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旧水泥路面加铺沥青面层的设计原理与施工要点分析作者陈俊仟单位：固安县交通运输局公路管理站摘要：水泥混凝土路面经过服役期以后，即使出现了断板开裂、板缝唧泥、板块间错台等疲劳状态，由于自身的强度与回弹模量较高，可以通过板体结构层的受力特点进行验算补强设计再利用，一般进行加铺沥青混凝土面层较为实用，尽量避免破除后的大修或重建，关系到经济造价与环保方面的重大意义。关键词：旧水泥路面加铺沥青面层设计原理施工要点0、序言旧水泥混凝土路面设计服役期限较长，加之以前的轴载标准较低，因此；设计的后面厚度指标偏小，一般在22～26㎝较为常见，由于汽车轴载的提升、超载、交通渠化以及水文条件的变化等诸多原因；导致水泥路面出现断板、唧浆、错胎、涨缝拱起、或过早疲劳破坏，严重影响交通运输功能，因此；旧水泥路面加铺沥青混凝土面层再利用技术问题，可复制出崭新的柔性路面，具有经济意义与技术前景。1、旧水泥混凝土路面质量评估分析(1)(2)等级优良中次差断板率（％）≤2.5≤56～1011～20＞20平均错台量（mm）≤2.5≤56～1011～20＞15处理方法日常养护利用压浆换板采取补强设计破裂稳固后短期利用大修重建2、旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的技术规定(1)(3)当旧混凝土路面的破坏状况与接缝传荷载能力评定为良好或中等情况下，可采用加铺沥青混凝土面层设计。加铺层施工前对破碎严重的旧混凝土板进行更换；同时对裂缝进行修补封闭；对错台进行找平处理；对于脱空的板体进行压浆填充密实，将原伸缩缝进行掏空处理并重新恢复其功能。3、计算流程与设计参数(3)3.1、计算流程：①σpsa对旧路进行钻孔取样确定路面厚度，h=he-1.04Sh-------②确定旧路混凝土弯拉强度ƒ=0.621ƒsp+2.64；-------③确定旧混凝土抗弯拉模量，EC=104/｛0.0915+(0.0963.4/ƒr)｝-------④通过在旧路面上测得弯沉值反算基层顶面回弹模量Et,-------⑤求得旧水泥路面刚度半径，r=0.537(EC/Et)1/3------⑥计算荷载疲劳应力，σ=0.077r0.60h-2-------⑦计算加铺沥青面层后的旧混凝土层在临界荷载处产生的应力，σpsa=（1-ζha）-------⑧计算荷载疲劳应力，σpr=k1k2k3σpsa-------⑨计算所在区域的温度疲劳应力，σtm=aCEChTBX/2-----kt=(ƒr/σtm)｛a(Qtm/ƒr)c-b｝-----σtr=ktσtm------σtra=（1-ζha）σtr-------⑩理论检验：若γr（σpr+σtr）≤ƒr时；即计算成果可以利用。4、算例(3)一条修建多年的二级公路；所处地理环境为Ⅳ区，当初设计为板厚22㎝，板长L=4m,目前路面严重损坏，经调查评定分析路面损坏程度与接缝传递何在的能力中等等级，旧路面结构参数调查结果为；实测弯拉强度为4.5(MPa),弯拉弹性模量EC=29×103(MPa)，基层顶面回弹模量为Et=80(MPa)，拟进行加铺沥青混凝土面层再利用，试就算沥青加铺层的厚度H=?解：采用试算法，初步拟定采用加铺10㎝厚沥青混凝土面层，即4㎝厚AC—13+6㎝厚AC—16。4.1、旧混凝土路面的刚度半径：r=0.537(EC/Et)1/3=0.537（29×103/80）1/3=0.8424.2、荷载疲劳应力：σps=0.077r0.60h-2=0.077×0.8420.6×0.22-2=1.435(MPa)，且由h=0.22与（EC/Et）=2900/80=362.5，查专业诺模图求得ζ1=1.66.4.3、标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力：σpsa=（1-ζ1ha）σps=（1-1.66×0.10）×1.435=1.2(MPa)4.4、荷载疲劳应力：σpr=k1k2k3σpsa=0.87×2.65×1.25×1.2=3.46(MPa)4.5、温度疲劳应力：与累计疲劳作用的应力系数kt、混凝土最大温度梯度的翘曲应力σtm、混凝土线性膨胀系数aC、最大温度梯度Tb、旧混凝土板块长度L、混凝土的刚度半径r以及所在地区的自然区划的回归系数a、b、c呈现函数关系,温度应力回归系数如下表:系数公路自然区划ⅡⅢⅣⅤⅥⅦa0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270由于所处区Ⅳ的最大温度梯度为温度BX=38(℃/m),板长L=4m,由L/r=4/0.842=4.75与h=0.22m查图BX=0.57，且混凝土线膨胀系数aC=1.0×10-5，则有下式成立；(1)、σtm=aCEChTBX/2=（1.0×10-5×29×103×0.22×0.38）/2=0.619(MPa)(2)、kt=(ƒr/σtm)｛a(Qtm/ƒr)c-b｝=(4.5/0.691)｛0.841(0.619/ƒ4.5)1.323-0.058｝=0.081(3)、σtr=ktσtm=0.081×0.619=0.056(MPa)(4)、由于旧水泥路面厚度h=0.22m；EC=29×103(MPa)，查专业诺模图得ζ2′=0.82，因此；铺设双面层沥青混凝土时；下面层临界荷载位置的疲劳温度应力为：σtra=（1+ζ2ha）σtr=（1+0.82）×0.56=0.06(MPa)4.6、确定具有可靠度的行车荷载与温度梯度对路面产生的疲劳应力，二级路质量可靠度为90%，安全系数选用γr=1.2，因此；γr（σpr+σtr）=1.2×（3.46+0.06）=4.22(MPa)4.7、安全度校核:通过疲劳应力与温度疲劳应力组合分析，通过加铺双层沥青混凝土补强后；旧混凝土面层所产生的应力=4.22(MPa)≤4.5(MPa)，说明旧混凝土板面加铺沥青混凝土面层的技术方案可行。5、常见如下情况可按柔性路面允许弯沉值进行计算路面结构层的加铺厚度(1)(4)5.1、考虑到在旧水泥路面上单纯铺筑沥青面层抵抗弯拉应力不满足规定且需要增加中间结构层的。5.2、旧水泥路面结构层破损程度达到中等评估以下，可将其作为底基层使用并增加上基层结构的。5.3、通过验算路基和基层的回弹模量、交通量分析、使用年限、荷载作用轴次，运用多层弹性层状理论体系，以设计弯沉为指标进行路面结构层厚度设计。6、加铺沥青混凝土面层的技术要点(4)原始的旧水泥混凝土路面设有的横向、纵向缩缝以及涨缝的原因，原来缝状情况必然会反射到加铺后的沥青混凝土面层，同时旧混凝土表面层粗糙度差极易与加铺层产生滑动，因此，必须采取如下措施。6.1、加铺沥青混凝土面层之前；将旧水泥路面进行刻痕处理，深度3～5㎜为宜，意义在于同加铺层保持固有的摩阻力不产生推移。6.2、结合喷洒粘层油并铺设耐高温140℃的玻璃纤维土工格栅，充分发挥土工布抗拉和沥青防水的综合作用，最大限度的限制底层反射裂缝。6.3、采用纤维沥青混凝土，纤维沥青混合料是多相、多组分、非均质的颗粒型弹性复合材料，具有受弯影响敏感、抗拉压变形能力低和极限拉伸变形小等特点，为抵抗温度变形和抗推移变形而采用纤维沥青混合料具有必要的技术性，采用AC—20I型做底层和AC—13I型做面层效果为好。6.4、加铺沥青混凝土面层施工时；宜选择选择平均气温在10～20℃时最佳，原理基于旧混凝土路面具有热胀冷缩的徐变特性，若施工温度高容易导致加铺后的沥青混凝土面层出现低温反射裂缝。6.5、为防止加铺后的沥青混凝土出现车辙，最佳的技术手段应严格控制压实度保持上限；同时最大理论密度试验采用GTM法，其流值、稳定度、孔隙率、油石比及最大密度等技术指标效果最佳。6.6、根据规范要求及工程实践分析研究，加铺层的最小铺筑厚度为：高速及一级公路10~12㎝，二级公路5~10㎝，三级公路3~5㎝，四级公路2~3㎝，该情况下能够满足荷载规定及行车舒适性。结论：旧混凝土路面加铺沥青混凝土面层的技术要点是，首先确定旧混凝土路面顶面的弯沉值、厚度和强度，用以验算沥青混凝土加铺层的厚度，当采用理论法进行设计时；还要验算交通量及轴载作用次数，同时依照柔性沥青混凝土路面的计算方法确定路面结构层，以保证具有足够的承载力及抗弯拉能力，以保证复制后的新路面足以抵抗裂缝、推移和变形能力，具有良好的经济意义与技术发展前景。参考文献：(1)《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2011,人民交通出版社(2)《公路沥青路面设计规范》JTGD50—2006,人民交通出版社(3)《公路设计白问》李嘉主编，2003年，人民交通出版社《》(4)《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40—2004,人民交通出版社