基于彎沉和彎沉差的復(fù)合式路面病害處指標(biāo)研究定稿

1、基于彎沉和彎沉差的復(fù)合式路面病害處指標(biāo)分析研究摘 要：本文結(jié)合寧通高速（G328線）儀征段“白加黑”二次改造工程，調(diào)查了“白加黑”路面瀝青面層的病害類(lèi)型，分析了“白加黑”路面病害的發(fā)展機(jī)理，同時(shí)借助其大修銑刨舊瀝青路面的有利時(shí)機(jī)，對(duì)銑刨瀝青面層后的砼板塊彎沉進(jìn)行了彎沉檢測(cè)。通過(guò)對(duì)原瀝青路面病害位置處砼板塊的彎沉數(shù)據(jù)分析，說(shuō)明了以位移指標(biāo)來(lái)控制“白加黑”路面病害處治及改造設(shè)計(jì)和施工的優(yōu)越性，對(duì)傳統(tǒng)“白加黑”路面病害的處治及方案設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：原瀝青路面病害 原理分析 板塊彎沉 相鄰板塊彎沉差 彎沉數(shù)據(jù)分析 小結(jié)0 前言80年代以來(lái)，水泥混凝土路面在我國(guó)得到迅猛發(fā)展，但是隨著水泥混凝

2、土路面損壞、使用品質(zhì)下降，我國(guó)眾多水泥混凝土路面已經(jīng)加鋪瀝青面層，進(jìn)行了簡(jiǎn)單的“白加黑”改造。水泥混凝土與瀝青混凝土復(fù)合式路面（CC-AC），是一種“剛?cè)嵯酀?jì)”的路面結(jié)構(gòu)形式，既有剛性路面耐久性的優(yōu)點(diǎn)，又有柔性路面行車(chē)舒適的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著復(fù)合式路面通車(chē)?yán)锍痰目焖僭鲩L(zhǎng)，以及大型車(chē)輛的增加，早期改造的白加黑路面在使用中逐年老化，使用性能開(kāi)始下降，已經(jīng)不能滿足高速行車(chē)的要求，因此目前很多復(fù)合式路面需要進(jìn)行“白加黑”二次改造。然而，目前國(guó)內(nèi)對(duì)“白加黑”路面的二次改造仍處于研究、試驗(yàn)階段，尤其在根據(jù)板塊豎向位移判斷板塊處理范圍和處理方案上還不成熟，還沒(méi)有相關(guān)的規(guī)范和規(guī)程可以參考。因此本文結(jié)合寧通高速

3、（G328線）儀征段“白加黑”二次改造工程，借助其銑刨舊瀝青路面的有利時(shí)機(jī)，對(duì)銑刨后上行線板塊彎沉進(jìn)行了檢測(cè)，通過(guò)分析原瀝青路面病害位置處的板塊彎沉數(shù)據(jù)，闡述了以位移指標(biāo)來(lái)控制“白加黑”路面病害處置及改造設(shè)計(jì)和施工的優(yōu)越性，對(duì)傳統(tǒng)“白加黑”路面病害的處治有一定的指導(dǎo)意義。1 舊路狀況G328海寧線儀征段起點(diǎn)八字橋（K133+119），終點(diǎn)寧揚(yáng)交界（K163+819），全長(zhǎng)30.7km，屬于寧通高速公路一段，是江蘇省“四縱四橫四聯(lián)”公路主骨架的重要組成部分，是我省蘇中地區(qū)東西方向的交通大動(dòng)脈。本次改造路段為十五里墩收費(fèi)站青山渡槽K158+300K163+819段路面長(zhǎng)5.519km。該段建成于1

4、980年，原為水泥混凝土板塊路面，1998年加鋪瀝青混凝土面層進(jìn)行“白加黑”高速化完善改造，取得了良好的使用效果。但由于距今已經(jīng)過(guò)接近11年的營(yíng)運(yùn)，目前該路段出現(xiàn)了一系列不同程度的病害，以水泥混凝土板塊反射裂縫為主，其次行車(chē)道與硬路肩剛?cè)峤唤犹幙v向裂縫較為嚴(yán)重，局部路段存在較嚴(yán)重的翻漿現(xiàn)象?，F(xiàn)有病害已經(jīng)大大降低了道路的技術(shù)狀況指標(biāo)，為改善其使用性能，2009年我們決定對(duì)其進(jìn)行“白加黑”二次改造。原道路結(jié)構(gòu)圖如下：圖1 原道路結(jié)構(gòu)圖根據(jù)以上現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得到，本項(xiàng)目路面典型病害主要有三種：（1）水泥板塊接縫或者裂縫處的反射裂縫，一般每隔5m一道規(guī)則的貫穿行車(chē)道或半幅路面的橫向裂縫；（2）在水泥板塊與硬

5、路肩剛?cè)峤唤犹幙v向裂縫，位置位于行車(chē)道的輪跡帶處，在行車(chē)荷載的反復(fù)作用促使該位置出現(xiàn)大范圍的縱向裂縫。（3）部分行車(chē)道和超車(chē)道以及裂縫嚴(yán)重路段出現(xiàn)坑槽唧漿等水損害現(xiàn)象。2 病害產(chǎn)生及發(fā)展機(jī)理分析研究表明：在路面結(jié)構(gòu)組合合理和路基穩(wěn)定的情況下，“白加黑”路面反射裂縫是導(dǎo)致路面出現(xiàn)各種病害的主要原因1。從“白加黑”路面的破壞過(guò)程可以知道，由于反射裂縫的存在，使得瀝青面層喪失整體性，水沿著反射裂縫處滲入至基層頂面，在車(chē)輛荷載的重復(fù)作用下形成有壓水在板底接裂縫處和板邊高速流動(dòng)，對(duì)基層頂面進(jìn)行沖刷，細(xì)顆粒從接裂縫處和板邊被帶到路面上產(chǎn)生翻漿，隨著細(xì)顆粒的不斷帶出，板底形成脫空，從而導(dǎo)致瀝青混凝土加鋪層形

6、成翻漿等更為嚴(yán)重的病害破壞。研究表明基礎(chǔ)的脫空范圍對(duì)接裂縫邊緣罩面層內(nèi)的應(yīng)力有著較大的影響，隨著基礎(chǔ)脫空范圍的增大，罩面層中的應(yīng)力也相應(yīng)地增大，因此在不考慮層間豎向拉開(kāi)的前提下，脫空極易造成罩面層中的反射裂縫，而且脫空的存在必然引起并擴(kuò)展罩面層與舊路面板之間的脫開(kāi)2。因此我們可以假定，當(dāng)瀝青路面出現(xiàn)翻漿等嚴(yán)重病害時(shí)，板下已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的脫空。2.1反射裂縫產(chǎn)生原理分析本路段的橫向裂縫主要是為水泥板基層接縫或者裂縫處的反射裂縫，調(diào)查數(shù)據(jù)表明，該路段裂縫度普遍在一個(gè)較高的水平之上，部分路段裂縫度達(dá)到200（m/1000m2）以上。反射裂縫類(lèi)型和產(chǎn)生原理主要有以下兩種：（1）荷載型反射裂縫：反射裂

7、縫是“白加黑”路面主要病害之一, 研究表明其主要成因與車(chē)輛荷載引起的剪切破壞有關(guān)(如圖2) 。主要是是由于車(chē)輛通過(guò)不連續(xù)的板體時(shí)，瀝青混凝土加鋪層中由于接縫或裂縫兩側(cè)相鄰板塊產(chǎn)生豎向位移差，而出現(xiàn)較大的剪切應(yīng)力，這種剪切應(yīng)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。圖2荷載型反射裂縫受力模型（2）溫度型反射裂縫：主要是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(huì)膨脹，產(chǎn)生溫度應(yīng)力(如圖3)，由于舊水泥混凝土路面的應(yīng)力在接縫處不連續(xù)，因此瀝青加鋪層同時(shí)承受它本身以及舊路面所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，即板塊翹曲應(yīng)力，特別是在冬季氣溫較低時(shí)，瀝青混凝土加鋪層會(huì)因?yàn)榕c接

8、裂縫對(duì)應(yīng)處的拉應(yīng)力過(guò)大而開(kāi)裂，形成所謂的溫度型反射裂縫。圖3溫度型反射裂縫受力模型彎沉是路面結(jié)構(gòu)承載能力的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，也是路面檢測(cè)和評(píng)定的主要指標(biāo)。目前我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)管理部門(mén)在制定養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策時(shí)，往往首先采用貝克曼梁或者落錘式彎沉儀進(jìn)行大量的路面彎沉測(cè)試，進(jìn)而評(píng)價(jià)路面結(jié)構(gòu)狀況。研究表明板塊板角彎沉與板角底部脫空程度有著密切的聯(lián)系，可以通過(guò)彎沉分析建立起彎沉指標(biāo)與路面板角脫空范圍（即翻漿點(diǎn)）的量化關(guān)系3，同時(shí)研究顯示：當(dāng)荷載作用于板縫一側(cè)時(shí), 板縫兩側(cè)產(chǎn)生的彎沉差, 使瀝青層有較大的剪切應(yīng)力和變形。在荷載重復(fù)作用下, 就會(huì)使疲勞裂縫反射上來(lái)。對(duì)于這種剪切疲勞破壞, 可以使用彎沉差這一位移指標(biāo)予以

9、控制, 如美國(guó)A I 法規(guī)定:舊水泥混凝土路面上瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)荷載( 單后軸80 kN ) 作用下相鄰板塊之間的彎沉差應(yīng)小于0.05mm 4。因此，如果我們能找出原瀝青路面病害處對(duì)應(yīng)板塊彎沉及相鄰板塊彎沉差的量化關(guān)系（即翻漿等嚴(yán)重病害處板塊彎沉的范圍和反射裂縫處相鄰板塊彎沉差的范圍），這樣我們就能根據(jù)原瀝青路面病害調(diào)查，結(jié)合板塊豎向位移（彎沉）檢測(cè)，確定“白加黑”路面板塊處理范圍和處理方案。3 病害處彎沉數(shù)據(jù)分析2009年我們借助寧通高速（G328線）儀征段大修改造工程銑刨瀝青面層的有力時(shí)機(jī)，通過(guò)試驗(yàn)段準(zhǔn)備，對(duì)上行線5.519km砼板塊彎沉進(jìn)行了檢測(cè)，通過(guò)分析原瀝青路面病害處對(duì)應(yīng)板塊彎沉

10、及相鄰板塊彎沉差（即翻漿等嚴(yán)重病害處板塊彎沉的范圍和反射裂縫處相鄰板塊彎沉差的范圍），建立瀝青路面病害和相應(yīng)位置板塊彎沉指標(biāo)的量化關(guān)系。3.1 試驗(yàn)段說(shuō)明寧通高速（G328線）儀征段上行線施工過(guò)程中，我們先對(duì)原瀝青路面病害進(jìn)行了調(diào)查并記錄位置，在舊瀝青路面銑刨后我們有對(duì)全線板塊病害病害進(jìn)行了調(diào)查并記錄，同時(shí)我們對(duì)全線板塊彎沉利用貝克曼梁進(jìn)行了檢測(cè)，最后將檢測(cè)的彎沉數(shù)據(jù)結(jié)合舊瀝青路面病害和混凝土板塊病害進(jìn)行了分析。全線共計(jì)檢測(cè)板塊2180塊，其中舊瀝青路面病害共有81處，共對(duì)應(yīng)有362塊板，翻漿等嚴(yán)重病害處對(duì)應(yīng)有247塊板，反射裂縫處有78塊板，其他病害處有37塊板。3.2 試驗(yàn)段方案 板塊彎沉

11、檢測(cè)過(guò)程中，我們主要檢測(cè)板塊板角和板邊彎沉。每塊板檢測(cè)四個(gè)點(diǎn)，具體檢測(cè)如圖4。圖3板塊檢測(cè)線路圖3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析3.3. 1翻漿等嚴(yán)重病害處彎沉分析圖4翻漿等嚴(yán)重病害處砼板塊彎沉檢測(cè)對(duì)比圖圖5翻漿等嚴(yán)重病害處砼板塊彎沉范圍圖將翻漿處板塊同全線無(wú)病害處板塊彎沉繪制成散點(diǎn)圖和頻率圖，如圖4，從圖中數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)范圍可以看出：翻漿等嚴(yán)重病害處板塊的彎沉明顯大于無(wú)病害處的板塊彎沉。結(jié)合翻漿等嚴(yán)重病害處彎沉范圍圖（圖5）可以得出結(jié)論：當(dāng)板塊彎沉大于或等于20（0.01mm）時(shí)，我們就可以認(rèn)為板塊此翻漿等病害處處對(duì)應(yīng)板塊下面已經(jīng)脫空。3.3.2反射裂縫處相鄰板塊彎沉差分析圖6反射裂縫處相鄰板塊彎沉差檢測(cè)對(duì)

12、比圖圖7反射裂縫處相鄰板塊彎沉差檢測(cè)范圍圖將反射裂縫處相鄰砼板塊彎沉差同全線無(wú)病害處相鄰砼板塊彎沉差繪制成散點(diǎn)圖和頻率圖，如圖6，從圖中數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)范圍可以看出：反射裂縫處相鄰砼板塊的彎沉差明顯大于無(wú)病害處的相鄰砼板塊彎沉差。結(jié)合反射裂縫處相鄰砼板塊彎沉差范圍圖（圖7）可以得出結(jié)論：當(dāng)相鄰板塊彎沉差大于或等于10（0.01mm）時(shí)，我們就可以認(rèn)為相鄰板塊接縫處就容易出現(xiàn)反射裂縫。3.4 小結(jié)（1）彎沉和彎沉差指標(biāo)是合適的；（2）我們推薦的范圍值：翻漿等嚴(yán)重病害處板塊彎沉值大于30（0.01mm），反射裂縫處相鄰砼板塊彎沉差大于10（0.01mm）；（3）此次改造彎沉不符合設(shè)計(jì)要求開(kāi)鑿的板塊86.

13、9%都在病害處，其余都距離最近的病害在10m的范圍內(nèi)，如果考慮到原路面病害調(diào)查、板塊病害調(diào)查、板塊彎沉檢測(cè)三個(gè)工作階段樁號(hào)的誤差，病害處換板比例將會(huì)更大（90%以上）。施工過(guò)程中建議首先調(diào)查原瀝青路面病害，特別注意翻漿、縱向裂縫和坑塘等病害；在銑刨瀝青路面后，對(duì)應(yīng)瀝青路面病害標(biāo)記處，進(jìn)行目測(cè)檢查，如出現(xiàn)明顯斷板和板塊間接縫附近有翻漿現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其彎沉；最后檢測(cè)病害處板塊板角彎沉，另外在病害標(biāo)記的邊緣向外側(cè)多檢測(cè)5塊板塊，直到未出現(xiàn)連續(xù)3塊板塊彎沉不符合要求為止；（4）從設(shè)置過(guò)傳力桿的板塊彎沉數(shù)據(jù)來(lái)看，橫縫兩側(cè)的彎沉和彎沉差明顯減小,橫縫處基本沒(méi)有翻漿等嚴(yán)重病害，可見(jiàn)設(shè)置傳力桿增加了板塊間的整體性；（5）從舊瀝青路面病害處板塊彎沉來(lái)看：39處翻漿（大部分為連續(xù)翻漿），37處有彎沉不符合要求的板塊需要換板，占翻漿處的94.9%；27處橫縫病害處，有10處有彎沉不符合設(shè)計(jì)要求的板塊，占橫縫處數(shù)量的37%；其他15處其他病害（如坑塘、擁包等），有6處中有彎沉不符合設(shè)計(jì)要求的板塊，占40%?？梢?jiàn)白加黑路面病害處治要重點(diǎn)關(guān)注翻漿等嚴(yán)重病害處砼板塊。4 結(jié)語(yǔ)使用彎沉和彎沉差來(lái)控制復(fù)合式路面病害處砼板塊處治范圍和處治方案, 是以位移指標(biāo)來(lái)判斷瀝青面層病害處砼板塊處治。彎沉指標(biāo)容易測(cè)量, 便于實(shí)際使用, 但要把這一指標(biāo)真正應(yīng)用到設(shè)計(jì)中, 還需進(jìn)一