沥青加铺层改造旧水泥混凝土路面的试验分析.docx

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沥青加铺层改造旧水泥混凝土路面的试验分析

沥青加铺层改造旧水泥混凝土路面的试验分析

摘要：

江苏宁通公路六合东至江都段旧水泥混凝土路面于1998年采用沥青混凝土加铺改造，结合改造工程设计了1l段不同加铺方案进行试验观测。

5年来，通过对试验路构造深度、摩阻系数及裂缝检测与观察，分析了各方案的使用状况。

关键词：

沥青加铺层水泥混凝土路面试验分析

1概述

近年来，随着江苏经济的快速发展，交通量剧增，汽车载重日益重型化，对路面结构的破坏日渐加重，目前有大量的旧水泥混凝土路面不能满足使用要求。

近几年江苏省采用沥青混凝土对旧水泥混凝土路面进行了加铺改造，目前已完成或正在进行的项目有宁通公路六合东至江都段、204国道盐城段、205省道常熟段、沪宜线常州段、101省道镇江段、宁合公路南京段、宁连一级公路南京段等。

旧水泥混凝土路面上采用的沥青加铺层结构形式大致可分为以下几类：

（1）沥青混凝土+水泥板；

（2）沥青混凝土+二灰碎石层+水泥板；

（3）沥青混凝土+沥青碎石层+水泥板。

宁通公路六合东至江都段是江苏省苏中腹地东西向的一条交通大动脉，于1986年建成。

1996年该路段的实测绝对交通量达9338辆／昼夜，经过12年的使用，该路面出现了板块脱空、断板、角隅断裂、错台等不同程度的病害，已不能满足当时的交通运输要求。

从调查结果可以看出（表1），南京（K49+082-K53+083）段水泥混凝土路面的损坏情况最为严重，扬州K59+240～K65+155段和K77+352～K90+880段次之，需对该段水泥混凝土路面进行改造。

由于水泥混凝土面板强度较高，作为基层，其上加铺沥青混凝土这种路面结构，强度方面一般能满足要求，关键是防止沥青加铺层反射裂缝的产生。

按照ARE（AnSi.inReSarChEngi—neerS）设计方法、美国沥青协会（AI）法、美国工程兵团和联邦航空局（FAA）法、AASHT0罩面设计方法计算得出宁通公路六合东至江都段沥青加铺层厚度见表2。

考虑到较薄的沥青加铺层对防治反射裂缝无明显效果，同时，结合宁扬公路主线桥、跨线桥较多，标高受到限制的情况，经分析决定采用10Cm（即4+6）的沥青加铺层。

在改造过程中，针对水泥混凝土板块的病害情况，采用了两种加铺方案。

南京（K49+082～K53+083）段加铺方案为：

4CmSMlAl6+6CmAC25I+玻纤格栅+2～3CmACl0I+18Cm二灰碎石+旧水泥板；扬州.K59+240～K65+155段和K77+352一：

K90+880段加铺方案为：

4CmSMAl6+6CmAC25l+玻纤格栅+2～3CmACl0I+旧水泥板（油毡贴缝）。

2试验路设计思想

2.1试验路段老路状况及改造措施

宁通公路六合东至江都段穿越南京、扬州两市，经过历次改造后路面结构型式不尽相同，不同路段其结构型式见表3。

试验路老路病害调查从1997年5月下旬开始，至12月中旬结束；现场检测集中在1998年2月～4月。

对试验路段水泥混凝土路面板进行了逐块板详细调查，调查结果汇总见表4。

2.2试验路路段的划分

依托宁通公路六合东至江都段高速化改造工程，为比较改性沥青、SMA、土工合成材料等的长期使用效果而确定了11段试验路（表6）。

试验段的施工和正常路段的施工同步进行，施工条件完全相同，于1998年秋天竣工。

在近5年的时间里，通过对试验路段构造深度、摩阻系数及裂缝发生、发展的原因进行分析与观察，可为我国今后类似工程提供借鉴。

2.3试验路路段设置的目的

宁通公路六合东至八字桥段共设置试验路11段，其中南京K49+082～K53+083段设置两段，扬州K59+240一K65+155段设置4段，扬州K77+352～K90+880段设置5段（表6）。

设置试验段着重考虑了各个路段的交通量、旧水泥板损坏程度、施工水平等存在的差异，其目的主要有以下几点：

（1）在南京（K49+082～K53+083）段（该段全部使用壳牌Canbrit成品改性沥青），相对于加铺正方案NJl，设计了不加玻纤格栅的对比试验NJ2，目的是检验玻纤格栅的使用效果。

（2）在扬州（K59+240一K65+155）段（该段全部使用壳牌Caribtit成品改性沥青），相对于加铺正方案YNl，设计了不加玻纤格栅的对比试验YN2；为了比较玻纤格栅与土工布的效果，设计了不加玻纤格栅而加土工布的对比试验YN3；为了比较ACl6I型结构与SMA面层结构的效果，设计了不用SMA面层结构而用ACl6I型结构的对比试验YN4。

（3）在扬州（K77+352一K90+880）段（该段使用现场改性沥青和非改性的普通沥青两种），相对于现场改性沥青做的SMA面层方案’~Z2（正方案）和ACl6I型面层方案YZ5，做了非改性的普通沥青的SMA面层方案YZ3和ACl6I型面层方案’YZ4作对比试验；相对于加铺正方案YZ2，为了检验玻纤格栅的使用效果，做了不加玻纤格栅的对比试验YZl。

3试验数据观测及分析

宁通公路六合东至江都段高速化改造工程竣工后，随即对11段试验路进行观测。

在近5年（1998.9～2003.5）的时间内，每间隔3个月左右就对试验路进行一次全面观测，检测沥青加铺层路面的摩阻系数、构造深度、反射裂缝发展情况，对各试验路段反射裂缝发展情况进行了分析。

3.1摩阻系数数据分析

通过现场检测，共收集摩阻系数数据1980个，经处理后的数据为198个，其中SMA路面摩阻系数数据144个（改性沥青SMAl26个，非改性沥青SMAl8个），ACl6型路面摩阻系数数据54个（改性沥青ACl6I型36个，非改性沥青ACl6I型18个），具体见图1。

从图1可以看出，ACl6I型路面摩阻系数绝大多数数值较SMA路面要小，ACl6I型路面摩阻系数数值的离散性较SMA路面要大，其中，SMA（Caribil，沥青）路面摩阻系数数值的离散性最小（数值在51.7～60.4之间），ACl6I型（南韩70号沥青）路面摩阻系数数值的离散性最大（数值在47.5～70.2之间）；在试验路路面结构中，ACl6I型路面摩阻系数随时间的增大其数值下降最为明显，SMA（Caribit沥青）和SMA（现场加工SBS改性沥青）路面摩阻系数随时问的增大其数值下降较为缓慢。

今后需通过收集更多的数据来找出其中的变化规律。

3.2构造深度数据分析

构造深度检测与摩阻系数同步进行，共收集构造深度原始数据396个，经处理后的数据为198个，其中SMA路面构造深度数据144个（改性沥青SMAl26个，非改性沥青SMAl8个），ACl6型路面构造深度数据54个（改性沥青ACl6I型36个，非改性沥青ACl6I型18个），具体见图2。

从图2可以看出，ACl6I型路面构造深度绝大多数数值较SMA路面要小，ACl6I型路面构造深度数值的离散性较SMA路面要大，其中，SMA（Caribit沥青）路面构造深度数值的离散性最大（数值在0.53～1.07之间），ACl6I型（南韩70号沥青）路面构造深度数值的离散性最小（数值在0.18～0.44之间）；在试验路路面结构中，ACl6I型路面构造深度随时问的增大其数值下降最为明显，SMA（Caribit沥青）和SMA（现场加工SBS改性沥青）路面构造深度随时间的增大其数值下降较为缓慢。

今后需通过收集更多的数据来找出其中的变化规律。

3.3反射裂缝观察及分析

3.3.1反射裂缝的观察

通过查阅旧板块的更换修补、基层强度测试、每块板压浆前后的四个板角单点实测弯沉值的记录、相邻板块之间的剪力差的测定记录、试验路段的标记及每块板块横缝的标记等基础调查资料，结合试验段竣工后每个季度路面观测记录后得知：

2000年12月，对试验路段进行例行观测时发现了反射裂缝，距路面竣工时间为两年（即竣工后的第3个冬天）。

图3是截止2003年5月14日观测的裂缝分布情况。

3.3.2反射裂缝分布情况分析

（1）11段试验路段中，有3段没有出现一条反射裂缝，占全线试验段总数的27％，出现裂缝的试验段占73％。

各方案试验路段反射裂缝数量占该试验段旧水泥板块横缝总数的百分比可见图3。

（2）通过调查发现，横向裂缝长在0.5～1.5m之间的裂缝有25条，占全线裂缝总数的25.3％；横向裂缝长在1.5～2.5m之间的裂缝有12条，占全线裂缝总数的12.1％；横向裂缝长在2.5～5.0m之间的裂缝有44条，占全线裂缝总数的44.4％；横向裂缝长大于5.0m的裂缝有18条，占全线裂缝总数的18.2％（图4）。

（3）ACl6路面结构反射裂缝数量比SMA路面结构明显反射裂缝数量多（例如YZ3和YTA段比较，分别为0和3％；YNl和YN4比较，分别为12％和37％）。

（4）ACl6路面结构修补面积比SMA路面结构修补面积数量大（例如YZ3和YZ4段比较，分别为0.92％和1.19％；YNl和YN4比较，分别为0.35％和0.82％，见图5）。

（5）改性沥青比非改性沥青效果好。

（6）夹层材料土工布与玻纤格栅网相比，二者的效果相差不大。

4结论

（1）ACl6路面结构裂缝发生的时间比SMA路面结构早，ACl6路面结构裂缝发展速度比SMA路面结构快。

从目前裂缝观察的情况来看，ACl6路面结构在防治反射裂缝效果上比SMA路面结构明显差。

（2）沥青加铺层改造旧水泥混凝土路面方案中，对旧板的压浆处理，板块的单点实测弯沉值采用14和20作为控制指标是针对宁通公路六合东至江都段高速化改造工程旧水泥混凝土板块实测单点弯沉的基础上总结出来的。

今后仍可在板块的单点实测弯沉值指标上进一步进行探索，使该指标更趋经济合理。

（3）同样厚度的沥青混凝土加铺层，采用不同的沥青材料、不同的结构层，其抗反射裂缝的能力不同。

面层采用SMAl6混合料明显比采用ACl6I型混合料表现出更强的抗反射能力；在结构和厚度相同的情况下，使用土工格栅能够提高加铺层的抗反射裂缝能力。

（4）沥青加铺层改造旧水泥混凝土路面出现反射裂缝是不可避免的，关键是在节约工程造价的情况下尽可能地减少和延缓反射裂缝的产生，采用改性沥青SMA、土工织物等材料是较为合理的。

（5）SMA路面结构较ACl6I路面结构在运营期间维修工作量小，采用改性沥青能有效防止混合料的剥落，延长材料使用寿命。

（6）到目前为止，国内还没有旧水泥混凝土板块改造后的沥青加铺层路面裂缝病害发展情况报告，现在观测的结果似乎还不能区分改性沥青SMA与非改性沥青SMA在抗反射裂缝能力上的差异；随着时间的推移，各种材料的抗反射能力将会在路面裂缝上有所反映，今后仍将作进一步观察。