维普资讯 http://www.cqvip.com 第17卷第2期 2008年6月 湖 南 城 市 学 院 学 报Journal of Hunan City University(自然科学版) 、,01.17 No.2 (Natural Science) JUn.2008 沥青加铺层反射裂缝的预防措施 熊建华 (益阳市公路管理局,湖南摘益阳413000) 要:反射裂缝是沥青加铺层最主要的病害之一,控制反射裂缝已成为旧水泥混凝土路面加铺层设计 的关键.目前国内外许多学者及工程技术人员针对反射裂缝的产生机理进行了大量的研究工作,取得了一定 的成果并已用于工程实际.结合旧水泥混凝土路面做沥青加铺层的有效尝试,对常用的防止或减缓沥青加铺 层反射裂缝的方法及机理进行了分析和阐述. 关键词:旧水泥混凝土路面;沥青加铺层;反射裂缝 中图分类号:U416.217 文献标识码:A 文章编号:1672—7304(2008)02—0021—03 沥青加铺层防止反射裂缝常用的措施除增加沥 青加铺层的厚度并选用优质沥青和配置抗裂性能好 的沥青面层混合料外,还主要采用了能吸收和消散 裂缝尖端应力的夹层及裂缝缓解层.如在加铺层和 旧水泥混凝土路面之间设置土工合成材料织物、钢 丝网或铺1层弹性模量低、抗拉性能好的橡胶沥青 应力吸收层,也可在沥青加铺层和水泥混凝土路面 之间铺设级配碎石过渡层或特粗粒径沥青碎石裂缝 缓解层,此外,还可对铺筑在旧水泥混凝土板上的 半刚性基层每隔l0~15 rn进行预切横缝并加铺土 层平均每增加l cm厚度(巴=l 200MPa),盯 、盯 、 r 可分别降低0.005 MPa、0.064 MPa、0.036 MPa.此外,接缝两侧弯沉及弯沉差随着加铺层厚 度的增加也递减较快,平均每增加1 cm厚的沥青加 铺层可减小接缝两侧的弯沉差0.000 7 mm. 增加沥青加铺层的厚度对减小加铺层底的温度 应力作用更为明显.在温度荷载的作用下,当加铺 层厚度从6 cm增加到22 cm时,最大主应力盯 、 等效应力盯 、最大剪应力r 分别减少了85.4%、 85.0%、84.6%,即加铺层平均每增加l cm厚度, 盯-、盯。、r 可分别降低0.318 MPa、0.275 MPa、 0.152 MPa. 工织物处理,这样也可以减少沥青加铺层的反射裂 缝.为了消除旧水泥混凝土板接缝处的应力集中现 象,还可对旧水泥混凝士板进行破碎处理,然后再 加铺半刚性基层及沥青层. 从以上分析可以看出,增加沥青加铺层的厚度 可有效地减小接缝处加铺层车辆荷载应力及温度应 力.为防止或减缓加铺层反射裂缝的出现,沥青加 铺层应保证一定的厚度,一般应不低于lO cm,太 薄的沥青厚度势必在短期内即出现反射裂缝.当然, 1增加沥青加铺层厚度 增加沥青加铺层的厚度,是减少反射裂缝最常 见也是一种行之有效的方法….’随着沥青加铺层厚 度的增加,裂缝尖端应力强度因子逐渐减小.增加 若不采取其他防止反射裂缝的措施,仅仅通过无限 制地增加加铺层厚度的方法来减小车辆荷载应力及 沥青加铺层的厚度,一方面可以减少旧路面结构的 温度变化,降低接缝处沥青加铺层的温度拉(弯拉) 应力;另一方面可以增加路面结构的弯曲刚度,降 低接缝处的弯沉及弯沉差,减少加铺层的剪切应 力.同时,对于较厚的加铺层来说,裂缝由加铺层 底面扩展到顶面需要经历较长的距离与时间,即可 温度应力的方法显然是不经济的,且沥青层的厚度 太厚还易出现车辙. 2设置土工合成材料夹层 土工合成材料夹层一般设置在沥青加铺层及旧 水泥混凝土路面板之间,常用的有土工布、土工格 栅等.土工合成材料的厚度较薄,一般在2~5 mm 之间,土工织物的模量为10~160 MPa,土工格栅 以延长其使用寿命. 由有限元计算结果可知,水泥混凝土板接缝处 沥青加铺层底的车辆荷载应力及温度应力均随加铺 层厚度的增加而减小,且接缝处的应力集中现象逐 渐趋于平缓.当加铺层厚度从6 cm增加到22 cm时。 的模量为900~2 500 MPa.它们的特点是变形能力 较强,在水平方向上可承受较大的拉应力,而在垂 直方向上则刚度较小,抗弯拉及抗剪切能力低,其 力学性能与薄膜类似. 车辆荷载的最大主应力仃 、等效应力盯 及最大剪应 力r 分别减少了79.0%、58.7%、58.8%,加铺 收稿日期:2008.03一l0 土工合成材料用于防止反射裂缝主要起到了以 作者简介:熊建华(1968-),男,湖南益阳人,工程师,主要从事公路工程研究 维普资讯 http://www.cqvip.com 22 湖南城市学院学报(自然科学版) 2008年第2期 下几个作用L2J:1)隔离阻断作用.将旧水泥混凝土 路面接缝或裂缝与沥青加铺层隔离,降低了混凝土 板接缝或裂缝尖端的拉应力集中,使应力强度因子 拉应变的能力,且级配碎石过渡层本身处于三向受 压的特殊受力状态,即水泥混凝土板接缝尖端的拉 应力不会在碎石层面形成应力集中,因而碎石基层 减小,从而延缓裂缝反射到路表.2)加筋作用.土 工合成材料夹层具有一定的强度,可承受一定的裂 缝拉应力,提高了沥青加铺层的抗拉强度,减少了 裂缝张开变形.3)具有传荷能力.铺筑于接缝上的 土工合成材料,可提高接缝处的传荷能力,当荷载 作用在接缝一侧时,能将部分荷载传递至另一侧, 减小接缝的弯沉差,降低了裂缝尖端的剪应力集中. 土工合成材料由于模量较低,且厚度较薄,因 此它们对减少由车辆荷载引起的垂直方向的剪应力 作用不大,其主要作用还体现在减小由温度作用引 起的水平应力上.由理论分析可知,土工合成材料 的模量越大,其减小各种应力的作用就越明显.因 此,从理论上来说,土工格栅(模量较大)防止反 射裂缝的能力要好于土工布(模量较小),但它们防 止反射裂缝的效果尚需要试验路的长期观测验证. 3设置应力吸收夹层(SAMI) 国外也采用在旧水泥混凝土板及沥青加铺层之 间设置1层橡胶沥青、改性沥青砂或柔软沥青混凝 土这类应力吸收中间层(SAMI)来防止反射裂缝,具 有一定效果.应力吸收层厚度一般为2~3 cm,具 有模量相对较小,较柔软,变形能力较强,可承受 较大的变形而不断裂的特点.由于它们具有一定的 厚度,在路面结构中能够保持自身的性质,在计算 时可把这类材料按各向同性线弹性材料考虑,用三 维空间单元模拟.它们防止反射裂缝的机理与土工 合成材料类似,此外,应力吸收层还可防止路表开 裂后路表水的下渗.对于具有一定厚度的应力吸收 层,它们的抗剪切型反射裂缝的能力要稍好于土工 合成材料一类的薄膜型材料.由理论计算可知,此 类应力吸收层模量越大,其防裂效果越差,所以为 了防止沥青加铺层的反射裂缝,宜选用模量低、抗 剪切性能好、柔性大和变形能力强的材料作为应力 吸收层. 4铺筑级配碎石过渡层 级配碎石作为旧水泥混凝土板和沥青加铺层之 间的过渡层在加拿大、南非等国家及我国的沪宁高 速公路部分试验段已得到了应用,证明其防止反射 裂缝的效果良好,级配碎石过渡层之所以能够有效 防止和减缓旧水泥混凝土路面沥青加铺层的反射裂 缝,主要原因有: 1)级配碎石作为散粒结构具有不传递拉应力、 吸收了接缝所释放的应变能,从而达到止裂效果.也 可以认为级配碎石散粒结构具有较大的塑性变形能 力,这种能力能充分吸收接缝释放的应变能,从而 阻碍了水泥混凝土板接缝向上延伸扩展.对于张开 型裂缝(I型),其扩展的必要条件必须是裂纹尖端 存在张开的拉应力.对于只有交通荷载作用下的碎 石裂缝过渡层结构,此时不论是裂缝尖端(旧水泥 混凝土板接缝),还是整个碎石基层均受压应力作 用,因此裂缝不存在扩展的基本条件.交通荷载作 用唯~可能出现的是车辆偏荷载作用产生的剪切型 裂缝(Ⅱ型),然而对于旧水泥混凝土板接缝,由于 接缝两侧凹凸不平的啮合作用使接缝具有一定的传 荷能力,使得产生的Ⅱ型裂纹的可能性要小于I型 裂纹. 2)级配碎石的隔离作用大大改善了IH水泥混 凝土路面的温度状况.由于碎石过渡层较厚,一般 为10~15 cm,级配碎石的加入使得旧水泥混凝土 板遭受的温度变化、温度变化速率及温度梯度大大 降低,水泥混凝土板的温度收缩应力及温度翘曲应 力都大大减少了,因而就减少了旧水泥混凝土板对 沥青加铺层的影响. 3)从理论上讲,可以认为级配碎石收缩系数极 小,几乎为零,加上其本身并不传递应力和位移, 因此它能消散和吸收单纯由环境因素变化,尤其是 温度骤降情况下裂纹尖端的应力及应变. 5铺筑特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层 美国沥青协会建议采用AM一75、AM一63及 AM.50特粗粒径沥青碎石铺筑于旧水泥混凝土路面 与沥青加铺层之间,作为裂缝缓解层.沥青(针人 度40~50)的含量为1.5%~3.0%,混合料有25%~ 35%的连通孑L隙,这些孑L隙阻碍了裂缝尖端的扩展, 因而可提供缓解裂缝扩展的作用.该结构层具有一 定的厚度,可降低温度对水泥混凝土板的影响,减 少水泥混凝土板接缝的张开量和翘曲量,并且减少 接缝处的弯沉及弯沉差,从而减少反射裂缝产生的 可能性. 沥青碎石混合料的集料由坚硬、多棱角的碎石、 轧制砾石或矿渣组成.美国沥青协会建议的3种集 料级配范围见表1.混合料的拌和温度为93—121 ℃;拌和时间不超过30 S;采用4~10 t的钢轮压路 机。碾压l~3遍.特粗粒径沥青碎石AM一40的级 配范围按表2选用. 维普资讯 http://www.cqvip.com
第17卷 熊建华:沥青加铺层反射裂缝的预防措施 23 表1裂缝缓解层级配沥青碎石 沥青碎石混合料的配合比设计应根据实践经验和马 混合料集料级配建议范围 歇尔试验的结果,经过试拌试铺论证确定. 筛孑L直径/mm 垦量亘坌塑 对沥青碎石混合料压实度的计算及确定方法可 A B C 按文献[1]的规定执行,即对沥青碎石可以将试验段 钻孔试验的平均密度作为标准密度,且密度的测定 方法应与试验段钻孔试件的测定方法相同.此种情 况下,试验段的铺筑应由监理工程师与施工单位一 起参加,在温度及采用的压路机合理的情况下,反 复碾压至无轮迹,用核子密度仪定点检查密度不再 变化为止;然后取不少于l5个钻孔的试件的平均密 度作为压实度计算的标准密度. 表2沥青碎石混合料AM一40集料级配建议范围(方孔筛) 6 旧水泥混凝土板上半刚性基层预切缝 破碎板有松动现象,对其上的沥青加铺层也会带来 不利影响. 并铺筑土工合成材料 在计算路面应力时,可将破碎的旧水泥混凝土 由于一些旧水泥混凝土路面的整体强度过低, 路面板当作底基层或基层,用FWD或贝克曼梁测 必须先在其上铺筑1层补强半刚性基层,然后再加 定弯沉反算破碎板顶面的当量抗压模量,也可采用 铺沥青面层,但从实际工程来看,这种不采用其他 承载板法直接测定破碎板顶面的当量抗压模量. 防裂措施,直接加铺的方法并不好.由于温度应力 旧水泥混凝土路面采用带有改进型桩靴的打 及基层干缩应力的影响,在旧水泥混凝土板接缝处 桩机、安装在拖拉机牵引的拖车上的落锤、截断机 的半刚性基层及沥青面层仍不可避免地会出现反射 落锤或滑动落锤来进行破碎,也可采用冲击压路机 裂缝,因此可采用在半刚性补强基层顶面进行预切 进行破碎稳固.旧水泥混凝土路面的破碎结果应为 缝再加铺条状土工合成材料的方法进行处理.具体 边长45~60 cm大小的块,偶尔有一些75 cm左右 方法是在铺筑沥青加铺层之前将旧水泥混凝土路面 的块也可以,但大于60 cm的块不超过70%.碎块 上的半刚性基层按一定间距(10~15 m)设置预切 并非一般意义上的明显碎块,而是裂缝(纹)贯穿 深5~8 cm的缝,并在接缝上铺约1 m宽的土工合 块与块之间形成嵌锁结构.破碎型式应既能减少板 成材料,以减少加铺层中的反射裂缝. 的过度位移(垂直和水平),又能使板作为加铺层的 它的防裂机理主要是通过锯缝释放半刚性基 稳定基础使板保持足够的结构完整性. 层因温度下降及水份散发收缩受阻而产生的拉应力 水泥混凝土板在水平方向所受约束愈小,破碎 提供预定的不连续的断面位置,从而控制随意裂缝 效果愈好,故在施工中选定从路肩至行车道的顺序 的出现;同时,利用切缝上的土工合成材料在一定 进行破碎.混凝土路面经过破碎以后,应将混凝土 程度上缓解裂缝处沥青应力集中,消除沥青加铺层 块稳固到基层上.稳固块的目的是各点均能与基层 反射裂缝的产生. 接触,从而提高承载力.最常用的稳固板的方法是 7 旧水泥混凝土板的破碎和稳定处理 用15 t轮胎压路机碾压5次;压路机的碾压速度小 于2.5 m/s,避免过度的碾压,以免影响破碎块之间 在旧水泥混凝土板结构损坏较严重,断板率较 的嵌锁效果. 高,对损坏板进行修复后再采用其它措施已不经济 时,可以对旧水泥混凝土板进行破碎和稳定处理.由 参考文献: 于破碎板块尺寸减小,温度下降时的收缩位移大大 [1]JTG F40—2004,公路沥青路面施工技术规范【S】. 降低,从而也降低了加铺层的拉应力.同时,接缝 [2]JTG D50—2006,公路沥青路面设计规范【S】. 和裂缝两侧板块的弯沉量和弯沉差也随板块尺寸的 (下转第30页) 减小而减小,但破碎板的稳固是施工关键所在,若 维普资讯 http://www.cqvip.com 湖南城市学院学报(自然科学版) 2008年第2期 准》GB18918--2002一级标准的B标准. 给水排水,2002(1):18—19. [3]陈学群,俞爱媚,吕斌.Carrousel氧化沟技术演变规律的探究 参考文献: [J】.给水排水,2002(2):5—7. [1】赵书华,李长坤,李保臣,等.改 ̄Carrousel 2000氧化沟工 [4]刘家富,吕斌,曹红涛,等.卡鲁塞尔2000氧化沟的调试及运 艺的优化控制[J】.江苏环境科技,2004(3):6-7. 行fJ】.中国给水排水,2004(11):30—32. [2] ̄0]-LC,z荣,常建.Carrousel氧化沟的脱氮除磷工艺设计[J】_中国 Mechanism and Engineering Application of Mendable Carrousel 2000 ’ Oxidation Ditch GA Ai—hua (Beijing Sound Environmental Group,Beijing 101102,China) Abstract:Oxide ditch,which developed in 1 950s for waste water treatment,got wide application due to its simple structure and easy maintenance and management.The main forms of oxide ditch are as follows: Passveer single ditch,Orbal circularity ditch,Carrousel circulation ditch,D double ditch,T triple ditch and combined ditch.The traditional Passveer single ditch and Carrousel ditch are not good at removable N and P but in the front of anaerobic pond iS intercalated,and anoxic area is intercalated in.Carrousel Oxide Ditch becomes a mendable Carrousel 2000 Oxidation Ditch.SO it possesses removal nitrogen and phosphorus by biology function. Key words:Mending type;carrousel oxide ditch;nitrogen and phosphorus removal (责任编校:陈健琼) (上接第23页) An Analysis of Prevention Measures to Reflecting Crack ofAsphalt Road Surface XIoNGJian.hua (Bureau ofYiyang Municipal Highway Management,Yiyang,Hunan 413000,China) Abstract:One of the main problems of the asphalt road surface layer is the reflecting crevices.To control the reflecting crack of the surface layer of the disused cement concrete road surface is the key of designing of relaying road surface.At present,many scholars and technicians carried out the much work on research about the machnics of producing the reflecting crevices and achieved some results and applied the results into practice of engineering.The write made the analysis and exploration of prevention and reduction hte refecting cracks of asphalt road surface of the relayer on the disused cement concrete surface in the experiment of relayer of asphalt road surface pavement. 1【ev words:Road surface on disused cement concrete;asphalt concrete layer;reflecting crevice (责任编校:陈健琼)