度、旧路面板的长度、缝宽以及水泥 混凝土的线收缩系数。沥青混凝土与水泥混凝土的模量对罩面层中温度型反射裂 缝的形成也有一定的影响,旧路面扳的厚度、基层模量及其线收缩系数等其他因 素的影响就完全可以忽略的。 、 对于弯拉型反射裂缝’在正中荷载作用下’对罩面层中的应力分析结果表明: 正中荷载应力随层间界面模量的减小而增大’随罩面层厚度的增加而减小’其他 因素的影响是比较小的。 影响剪切型反射裂缝最主要的因素有:旧路面与單面层间的粘结性能、單面 层的劲度模量、罩面层的厚度、旧路面板接裂缝的宽度、旧路面板的厚度以及基 层模量。旧路面板的刚度对剪切型反射裂缝的产生也有一定的影响’旧路面板的 长度等因素的影响就完全可以忽略的。 各种因素对反射裂缝产生可能性的影响如附表10。 第五章浙青加铺层 36 附表10反射裂缝影响因素分析表 影响 影响因素 反射裂缝出现的可能性 因素 变化趋势 温度型 荷载型 反射裂缝 反射裂缝 层间界面剪切模量 增大 增加 减小 沥青混凝十劲度模量 增大 增加 增加 單面层厚度 增大 减小 减小 接裂缝宽度 增大 减小 减小 旧路面板长度 增大 增加 影昧较小 旧路面板厚度 增大 影响较小 减小 旧路面板刚度 增大 影响较小 影响较小 基层〈地基:模量 增大 影响较小 影响较小 路面材料线收缩系数 增大 增加 不变 总之,当接缝宽度较小、旧路面板较长、路面材料线收缩系数较大而层间粘 结又较紧密时,翠面层中反射裂缝最可能产生;相反,在旧路面板度较小而层间 粘结又较差的情况下,罩面层中容易产生荷载型反射裂缝,如果混凝土板接缝的 传荷能力很差,那 么在軍面层中产生剪切型反射裂缝的可能性最大。 5. 3加铺浙青层施工技术 加辅渐青面层施工,应先对旧较路面进行病害处理,水泥混凝土路面严重破 碎板釆取换板方式处理,即破碎、挖除整块破碎扳,然后烧筑新的水泥混凝土面 板,板厚可与原面板厚度一致,但一般不宜小于24cm,否则可釆用钢筋混凝土进 行修复。其主要工序要点如下: 、 ?板块破碎、凿除先用凿子在破碎板块的边角位置破出临空面(缺口〉’用风 钻或钻子钻孔,再打入钢楔子,将板块破开,需利用的板块应基本破为方形,尺 寸40X40cm为宜。 ?基底清理:破碎板块清运后,原路面基层是素土层、软弱层的,应将其彻 底挖除,小范围的用15'混凝土进行修补,大范围的可用水泥稳定碎石等水稳定性 较好的材料修补,修补后的基层顶面高度以保证新绕筑的面板厚度为原则控制, 表 第五章浙青加铺层 36 面应帄整并满足路拱要求。其相邻的完好板块的基层存在问题的,应将其掏挖5 一 10m宽,并用混凝土进行修补。 43 第五韋拥青加铺层 ?拉杆、传力杆补:破碎板块清除后,其相邻板上的拉杆、传力杆缺损的应 按原构造要求补设。板角断裂等局部破碎扳块清除后,应在其与原板的接合位置 增设拉杆。拉杆、传力杆增设方法是:用冲击钻在原板壁或相邻板壁上打孔至要 求的埋置长度,然后用风枪淸孔,用配制好的环氧砂架填充钻孔后,再将拉杆打 入:设置传力杆的不用环氧砂菜填充钻孔)。 ?混凝土祥和及运输:釆用早强混凝土修补破碎扳块,其材料配合比应通过 试验确定,报监理工程师认可方可使用,每立方混凝土各种材料用量可参表11 表11每立方混凝土各种材料用量参考表(KG) 425#水泥 石子 砂 水 JK24外掺剂 420 1250 570 150 70 450 1292 540 160 72 釆用USP—500型早强剂的参考配合比为: 水泥:碎石:砂:水:早强剂=1:2.99:1. 28:0. 42:0. 07 釆用LW—2型早强剂的参考記合比为: 水泥:碎石:砂:水:早强剂47:171:0.37:0.02 釆用快通I型早强剂的参考配合比为: 水泥:快硬I型修补剂:水:石:二1 : 0.16 : 0. 386 : 3.66 其投料拌和顺序为:石子-水泥-外掺剂-砂-干拌30s_加水-湿拌60S-90S拌和 后混凝土坊落度应—I3cin两层浙青混凝土面 层。有些地方为提高防止半刚性基层可能出现反射裂缝,还在半刚性基层上加铺 第六章水泥混凝土路面破碎改造方案 52 自粘式土工玻纤格栅。 对于碎石化处理技术,按照美国介绍则无须加铺基层,而可以直接加铺油青 面层,但沥青层的厚度至少应在15cm以上,否则可能会出现强度不够而引起面层 破坏。然而限于资金也为了观察比较,浙青加铺层厚度最多控制在12-15cm范围内。 上述不同路面结构,无论加铺半刚性基层或者直接加铺涵青面层,都未作路 面力学计算,即不是根据强度计算来确定加铺层厚度的而是依据现有经验确定的, 因此所定加铺层厚度缺乏理论依据。 6. 2混凝土破碎扳块的利用 以前我们把挖除的混凝土破碎板多是弃之不用,再重新现绕筑面板。挖除旧 路面时影响交通、堆放时古地,这样即费工费料,又增加垃圾,污染环境,影响 环保,增大改造费用,造成浪费。 6.2.1破碎扳的确定 混凝土面板出现病害后没有及时养护处理造成板块严重破碎.整块板上出现 多条交叉裂缝,且裂缝宽大,钻孔压聚方法己不能彻底处理。这种现象比较明显, 很容易判断并确定作挖除处理。对一些破碎后沉陷较大但尺寸较小的板块,虽然 基板底有脱空,但采取钻孔压衆后不能很好地改变其稳定性的,也应釆取全部挖 除处理,对能采用钻孔压衆能够处理的板块,尽量避免挖除。 6. 2.2扳块挖除 i 由现场监理人员确定并标画出需挖除的板块,组织人员用碾压机、风钻、钢 钎、播杠、铁锤等工具挖出混凝土块。施工期间应结合实际情况使挖出的混凝土 块破碎成40X 40cm的小块,必要时需用铁锤修整,混凝土块整齐垄放于两侧,以 备施工时利用。 6. 2.3混凝土碎块的利用 挖除混凝土碎块后,应彻底清除原路面白灰稳定土基层己破坏部分,消除因 漏水产生的基层卿泥,彻底清理混凝土碎渔及其他松散层,使其层表面尽量保持 帄整。在清理干净的基层面上洒上水湿润,用拌制好的20#小石子混凝土回填做成 厚度不小于2crn的塾层:实际厚度根据原基层需处理的厚度现场确定,塾层顶面标 高一般应与原基层顶面标高相同,如不能满足最小厚度要求时,标高可略微提离: 振摘后破碎的混凝土块整齐、帄整地摆放在基层上面,并把混凝土的距离控制在 10—15cm’待塾层初凝后用20#小石子泡凝土摊铺’震揭密实。灌缝用的小石子混 凝土中添加微膨胀剂,:以便更有效地填充空隙,并尽量减小混凝土凝结后的收缩〉 增强其与混凝土块的结合。混凝土路面处理完后兩填缝料对全部裂缝、构造缝进 行灌奖,并注意洒水养生. 第六章水泥混凝土路面破碎改造方案 52 该方法施工期间,关键应确保基层顶面的小石子混凝土充分密实帄整,破碎 混凝土块摆放其上后,不准有活动状态,待小石子混凝土按工序灌缝完成后, 应进行交通控制,禁止车辆通行,以防破坏板体及碎块移动。因为实践证明,当 混凝土板处于活动状态时,在频繁的冲击,移动车辆荷载作用下,面板震动、翅 动,即使其上部加铺15cni乃至20cin的洒青面层,也仍将造到破坏。 6. 3旧水泥混凝土路面破碎工艺 6.3.1破碎工艺的选择 破碎工艺按破坏特性的不同分为三种:簾裂压稳、碎裂压稳和碎石化。媒裂 压稳和碎裂压稳都是通过特殊设备将水泥混凝土板块纵向破碎成较短长度,然后 用较大的(50t)胶轮压路机礙压大于3次,使其牢固嵌挤在基层顶面上。然后再进 行加铺。展裂压稳和碎裂压稳的主要区别是震裂压稳破碎后的裂缝不明显,这与 破碎时机械的冲击作用不同有关。根据国外的研究成果,霞裂压稳和碎裂]1稳技 末处理的旧水泥混凝土路面上的浙青混凝土加铺层也会产生反射裂缝,不过与不 进行破碎的类似结构相比,其反射裂缝出现的时间和反射裂缝出现的数目有所改 善。反射裂缝开始出现的时间要比不进行破碎时推迟2年一3年,同时反射裂缝的 数 左右。与碎石化工艺相比,籐裂伍稳和碎裂压稳技术对水淀混凝 土目相对减少20% 路面的结构性破碎的不够彻底。 碎石化工艺是水泥混凝土路面破碎工艺中较为常用、较为有效的一种施工工 艺。根据使用机械设备的不同,碎石化工艺有两种路径:?通过重锤下落进行破 碎;?通过振动来破碎。 MHB (MudtiPle Head Bdaker)型破碎设备在其后部有两排重键。MHB具有橡 胶轮胎,以柴油机作为动力源,该机械所携带的重锤的重i为1000榜一1200榜, 分两排成对装配在整台机械的尾部(后排重锤对角地装配在前排重银间隙中心〉, 每对重锤单独地以一套液压提升系统为动力,在破碎时按一定规律下落。重镇下 落时可产生1000榜一8000榜的冲击能量。这种机械的典型工作效率是每台班约 2km卜个车道)。 通过控制重锤下落高度,MHB型破碎机械破碎后的颗粒尺寸是可以控制的,一 般来说颗粒范围在7. 5cnr30cm;t间能取得良好的使用效果。 共振型碎石化机械是由凸轮转动产生的偏心力在机械与水泥混凝土路面接触 处产生高频低幅的振动进行破碎的,这种碎石化工艺其破碎能力大部分被水泥混 凝土板块所吸收’所以碎石化后产生的颗粒粒径相对于MHB型设备要小,其破碎时 的影响范围和深度也较小。 因为破碎功的传递规律,碎石化后水泥混凝土扳块碎裂成的颗粒粒径随深度 第六章水泥混凝土路面破碎改造方案 52 变化是不同的,上面部分粒径较小,下面部分较大。破碎后颗粒之间有着良好的 嵌挤作用,在通过压路机压实后,形成了坚实稳定的彻青加铺层的基层。 6. 3. 2选择合适处治方法的标准 根据路面破损的不同程度及路基、土基状况可以釆用不同的路面修复方法。这 些方法包括:局部修补、功能性浙青罩面(较薄、用于改善行驶性能的加铺层:、 结合式双层板、分离式双层板等。根据国外资料,在水泥混凝土路面的整个使用 周期内,其路面状况与修复方法的关系如图14所示。 结合式双层板加鳙、 、 分离式双层IfUii铺 可接受的最小值 交通年K 14路面各阶段合适修复方法与使用年限关系示意 从结构上考虑,水泥混凝土路面的碎石化应该在其它方法不能起到好的效果 时才可以采用,严格碎石化选用标准的主要原因是碎石化降低了原板块结构的强 度,其后果是要么较薄的加铺层会产生结构强度不足引起的破坏;要么需要增大 加铺层厚度以防止车傲等病害的发生。总体上,碎石化方法和震裂压稳、破裂压 稳技术一起都能很好地消除反射裂缝,但是也使板块强度丧失,易形成车級破坏。 确定碎石化适宜条件是合理使用这种方法的前提,进行碎石化要与其它方案 进行技术经济评价并具备条件::1)功能性罩面上出现大量反射裂缝;:2)大量错 台、翻架和角隅破坏;:3)超过25%的板幵裂,超过20%的路面已经修补或箱要修补, 超过10%的路面需要幵挖修补;:4)出现严重冻胀开裂或减集料反应。 6.3.3处理措施 第六章水泥混凝土路面破碎改造方案 52 ?釆用破碎板法对成片的破碎板进行处理,使破碎板与基层接触,具体步 骤 如下: 第六章水泥混凝土路面破碎改造方案 52 (1) 用500KN以上的压路机(在较软的土基上)或用冲击锤、打夯机对其间大 面积的破碎板进行成片处理,砸碎破碎板。 (2) 对碰碎后的破碎板进行碾压,然后清扫灰尘,灌注5号砂衆,用振动压 路机进行振碾灌衆,釆用草袋进行养生。 (3) 破碎板破碎灌衆结柬以后,再全面釆集破碎板破碎以后的弯沉数据,釆 用车型为标准车黄河川一 150,211点为板角。 (4) 根据211得的路面弯沉数据,重新计算所需的路面结构层厚度。:拟釆用 石灰粉煤灰碎石基层,浙青混凝土面层:》 ?用下封法及换扳法稳定水泥混凝土板,减小接缝或裂缝处板的搓动位移, 具体步骤如下: (1) 对于破碎板,根据基层情况具体分析,如果基层能够满足承载力要求, 可仅处理混凝土而不处理基层,否则先挖换基层,釆用水泥稳定碎石或二灰碎石 回填至原水泥混凝土路面顶。 (2) 对于其他未破碎的混凝土板釆取压衆工艺,填塞板下脱空的空隙,减小 反射裂缝。 以上面两步骤结束以后,再在其上铺筑二灰碎石基层,浙青混凝土面层,其 间为浙青下封层 6. 3. 4 施工工艺 ?破碎混凝土板法处理: (1) 首先用皮尺划成55cmX55cm小块,并用红色做上标志。用500KN以上的 压路机(在较软的土基上)或用冲击银、打夯机对其间大面积的破碎扳进行成片处 理,将混凝土板破碎成3()cniX30cro的混凝土碎块,然后进行振碾一遍; (2) 淸扫破碎板上的混凝土碎屑; (3) 砂衆釆用滚筒式拌和机拌和,将拌和好的5号砂衆均匀铺于混凝土板上 进行灌衆。 (4>釆用振动压路机振碾6遍,边碾压边补裝,直到灌满缝隙,并有少许溢 出为止; (5〉然后根据施工气温进行洒水养生,要求采用塑料布或萆袋进行覆盖养生, 起到避免雨水冲刷的作用,养生至少三天后,方可开放交通: (6) 灌衆釆用二班制,24小时流水施工,确保后续工序能连续作业: (7) 施工中应注意砂菜配合比准确,做到即拌即用,砂衆填缝应饱满,及时 碾压确保在初凝前完工: (8) 养生结束以后,组织进行弯沉測量。 (9) 石灰粉煤灰碎石(二灰碎石)及浙靑混凝土施工工艺(见施工规范〉。 ?采用下封法稳定水泥混凝土板,减小接缝或裂缝处板的搓动位移,具体步 骤如下 第六章水泥混凝土路面破碎改造方案 52 (1) 对于破碎板,根据基层情况具体分析,如果基层能够满足承载力要求可 仅处理破碎板而不处理基层;清除破碎板以后釆用水泥稳定碎石或二灰碎石分层 进行回填,基层回填因作业面较小,为保证密实釆用振动穷等适宜的小型压实机 具进行碾压处理,碼压遍数根据具体实际情况具体把握。 (2) 需要挖换基层的部位,新基层釆用水泥稳定碎石或二灰碎石分层回填至 原水泥混凝土路面,回填方式与处理破碎板面层相同。 (3) 对于其他未破碎的混凝土板釆取压衆工艺,填塞板下脱空的空隙,减小 反射裂缝。 第七章结论与展望 7.1结论 本文通过研究得出了以下结论: ?对原有水泥混凝土路面进行准确评价是混凝土路面修复工作的重要前提, 本文详细给出了所须进行的调査内容、调查方法与数据统计分析方法,从而为科 学地确定维修对策提供依据,并获得加铺层设计所需的第一手资料。 ?本文对我国水泥混凝土路面的破坏原因进行了分析,指出使用、设计、施 工与养护等四个方面均有一定原因。交通量的迅速增长,重载与超载是导致混凝 土路面破坏的直接原因;设计与施工质S缺陷(基层材料类型与厚度)造成混凝土 路面结构承载能力先天不足;养护不及时则加速了路面质量缺陷的显化。 ?水泥混凝土路面必须重视日常养护问题,主要是接缝的养护,本文分析了 不同填缝料的性能与使用特点,在病害处治技术方面,提出了错台处治,裂缝处 治,非结构性损害处治,破碎板修补等技术问题。 ?水是引发水泥混凝土路面破坏的重要原因,水泥混凝土路面在设计与使用 中必须考虑防排水问题,加强接缝养护是防水的重要步骤。本文对现有水泥混凝 土路面排水系统完善技术进行了研究,并对新建路面设计提出了建议。 ?使用沥青加铺层修复水泥混凝土路面具有提高路面承载能力和恢复路表使 用功能的双重作用,国外己有了较多研究,建立了较成熟的设计方法。本文对此 进行了0顾。并分析了车辆荷载所引起的浙青加铺层的路面应力与变形状态,指 出接缝两侧的混凝土板会产生弯沉差,接缝上方的浙青层会产生应力集中,有较 大的剪应力存在,反射裂缝容易在此产生。本文分析了临界荷位,给出了设计变 量对计算结果的影响规律与回归计算公式0 ^ ?反射裂缝的防治是筋青加铺层设计成败的关键,在浙青层与混凝土板之间 设置防裂夹层是常见的措施之一。本文对设置防裂夹层后浙青加铺层内应力与位 移变化进行了对比,揭示了防裂层的防裂机理。 第七章结论与展望 56 ?对筋青加铺层的破坏现象进行了分析,以板底弯拉应力,板缝弯沉差,AG 层剪应力为控制指标,分别给出了浙青加铺层厚度的计算方法。 ?旧板的稳定处理对控制反射裂缝起决定性作用,其施工质里比加铺浙青层 还要重要。一般釆用板底钻孔注衆的方法,本文对此施工工艺进行了详细阐述, 层间粘接与土工织物防裂层施工也是浙青加铺层施工中的关键技术。 7.2展望 ?高品质高性能混凝土路面的研究 实践表明,我国许多地区的水泥混凝土路面均未达到使用年限,就出现了各 种形式的早期损坏,加之混凝土路面的修复要比浙青路面复杂困难,许多单位对 水泥混凝土路面产生了一些片面错误的认识,这已影响了水泥混凝土路面的推广 应用。近年来,研究使用更射久,行车更舒适,承载能力更高的具有优异的抗冲 击、抗幵裂性能刚性路面己逐渐引起人们的重视,从而与重载交通相适应,如连 续配筋混凝土路面,钢纤维混凝土路面*钢筋混凝土路面,RCC/AC(碾压混凝土与 浙青混凝土)复合式路面等,已在国内外研究并在部分地区试验运用。 ?旧水泥混凝土路面罩面时机的研究 实际工程发现,水泥混凝土的特点在于其一旦发生病害,就会迅速蔓延,无 法控制。因此选择适当时机,在路面还未出现较严重病害的条件下,予以罩面修 复,往往会起到事半功倍的效果。 ?基展的防水问题 水泥混凝土病害的产生过程往往是这样的:水由接缝浸入,聚集在接缝下的 基层表面,在车辆荷载的作用下,基层细料受水侵蚀形成衆,从而产生卿泥现象, 卿泥的发展往往会造成板边脱空,使车辆荷载的冲击作用加大,从而会产生断板。 因此,基层的水稳性与排水能力都显得十分重要9我国目前己逐渐釆用水稳性好, 抗冲刷能力强的半刚性粒料材料作为基层,但同样有卿泥问题,釆用级配碎石基 层是一种尝试,但需要展开研究。 ?浙青加铺层温度应力 温度变化也会引起旧水泥混凝土路面彻青加铺层内产生很大的应力,且温度 荷载所引起的应力可能要大于车辆荷载,这说明温度荷载也是引起AC层反射裂缝 的重要原因之一,霜在设计中与以考虑。 ?增大水泥混凝土面板尺寸研究 聚丙炼纤维能有效的防止面板早期塑性裂缝,膨胀混凝土能部分补偿面板的 收缩,延缓切缝的断裂并缩小缩缝的宽度,基层顶面铺设薄膜有利于缩缝宽度和 缩缝宽度变异增大,放大水泥混凝土道板的尺寸减少GPCP的接缝量对道板的使用 性 第七章结论与展望 56 能无疑十分有益,目前充分汲取现代混凝土材料学科学的研究成果,从混凝土 材料入手,实行放大面板尺寸的目的是切实可行的。但面板帄面尺寸放大后,其 荷载和温度应力作用下的力学和变形特性,温度翘曲变形特性都可能发生变化, 最不利受荷位置也可能发生改变,因此*应进一步研究大尺寸道面板的力学和变 形特性,据此提出大尺寸道面板的设计理论和方法及对混凝土的性能的新要求, 以指导混凝土材料设计. ?旧路面水泥混凝土再生利用的研究 在国外,普通水泥混凝土再生是一项新技术,己被广泛接受并应用于高速公 路施工中。实践证明,水泥混凝土再生技术既具有经济优势’又具有环保优势々使用再生水泥混凝土集料可以生产优质水泥混凝土。再生技术大幅度减小了运输 和处理成本,在城市市区道路施工时尤为突出。美国伊登高速公路重建项目完成 后的估算表明,一卡车满载再生集料相当于六卡车满载填埋废料。在保护环境和 降低能源成本方面,再生技术减少了施工废料,保存了资源,节省了资金,从而 格外引人注目。实验室和现场试验表明,通过改进抗冻性能和减小潜在的耐久性 开裂的可能性,使用再生集料可生产高质量的水泥混凝土。在美国某些地区为路 面重建工程找到合格的集料是一个棘手的问题。尽管国内集料总r:量丰富,但其 分布并不均,造成局部短缺。故此,许多州己经发现水泥混凝土再生技术是适用 而且经济的重建方案。 在国内,过去路面再生项目的数量有限,而且仅限于稳定基层和非稳定基层 的施工。最新技术的开发已经改变了这一状况。再生技术的进步,创造了从破损 路面经济回收集料的可行性。80年代-90年代的试验研究,展示了用再生混凝土集 体料潘筑高质量混凝土的可行性。再生技术更重要的成就是许多交通部门己认识 到再生技术的优越性,并积极开展混凝土再生技术的应用推广。 对水泥混凝土而言,再生技术有两种类型:?现场再生技术是破碎或粉碎现 有路面,然后将破碎或粉碎后的路面用作新路面结构中的基层或底基层。 ?料厂再生技术包括旧水泥混凝土路面的现场破碎装载运输,然后在中心料 厂破碎成为用于水泥混凝土路面的集料。如此生产的集料也可用于新路面结构中 的稳定或混凝土稳定基层,或者新水泥混凝土混合料。 相比较而言,现场再生通常划归为非粘结的表面处理技术,而料厂再生技术 从现在路面材料的再利用的意义上讲,属于尤为关注的再生技术。 参考文献 I] Editorial(编者按:仍and Concrete ComPosite, 2000, 12(3) :331; 332 [2] 李华,程英华.我国水泥混凝土路面的现状与问题.公路.1994, 5: 1-5 参考文献 58 [3] 查旭东等.欧洲水泥混凝土路面综述.国外公路.1999, 3: [4] 交通部水泥混凝土路面推广小组.回顾混凝土路面设计、施工与养护.人民交 通 出版社.1991 :5]孙家琪.水泥混凝土路面裂缝成因及预防处理措施.国外公路.1999. 5: 6] American Research Council * Synthesis of Current and Projected ConereteHighway technology* 1993 7] 韦立峰,水泥混凝土路面维修方案的研究,华南理工大学学报,1999,6:23-27 8] 乔振夫,朱玉华.河南省水泥混凝土路面病害分析与维修研究.中南公路工 程.1996,3: 9] 乔志红等.水泥混凝土路面的无规则断裂.辽宁交通科技.2000,2: [10]刘月波.结构浪凝土的蜂窝、麻面、孔洞、松顶的原因.华东公路.1998,3: II] 废国新.水泥棍凝土路面施工工艺及裂缝病理分析.湖南交通科技.2000, 2: 12]盂繁忠.水泥浪凝土路面裂缝及预防措施.华东公路.2000, 2: [13]公路工程质量检验评定标准(JTJ071 —98).人民交通出版社.1 998 [14〗吴家龙弹性力学上海同济大学出版社1987 [15]姚祖康路面管理系统北京人民交通出版社2001 .16]Colley, B* E. , Ball. 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