瀝青路面結(jié)構(gòu)修復探討論文

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編者按：本文主要從引言；國內(nèi)外防治反射裂縫的研究概況；瀝青加鋪層的開裂分析及設(shè)計方法；玻纖格柵防止反射裂縫作用機理；施工技術(shù)；結(jié)束語幾個方面進行論述。其中，主要包括：越來越多的舊混凝土路面面臨著修復工作、瀝青混凝土加筋能提高路面結(jié)構(gòu)層對裂縫的抑制能力、國內(nèi)自八十年代末開始研究此技術(shù)、加筋格柵具有減薄瀝青層厚度、舊水泥混凝土路面基層的整體強度降低、路面暴露在大氣中、鋪設(shè)路面的處理、玻纖格柵的鋪設(shè)與固定、施工注意事項等，具體材料請詳見。

摘要：本文結(jié)合寧通公路六合東至江都段舊水泥混凝土路面加鋪SMA瀝青罩面的工程實踐，闡述了玻纖格柵的特性、防治反射裂縫的作用機理、施工方法、注意事項及經(jīng)驗體會。

關(guān)鍵詞：玻纖格柵防治反射裂縫

1引言

隨著公路交通量和汽車載重量的增大，對路面結(jié)構(gòu)的破壞日漸加重，越來越多的舊混凝土路面面臨著修復工作。與瀝青路面相比，水泥混凝土路面的修復比較困難，即使在舊混凝土路面上加鋪瀝青罩面層是一種改善其使用性能的有效措施，但在瀝青加鋪層中出現(xiàn)反射裂縫仍是需要解決的主要問題。反射裂縫本身對罩面層的使用性能影響不大，但環(huán)境因素(雨雪、氧化、粉塵)的負效應，常常使得裂縫迅速向四周擴展，縮短罩面層壽命。為了能有效地減緩舊水泥混凝土路面上裂縫的反射速度，或減薄瀝青罩面層厚度，國內(nèi)外研究人員進行了大量的試驗，既積累了成功經(jīng)驗，也吸取了許多失敗的教訓。

寧通公路六合東至揚州段水泥混凝土路面經(jīng)過12年的運營，水泥混凝土路面出現(xiàn)不同程度的損壞,包括板塊斷裂、板角斷裂、錯臺等情況,嚴重影響行車的舒適性和安全性,需在舊水泥混凝土路面上進行瀝青混凝土罩面，并對如何延緩瀝青罩面層反射裂縫的產(chǎn)生進行研究。

2國內(nèi)外防治反射裂縫的研究概況

瀝青混凝土加筋能提高路面結(jié)構(gòu)層對裂縫的抑制能力、對橫向剪切破壞的抵抗能力等，達到延長路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命、節(jié)省材料、降低費用的目的。在瀝青混凝土路面中采用加筋的方法來改善路面使用性能的設(shè)想由來已久，自三十年代開始摻加石棉纖維,到五、六十年代美國、加拿大和英國試用以金屬網(wǎng)作為瀝青混合料中的加筋材料使用，均因材料不過關(guān)未能推行。八十年代開始對PG(PolymerGeogrid聚合物網(wǎng)柵)進行應用研究，英國以NETLON有限公司為代表，研究了塑料格柵的材料性能及路用性能，并逐步推廣應用。這種格柵具有兩種功能：一是能提高瀝青結(jié)構(gòu)層的強度，具有長期抵抗拉應力的能力;二是能使應力均勻分布在較大的面積范圍內(nèi),大大減輕瀝青結(jié)構(gòu)層的徐變作用,最終達到防止瀝青路面開裂的目的。

國內(nèi)自八十年代末開始研究此技術(shù)。1992年北京市公路局設(shè)計研究院結(jié)合八達嶺公路水泥混凝土路面大修，采用金屬網(wǎng)加筋瀝青混合料結(jié)構(gòu)修筑了500m試驗段，使用效果較好。哈爾濱建筑工程學院道路研究所于1993年7月提出了《塑料網(wǎng)格在柔性路面結(jié)構(gòu)工程中的應用》研究報告，對室內(nèi)外試驗進行了詳細闡述,并提出了施工工藝。長沙交通學院也對塑料格柵進行了室內(nèi)研究，提出了《土工格柵對瀝青路面抗車轍、抗開裂性能的試驗研究》初步報告。北京市政設(shè)計院研究所對加拿大貝密爾斯有限公司生產(chǎn)的自粘式瀝青路面加勁網(wǎng)格進行了室內(nèi)試驗，得到了初步結(jié)果。

國內(nèi)外對加筋格柵瀝青混凝土試驗研究的結(jié)果表明，加筋格柵具有減薄瀝青層厚度、防治反射裂縫、減少車轍作用等特點，能夠加強瀝青路面的結(jié)構(gòu)性能，提高道路的使用壽命。

3瀝青加鋪層的開裂分析及設(shè)計方法

舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青層是一種特殊的路面結(jié)構(gòu)，其應力應變特性與一般彈性層狀體系有較大的差別。由于接裂縫的存在，舊水泥混凝土路面作為基層的整體強度降低，而且在外力荷載作用下，瀝青混凝土加鋪層處于復雜的三維應力狀態(tài)。車輛通過不連續(xù)的板體時，瀝青混凝土加鋪層中由于接裂縫兩側(cè)相鄰板塊產(chǎn)生豎向位移差，而出現(xiàn)較大的剪切應力，這種剪切應力是瀝青混凝土加鋪層產(chǎn)生荷載型反射裂縫的最主要原因。另外，由于路面暴露在大氣中，受氣溫周期性變化的影響，瀝青加鋪層和舊水泥混凝土面板都會膨脹，產(chǎn)生溫度應力。由于舊水泥混凝土路面的應力在接縫處不連續(xù)，因此瀝青加鋪層同時承受它本身以及舊路面所產(chǎn)生的溫度應力，特別是在冬季氣溫較低時，瀝青混凝土加鋪層會因為與接裂縫對應處的拉應力過大而開裂，形成所謂的溫度型反射裂縫。因此，瀝青加鋪層設(shè)計是瀝青加鋪層厚度設(shè)計，而厚度由行車荷載和防止反射裂縫兩個因素控制。由于水泥混凝土面板強度較高，將其作為基層，在其上加鋪瀝青混凝土的這種路面結(jié)構(gòu)，強度一般能滿足要求，關(guān)鍵是防止反射裂縫的產(chǎn)生。雖然我國目前舊水泥混凝土路面改建工程日益頻繁，但現(xiàn)行的《公路工程瀝青路面設(shè)計規(guī)范》并沒有把舊水泥混凝土路面上瀝青混凝土加鋪層設(shè)計這一內(nèi)容包括在內(nèi)。國外對這一問題的研究工作起步較早，目前已形成四種相對成熟的設(shè)計和計算方法，分別是ARE(AnstinResarchEngineers)設(shè)計方法、美國瀝青協(xié)會(AI)法、美國工程兵團和聯(lián)邦航空局(FAA)法、AASHTO罩面設(shè)計方法。由這四種計算方法得出的寧通公路六合東至江都段舊混凝土路面上加鋪的瀝青混凝土厚度在80～100mm之間。

4玻纖格柵防止反射裂縫作用機理

上述四種方法計算的舊水泥混凝土路面上瀝青加鋪層的厚度是作出一些假設(shè)后，按理論方法或是在國外一些試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上得出的。為防止反射裂縫的產(chǎn)生，國外多采用加厚瀝青加鋪層的辦法。但單純依靠增加加鋪層厚度有其弊端：一方面增加加鋪層厚度受到路面標高的限制(寧通公路上跨橋橋下凈空在加鋪后需滿足4.8m要求)；再就是大幅度增加加鋪層厚度必將增加路面造價，而且在夏季高溫情況下瀝青混合料高溫蠕變易產(chǎn)生車轍，也就失去了由于舊水泥混凝土板作基層所產(chǎn)生的強基薄面的優(yōu)勢，因而加厚瀝青加鋪層這一方法不可取。

針對這一情況，在查閱大量資料，進行理論分析和論證的基礎(chǔ)上，最終決定在舊水泥混凝土路面上布置玻纖格柵加筋層，其上再鋪筑瀝青混凝土面層。這樣鋪筑的路面對防止基層裂縫反射、減少路面車轍、延長路面壽命具有顯著效果。玻纖格柵具有高抗拉強度、低延伸率、無蠕變，與瀝青混合料的相容性好、物理化學性能穩(wěn)定、耐高溫、嵌鎖與限制作用強等特點，其主要作用為均勻傳遞軸載，并將反射裂縫應力由垂直方向轉(zhuǎn)為水平方向。

使用玻纖格柵，可增強瀝青混合料的整體抗拉強度，有效地改善路面結(jié)構(gòu)應力分布，抵抗和延緩由于路面的基層裂縫引起的瀝青混凝土路面反射裂縫的發(fā)生，從而提高路面的使用壽命。

根據(jù)寧通公路六合東至江都段舊水泥混凝土板破損情況，不同路段采用了不同的處理方案：南京段加鋪方案為4cm改性瀝青SMA+6cm粗粒式瀝青混凝土+玻纖格柵+2cm瀝青找平層+18cm二灰碎石；揚州段加鋪方案為4cm改性瀝青SMA+6cm粗粒式瀝青混凝土+玻纖格柵+2cm瀝青找平層+改性瀝青油毛氈貼縫。

5施工技術(shù)

5.1鋪設(shè)路面的處理

玻纖格柵的使用效果與鋪設(shè)路面的處理情況密切相關(guān)，在鋪設(shè)前必須將路面上可能影響格柵與底層結(jié)合強度的物質(zhì)如油脂、油漆、封層料、水漬、污物等徹底清除干凈,使鋪設(shè)表面清潔干燥。玻纖格柵上感壓式背腹屬水溶性物質(zhì),如路面有水跡時,應待路面干燥后再進行鋪設(shè)。鋪設(shè)格柵之前需灑粘層油,粘層油如使用乳化瀝青,需在完全破乳干燥后鋪設(shè)格柵。

5.2玻纖格柵的鋪設(shè)與固定

格柵鋪設(shè)可由拖拉機或汽車改裝的專用設(shè)備進行鋪設(shè)，也可人工鋪設(shè)。玻纖格柵每卷產(chǎn)品的紙筒兩端各標有橙色和藍色標記，在開始鋪設(shè)之前，應選擇膠面向下，確定上述標記顏色各在某一端，以方便施工而不致將膠面鋪錯。格柵鋪設(shè)時，應保持其平整、拉緊，不得起皺，使格柵具備有效的張力，鋪完之后再用干凈的鋼輪壓路機碾壓一遍。

目前常用的玻纖格柵有帶自粘膠和不帶自粘膠兩種。帶自粘膠的可直接在已平整的基層上鋪設(shè)，不帶自粘膠的通常采用鋼釘固定法。寧通公路揚州、南京段均采用不帶自粘膠的玻纖格柵，固定所需材料為：

①50×50×0.3mm的固定鐵皮，要求平整不翹角，周邊宜倒角處理；

②2英寸鋼釘。

采用固定鋼釘法鋪設(shè)玻纖格柵時，先將一端固定鐵皮和鋼釘固定在已灑布粘層瀝青的下層結(jié)構(gòu)上，鋼釘可用錘擊或射釘射入。再將格柵縱向拉緊并分段固定，每段長度為2～5m。也可按縮縫間距分段，鋼釘位置設(shè)于接縫處。要求格柵拉緊時玻纖縱橫向均處于挺直張緊狀態(tài)。

格柵搭接為縱向搭接，搭接寬度不小于20cm，橫向搭接寬度不小于15cm，縱向搭接應根據(jù)瀝青攤鋪方向?qū)⑶耙环糜诤笠环稀９潭〞r不能將鋼釘釘于玻纖上，不能用錘子直接敲擊玻纖，固定后如發(fā)現(xiàn)鋼釘斷裂或鐵皮松動，則需重新固定。玻纖格柵鋪設(shè)固定完畢后，須用膠輥壓路機適度碾壓穩(wěn)定，使格柵與原路表面粘結(jié)牢固。

在實際施工中，有些施工單位采用灑布粘層油后直接攤鋪玻纖格柵，壓路機緊隨后碾壓，其效果較好,玻纖格柵也不易起波浪。

在實際操作過程中，施工質(zhì)量的好壞對今后玻纖格柵的使用效果有著很大影響。因此，加強質(zhì)量監(jiān)督、提高施工人員技術(shù)水平顯得尤為重要。

5.3施工注意事項

(1)嚴格控制運送混合料的車輛出入，在格柵層上禁止車輛急轉(zhuǎn)向、急剎車和傾瀉混合料腳料，以防止對玻纖格柵的損壞。

(2)玻纖格柵背膠易溶于水，雨天或路面潮濕時不得施工。

(3)玻纖格柵為玻璃纖維制造，對人體皮膚易產(chǎn)生刺激作用，施工人員須戴防護手套。

(4)當使用的膠輪壓路機需注水增加重量時，其注水量不能太滿，以防溢流到玻纖格柵上，造成其背腹失去粘性。

(5)玻纖格柵鋪設(shè)過程中，若發(fā)現(xiàn)原路面有較小的坑塘沒有予先填平，可在鋪好的格柵上將對應坑塘的部分剪去，以便在鋪上層瀝青混合料時能完全填平坑塘。

(6)格柵鋪設(shè)時，要求路面溫度在5°C～60°C之間。

6結(jié)束語

(1)國內(nèi)用于瀝青路面加筋的玻纖格柵種類較多，但玻纖格柵指標不明確，測試方法和標準也不統(tǒng)一，急需制定出適合我國國情的產(chǎn)品規(guī)格、性能要求、測試方法標準。

(2)采用玻纖格柵加筋瀝青混凝土路面能大大改善其結(jié)構(gòu)性能，但改善的原因尚有待于進一步研究。

(3)寧通公路六合東至揚州段舊水泥混凝土路面改造中采用的玻纖格柵加筋瀝青混凝土面層，從目前通車情況來看，效果較為理想，由于裂縫的發(fā)展需要一定的時間，對于玻纖格柵抑制反射裂縫的最終效果尚有待今后作長期觀察。