舊水泥路面加鋪瀝青面層結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)研究

曾國(guó)彬

摘 要：舊水泥路面加鋪瀝青面層結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)已經(jīng)成為公路施工重點(diǎn)研究的內(nèi)容之一。本文通過(guò)分析路面溫度變化與路面結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)裂縫的影響，探究了裂縫成因并提出了控制技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：舊水泥路面；加鋪瀝青面層；結(jié)構(gòu)裂縫；控制技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

當(dāng)前公路路面多采用水泥混凝土路面，此路面體現(xiàn)出成本低、強(qiáng)度優(yōu)、性能好等特征，在公路交通運(yùn)輸中得到了廣泛運(yùn)用，通過(guò)加鋪瀝青面層能夠有效優(yōu)化并改善舊的水泥路面，提高路面使用壽命，然而，瀝青與水泥路面接縫處的結(jié)構(gòu)裂縫依然值得控制與防范。其中找到裂縫成因，對(duì)應(yīng)成因找到控制技術(shù)是關(guān)鍵。

一、舊水泥路面加鋪瀝青面層結(jié)構(gòu)裂縫成因分析

1 路面的溫度變化

水泥路面會(huì)隨著其深度的變化，溫差發(fā)生變化，下面將選擇指數(shù)函數(shù)法來(lái)對(duì)溫差的分布進(jìn)行定量描述。

2 路面結(jié)構(gòu)參數(shù)

公路路面結(jié)構(gòu)中的不同面層，有著不同的厚度、模量、溫度收縮系數(shù)等。具體各項(xiàng)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

其中，計(jì)算載荷力時(shí)，選取正確的模量值，以瀝青混凝土正常溫度狀態(tài)下的數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)，此處載荷力取值1400MPa。

3 水泥路面裂縫對(duì)應(yīng)力面層的影響

通常作用于水泥路面的載荷分為：正荷載與偏荷載，前者作用下，瀝青面層常常受到一定的壓力，此時(shí)，舊水泥路面如果出現(xiàn)裂縫，瀝青面層的底端對(duì)應(yīng)會(huì)有大量的壓力、應(yīng)力聚集，所以，壓力面層則將免除裂縫現(xiàn)象。相反，如果路面遭到偏荷載，水泥路面將承受大規(guī)模的剪應(yīng)力，且不同的面層有著不同剪應(yīng)力分布，由此可見(jiàn)，偏荷載會(huì)對(duì)瀝青面層帶來(lái)非常不利影響，會(huì)導(dǎo)致其剪應(yīng)力大規(guī)模聚集，從而導(dǎo)致剪切型裂縫。

而且由于水泥路面易受外界氣候溫度的影響，外界溫度較低情況下，瀝青面層將產(chǎn)生明顯的拉應(yīng)力聚集現(xiàn)象，從而導(dǎo)致瀝青面層結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)象。

通過(guò)以上分析能夠看出，舊水泥路面加鋪瀝青面層結(jié)構(gòu)，其裂縫的出現(xiàn)與多種因素相關(guān)，其中最關(guān)鍵的是路面交通工具的偏荷載作用，以及降溫問(wèn)題，實(shí)際的裂縫防范控制應(yīng)該重點(diǎn)從這兩大方面入手。

二、舊水泥路面加鋪瀝青面層結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)

1 設(shè)置應(yīng)力吸收層

將帶有彈性的橡膠瀝青層設(shè)在舊水泥路面與加鋪瀝青層中間，也可以選擇改性瀝青或帶有伸縮性質(zhì)的瀝青混凝土來(lái)取代，形成一個(gè)應(yīng)力吸收層，從而有效防范裂縫的產(chǎn)生。其中以改性瀝青材料的防裂效果最好，實(shí)際應(yīng)用也相對(duì)成熟，這是因?yàn)榇藶r青混合料內(nèi)含聚合物，且瀝青含量高，細(xì)礦料含量也較大，整體上其彈性強(qiáng)度大、不透水，且黏著度高、能夠有效防裂。

應(yīng)力吸收層施工后，每逢大型高載荷交通工具通過(guò)，其內(nèi)部出現(xiàn)了輕微的剪應(yīng)力集中現(xiàn)象，將瀝青底層的應(yīng)力有效隔離開(kāi)來(lái)，也起到了一定的分散應(yīng)力的功能，使得瀝青面層所承受的剪應(yīng)力明顯下降，從而有效防范了瀝青面層結(jié)構(gòu)裂縫。具體如圖1所示。

同時(shí)，在設(shè)置應(yīng)力吸收層條件下，路面溫度并對(duì)應(yīng)下降7℃時(shí)，瀝青面層拉應(yīng)力也會(huì)發(fā)生變化，具體如圖2所示。

第一，如果未設(shè)應(yīng)力吸收層，當(dāng)路面溫度降低7℃時(shí)，瀝青面會(huì)明顯出現(xiàn)拉應(yīng)力聚集現(xiàn)象，從而引發(fā)瀝青面層出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫問(wèn)題。相反，將應(yīng)力吸收層設(shè)置與水泥路面與加鋪瀝青路面之間，瀝青層的拉應(yīng)力直線下降，這意味著應(yīng)力吸收層有效地吸收了拉應(yīng)力，發(fā)揮了隔離效果，能夠有效防范路面降溫帶來(lái)的裂縫問(wèn)題。

第二，應(yīng)力吸收層通過(guò)吸收拉應(yīng)力，來(lái)發(fā)揮對(duì)瀝青層的保護(hù)作用，其變形性能良好，就算遇到高溫天氣，應(yīng)力層的也能自行恢復(fù)初始形狀，這其中排除了吸收層遭到破壞的問(wèn)題。

從以上的分析可以看出，通過(guò)設(shè)置應(yīng)力吸收層，不僅有效隔斷來(lái)自于路面的高載荷運(yùn)輸，同時(shí)也能積極抵御路面降溫導(dǎo)致的裂縫問(wèn)題。

2 土工合成材料夾層

土工合成材料中主要含有：土工布、塑料或玻纖格柵，此材料相對(duì)很薄，只有0.6mm～5mm，土工格柵的拉伸強(qiáng)度通常達(dá)到40kN/m～100kN/m，不易變形，水平方向能夠承擔(dān)大規(guī)模的拉應(yīng)力，相反，垂直剛度相對(duì)弱小。然而，此材料在面層結(jié)構(gòu)裂縫防范方面卻發(fā)揮著有效功能：

（1）隔斷拉應(yīng)力。土工合成材料有效隔離了舊水泥路面和瀝青層，將混凝土裂縫處的拉應(yīng)力有效分散開(kāi)來(lái)，控制了應(yīng)力強(qiáng)度，抑制了裂縫的出現(xiàn)。

（2）加筋功能。該夾層體現(xiàn)出某種強(qiáng)度，能夠有效承受裂縫拉應(yīng)力，從而控制裂縫的大規(guī)模開(kāi)裂。

（3）載荷轉(zhuǎn)移功能。通常該夾層被筑建在接縫處，發(fā)揮載荷轉(zhuǎn)移作用，確保一部分載荷自接縫處向四處傳遞，從而控制接縫處的彎沉差，有效控制裂縫處的剪應(yīng)力過(guò)于集中的問(wèn)題。

然而，該材料層的使用也有一定的弱點(diǎn)，體現(xiàn)在：質(zhì)地薄、強(qiáng)度差，在剪應(yīng)力控制方面成效不明顯，其最為關(guān)鍵的作用則在于能夠有效控制溫度作用所導(dǎo)致的水平應(yīng)力。經(jīng)過(guò)不斷的理論研究得出：該材料層對(duì)應(yīng)力的控制作用主要體現(xiàn)在該材料的拉伸強(qiáng)度，也就是隨著該材料拉伸強(qiáng)度的上升，其對(duì)應(yīng)力的控制效果越好。所以，實(shí)際的施工中更適合選擇土工格柵材料，因?yàn)槠淅鞆?qiáng)度更大。

3 級(jí)配碎石中間層

此材料一般用在半剛性基層瀝青路面，能夠有效防范裂縫的產(chǎn)生。此技術(shù)目前已經(jīng)在北美、非洲等地區(qū)得到了運(yùn)用，在我國(guó)一些省份也有成功的案例，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)用表明，能夠有效防范裂縫問(wèn)題。

將級(jí)配碎石中間層加設(shè)于水泥路面，可以有效控制裂縫問(wèn)題，具體的應(yīng)用原理如下：

第一，級(jí)配碎石具有零散、不成塊、結(jié)構(gòu)獨(dú)立等特征，能夠有效控制拉應(yīng)力的傳遞，這就意味著即便水泥結(jié)構(gòu)路面出現(xiàn)了裂縫，并遭遇外界大程度拉應(yīng)力影響，由于級(jí)配碎石層的保護(hù)，不會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力聚集現(xiàn)象，相反，碎石層還能有效吸收應(yīng)變能，這樣就達(dá)到了控制裂縫的目標(biāo)。同時(shí)，級(jí)配碎石因?yàn)槌尸F(xiàn)出粒狀構(gòu)造，體現(xiàn)出良好的塑性變形性能，其可以有效吸收來(lái)自于接縫處的應(yīng)變能，這樣也有效緩解了因?yàn)榈蜏厮鶎?dǎo)致的裂縫，抑制了裂縫的擴(kuò)大。

第二，級(jí)配碎石具有一定的隔離功能。該功能的發(fā)揮有效優(yōu)化了已有的水泥路面的溫度水平。因?yàn)樗槭^(guò)渡層通常厚度較大，要達(dá)到11cm～15cm，將級(jí)配碎石添加其中，能夠?qū)λ嗦访嫫鸬綔囟缺Ｗo(hù)作用，控制其路面面層溫度的驟變，維持溫度平衡，維持路面的恒溫狀態(tài)，從而有效控制了由于溫度變化帶來(lái)的裂縫問(wèn)題。

第三，經(jīng)過(guò)理論分析得出，級(jí)配碎石的收縮系數(shù)也更小，甚至達(dá)到零收縮狀態(tài)，而且碎石自身能夠防止拉力、應(yīng)力等的傳遞，這樣就有效應(yīng)對(duì)了交通路面高載荷運(yùn)輸問(wèn)題，能夠保護(hù)混凝土路面、瀝青面層結(jié)構(gòu)等的安全，控制裂縫的出現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

舊水泥路面加鋪瀝青面層結(jié)構(gòu)，由于外界溫度變化與載荷力的影響，很容易出現(xiàn)裂縫問(wèn)題，必須采取先進(jìn)的技術(shù)措施控制裂縫的出現(xiàn)。

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