舊水泥路面加鋪瀝青面層反射裂縫防治分析

諶河水，伍昕茹

（1.江西華道工程技術(shù)有限公司，江西 南昌 330003；2.江西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330209）

1 引言

舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層反射裂縫防治技術(shù)是國(guó)內(nèi)外道路工作者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，主要集中在以下兩個(gè)方面：一是對(duì)加鋪瀝青層反射裂縫產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)理進(jìn)行研究；二是對(duì)如何延緩反射裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展進(jìn)行研究。目前常見(jiàn)的處理瀝青加鋪層反射裂縫的方法總體上可分為三大類：一是改變?yōu)r青混凝土加鋪層的材料性能或加鋪厚度；二是對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行處治，如對(duì)舊水泥面板加固或進(jìn)行碎石化處理；三是設(shè)置防裂夾層，如在水泥混凝土面板與瀝青之間設(shè)置鍍鋅鋼絲網(wǎng)、土工布或者土工格柵等。

國(guó)內(nèi)外眾多高校和科研機(jī)構(gòu)的專家學(xué)者對(duì)舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層反射裂縫展開(kāi)了多方面的研究。廖衛(wèi)東將線彈性假設(shè)、斷裂力學(xué)和有限元數(shù)值模擬結(jié)合后，對(duì)應(yīng)力吸收層的反射裂縫產(chǎn)生與發(fā)育進(jìn)行了研究[1]。齊艷等人應(yīng)用損傷理論對(duì)舊水泥路面瀝青罩面的反射裂縫進(jìn)行研究，模擬了真實(shí)荷載作用下瀝青罩面中反射裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)張過(guò)程[2]。符冠華對(duì)比不同材料加鋪層在水泥混凝土板塊的運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)，定量得到了不同材料的結(jié)構(gòu)抗反射能力的數(shù)值，提出了合理防治反射裂縫的措施[3]。王秉綱等人重點(diǎn)研究了有瀝青上面層的水泥路面的荷載應(yīng)力與分析方法[4]。Vanelstraete.A 等人基于三維有限元模型模擬了布置鋼絲網(wǎng)防裂結(jié)構(gòu)的瀝青加鋪層在溫度和行車荷載作用下的應(yīng)力分布[5]。

本文依托昌九高速公路共青南至工業(yè)園區(qū)連接線工程為分析對(duì)象，瀝青面層與水泥混凝土舊路面之間設(shè)置了一層直徑2.5mm 的鍍鋅鋼絲網(wǎng)。分析了在汽車和溫度荷載作用下的最大應(yīng)力和最大變形，比較了有鍍鋅鋼絲網(wǎng)瀝青加鋪層和無(wú)鍍鋅鋼絲網(wǎng)瀝青加鋪層的強(qiáng)度和變形。原水泥混凝土路面和鍍鋅鋼絲網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)照片如圖1～2 所示。

圖1 水泥混凝土路面

圖2 鍍鋅鋼絲網(wǎng)鋪設(shè)

2 有限元研究方法

本文應(yīng)用有限元分析了無(wú)鍍鋅鋼筋網(wǎng)、有鍍鋅鋼筋網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)直徑2.5mm）在氣溫20℃時(shí)的汽車荷載作用下所能承受的最大應(yīng)力和最大變形兩種工況。幾何模型在DesignModeler 中建立，因模型具備對(duì)稱特征，建立1/2 模型，施加對(duì)稱邊界條件。路面分為五層，路面結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)如表1 所示。

表1 路面結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果分析

采用中等密度網(wǎng)格尺寸，網(wǎng)格全部采用六面體網(wǎng)格，無(wú)鍍鋅鋼絲網(wǎng)瀝青罩面和有鍍鋅鋼絲網(wǎng)瀝青罩面（鋼絲網(wǎng)直徑2.5mm）兩種工況下劃分網(wǎng)格分別如圖3～4所示。

圖3 無(wú)鍍鋅鋼絲網(wǎng)

圖4 有鍍鋅鋼絲網(wǎng)（隱藏一半瀝青觀察）

根據(jù)鋼絲網(wǎng)路面實(shí)際工作情況，分兩種工況來(lái)計(jì)算其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，溫度荷載為20℃，需要的邊界條件如圖5～6 所示。

圖5 無(wú)鋼絲網(wǎng)路面邊界約束

圖6 有鋼絲網(wǎng)路面邊界約束

通過(guò)有限元分析得到20℃溫度和汽車荷載作用下無(wú)鋼絲網(wǎng)瀝青路面整體最大變形為1.8668mm，最大應(yīng)力為1.4898mpa；變形云圖和應(yīng)力云圖如圖7～8 所示。

圖7 無(wú)鍍鋅鋼絲網(wǎng)路面變形云圖

圖8 無(wú)鍍鋅鋼絲網(wǎng)路面應(yīng)力云圖

在20℃溫度和汽車荷載作用下有鍍鋅鋼絲網(wǎng)（鋼絲網(wǎng)直徑2.5mm）整體最大變形為1.4753mm，最大應(yīng)力為4.8062mpa；變形云圖和應(yīng)力云圖如圖9～10 所示。

圖9 有鋼絲網(wǎng)變形云圖

圖10 有鋼絲網(wǎng)應(yīng)力云圖

4 分析結(jié)論

本文依托昌九高速公路共青南至工業(yè)園區(qū)連接線工程，在舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土?xí)r，無(wú)鍍鋅鋼絲網(wǎng)和有鍍鋅鋼絲網(wǎng)在20℃溫度和汽車荷載作用下所承受的應(yīng)力和變形，兩種工況下的計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 兩種工況下路面強(qiáng)度和變形

在相同溫度的汽車荷載作用下，有鍍鋅鋼絲網(wǎng)比無(wú)鍍鋅鋼絲網(wǎng)夾層的路面變形可減少21%；有鍍鋅鋼絲網(wǎng)比無(wú)鍍鋅鋼絲網(wǎng)夾層的路面強(qiáng)度增加了3.2 倍。因此，在就水泥路面加鋪瀝青混凝土改造過(guò)程中，增加鍍鋅鋼絲網(wǎng)夾層可以明顯增加路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度，有效降低路面結(jié)構(gòu)沉降。