1. 研究目的与意义
水泥混凝土路面是采用水泥混凝土作为面层材料的一种路面,是高等级公路主要的路面结构型式之一。我国水泥混凝土路面始建于 20 世纪 60 年代中期,自80 年代以来,水泥混凝土路面在全国范围得到了迅速发展。在 20 世纪 90 年代发展最快,里程增加最多。水泥混凝土路面以其强度高、耐久性好和养护维修费用低而日益得到广泛的应用,推动了沿线经济及社会的发展。
然而,由于水泥混凝土的脆性性质和体积敏感性,这种路面需设置各种接缝,并对超载敏感,决定了水泥混凝土路面的行车舒适性较沥青混凝土路面差,水泥混凝土路面对超载更容易引起破损,并且具有修复困难、噪音较大等缺点。就目前我国水泥混凝土路面使用状况而言,存在着不少问题,其中早年修建的水泥混凝土路面有相当一部分已接近或超过设计年限,有的虽未达到设计年限,但由于交通量剧增,汽车轴载日益重型化或设计、施工等方面的原因,不同程度地出现了结构性破坏和功能性缺陷,严重影响了道路的服务水平及车辆的行驶的舒适性和安全性。因此,大量早期和近期修建的水泥混凝土路面都将面临着艰巨的翻修改建的任务。
由于旧水泥混凝土路面提供了较稳定、坚实的基层,沥青混凝土路面提供了一个抗滑性能以及平整度好、维护简单的面层,因此,加铺沥青层后,不仅提高了路面的承载能力,延长了路面的使用寿命,而且消除了原有接缝的不利影响,改善了使用功能,提高了路面服务水平。
2. 国内外研究现状分析
由于旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝产生的普遍性与严重性,自 20 世纪 60 年代以来,国内外道路工程界对沥青加铺层结构设计方法与反射裂缝的研究一直十分活跃,其目的就是为了系统地揭示反射裂缝产生的力学机理,寻求控制和延缓反射裂缝产生、发展的方法。为了使旧水泥混凝土路面上的沥青面层更好地发挥其使用性能,延长其使用寿命,国内外的研究人员除了对反射裂缝进行大量研究外,对旧水泥混凝土路面路面状况的评价方法及沥青加铺结构的力学分析方法也进行了大量研究,最终目的是为了找出更科学合理的沥青加铺层设计方法。在国外经济发达的国家中,旧水泥混凝土路面的路况评定和损坏鉴定,一直受到管理部门和科研单位的极大重视,并且为之投入了相当数量的财力和物力。在上世纪 80 年代,美国伊利斯诺大学开发研究了针对美国国内水泥混凝土路面的评价系统(COPES)。该系统对美国七个州一千多英里水泥混凝土路面的唧泥、错台、裂缝、接缝损坏以及现时服务能力进行评价分析,提出了州水平级的回归预测模型。目前欧洲各国和美国正在对 COPES 进一步扩展和完善。
相对于国外的研究状况而言,我国在这方面的研究尚处于起步阶段。我国对旧水泥混凝土路面修复技术的研究始于上世纪 90 年代初期的国家科技工作引导性项目我国水泥混凝士路面发展对策及修复技术研究,其重点是对数据的采集方法、调查和测定方法进行统一的规定。目前,我国对旧路面的路况调查及评定一般参考路面养护规范或路面设计规范进行。关于沥青加铺层的设计理论和方法的研究,国外开展得比较早,并已取得了一些有益的成果。美国联邦公路局在 50 年代初期以多条试验路研究为基础,提出了混凝土路面差额概念的沥青加铺层厚度计算方法。通过国内外研究的不断深入使沥青加铺层的设计方法不断得以完善和发展。
3. 研究的基本内容与计划
目前国内外旧水泥混凝土路面沥青加铺层的设计方法尚未完善,国外的路面设计方法多为经验法或半经验法,与我国路面设计的传统方法相差较大,无法照搬套用,只能在理论分析的基础上参考借鉴。
①旧水泥混凝土路面的调查评定与病害分析。旧水泥混凝土路面改造中,综合处治原路面是加铺成功的关键。因此,需要在加铺前对旧路面的路况进行调查评定,比较并选择科学的检测方法和恰当的评价指标,对存在的各种病害进行调查分析,采取合理的处理措施。以便确定采取改造措施的路段和方案,也为加铺层设计提供依据和数据。
②现有的旧水泥混凝土路面沥青加铺层设计方法调查研究和评析。目前各国沥青加铺层设计方法差异较大,国外对旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构的研究较早,我国的路面设计规范中也对沥青加铺层的设计作出了一些建议和规定。本文对目前国内外相对成熟的几种加铺层设计体系作了详细的介绍,并加以评析,提出今后尚需研究的问题。
4. 研究创新点
随着我国经济的发展,公路交通量和汽车载重量日益增长,越来越多早期修建的旧水泥混凝土路面也出现了结构损坏,导致使用性能的下降,严重影响了车辆行驶的舒适性、安全性和经济性。因此,如何对这些水泥路面进行修
复是我国面临的一个现实性问题。加铺沥青面层是旧水泥混凝土路面维修的有效方法,这种方法不仅能修复、提高路面的承载能力,消除原有接缝处易产生唧泥、断裂、脱空等多种病害的不利影响,同时也能有效提高路面平整度和抗滑能力,从而改善路用性能,提高路面服务水平,因此在我国改造旧水泥混凝土路面中得到了越来越广泛的应用。
针对反射裂缝的措施主要有:设置各种中间层;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;设置裂缝缓解层;对旧水泥混凝土板进行破碎和固定。
