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隨著公路交通量和汽車載重量的增大，對路面結(jié)構(gòu)的破壞日漸加重，越來越多的舊混凝土路面面臨著修復(fù)工作。與瀝青路面相比，水泥混凝土路面的修復(fù)比較困難，即使在舊混凝土路面上加鋪瀝青罩面層是一種改善其使用性能的有效措施，但在瀝青加鋪層中出現(xiàn)反射裂縫仍是需要解決的主要問題。反射裂縫本身對罩面層的使用性能影響不大，但環(huán)境因素(雨雪、氧化、粉塵)的負(fù)效應(yīng)，常常使得裂縫迅速向四周擴(kuò)展，縮短罩面層壽命。為了能有效地減緩舊水泥混凝土路面上裂縫的反射速度，或減薄瀝青罩面層厚度，國內(nèi)外研究人員進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，既積累了成功經(jīng)驗(yàn)，也吸取了許多失敗的教訓(xùn)。
寧通公路六合東至揚(yáng)州段水泥混凝土路面經(jīng)過12年的運(yùn)營，水泥混凝土路面出現(xiàn)不同程度的損壞,包括板塊斷裂、板角斷裂、錯(cuò)臺等情況,嚴(yán)重影響行車的舒適性和安全性,需在舊水泥混凝土路面上進(jìn)行瀝青混凝土罩面，并對如何延緩瀝青罩面層反射裂縫的產(chǎn)生進(jìn)行研究。
2、國內(nèi)外防治反射裂縫的研究概況
瀝青混凝土加筋能提高路面結(jié)構(gòu)層對裂縫的抑制能力、對橫向剪切破壞的抵抗能力等，達(dá)到延長路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命、節(jié)省材料、降低費(fèi)用的目的。在瀝青混凝土路面中采用加筋的方法來改善路面使用性能的設(shè)想由來已久，自三十年代開始摻加石棉纖維,到五、六十年代美國、加拿大和英國試用以金屬網(wǎng)作為瀝青混合料中的加筋材料使用，均因材料不過關(guān)未能推行。八十年代開始對PG(Polymer Geogrid聚合物網(wǎng)柵)進(jìn)行應(yīng)用研究，英國以NETLON有限公司為代表，研究了塑料格柵的材料性能及路用性能，并逐步推廣應(yīng)用。這種格柵具有兩種功能：一是能提高瀝青結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度，具有長期抵抗拉應(yīng)力的能力;二是能使應(yīng)力均勻分布在較大的面積范圍內(nèi),大大減輕瀝青結(jié)構(gòu)層的徐變作用,最終達(dá)到防止瀝青路面開裂的目的。
國內(nèi)自八十年代末開始研究此技術(shù)。1992年北京市公路局設(shè)計(jì)研究院結(jié)合八達(dá)嶺公路水泥混凝土路面大修，采用金屬網(wǎng)加筋瀝青混合料結(jié)構(gòu)修筑了500m試驗(yàn)段，使用效果較好。哈爾濱建筑工程學(xué)院道路研究所于1993年7月提出了《塑料網(wǎng)格在柔性路面結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用》研究報(bào)告，對室內(nèi)外試驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并提出了施工工藝。長沙交通學(xué)院也對塑料格柵進(jìn)行了室內(nèi)研究，提出了《土工格柵對瀝青路面抗車轍、抗開裂性能的試驗(yàn)研究》初步報(bào)告。北京市政設(shè)計(jì)院研究所對加拿大貝密爾斯有限公司生產(chǎn)的自粘式瀝青路面加勁網(wǎng)格進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，得到了初步結(jié)果。
國內(nèi)外對加筋格柵瀝青混凝土試驗(yàn)研究的結(jié)果表明，加筋格柵具有減薄瀝青層厚度、防治反射裂縫、減少車轍作用等特點(diǎn)，能夠加強(qiáng)瀝青路面的結(jié)構(gòu)性能，提高道路的使用壽命。
3、瀝青加鋪層的開裂分析及設(shè)計(jì)方法
舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青層是一種特殊的路面結(jié)構(gòu)，其應(yīng)力應(yīng)變特性與一般彈性層狀體系有較大的差別。由于接裂縫的存在，舊水泥混凝土路面作為基層的整體強(qiáng)度降低，而且在外力荷載作用下，瀝青混凝土加鋪層處于復(fù)雜的三維應(yīng)力狀態(tài)。車輛通過不連續(xù)的板體時(shí)，瀝青混凝土加鋪層中由于接裂縫兩側(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。另外，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膨脹，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。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，特別是在冬季氣溫較低時(shí)，瀝青混凝土加鋪層會因?yàn)榕c接裂縫對應(yīng)處的拉應(yīng)力過大而開裂，形成所謂的溫度型反射裂縫。因此，瀝青加鋪層設(shè)計(jì)是瀝青加鋪層厚度設(shè)計(jì)，而厚度由行車荷載和防止反射裂縫兩個(gè)因素控制。由于水泥混凝土面板強(qiáng)度較高，將其作為基層，在其上加鋪瀝青混凝土的這種路面結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度一般能滿足要求，關(guān)鍵是防止反射裂縫的產(chǎn)生。雖然我國目前舊水泥混凝土路面改建工程日益頻繁，但現(xiàn)行的《公路工程瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》并沒有把舊水泥混凝土路面上瀝青混凝土加鋪層設(shè)計(jì)這一內(nèi)容包括在內(nèi)。國外對這一問題的研究工作起步較早，目前已形成四種相對成熟的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，分別是ARE(AnstinResarchEngineers)設(shè)計(jì)方法、美國瀝青協(xié)會(AI)法、美國工程兵團(tuán)和聯(lián)邦航空局(FAA)法、AASHTO罩面設(shè)計(jì)方法。由這四種計(jì)算方法得出的寧通公路六合東至江都段舊混凝土路面上加鋪的瀝青混凝土厚度在80～100mm之間。
4、玻纖格柵防止反射裂縫作用機(jī)理
上述四種方法計(jì)算的舊水泥混凝土路面上瀝青加鋪層的厚度是作出一些假設(shè)后，按理論方法或是在國外一些試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上得出的。為防止反射裂縫的產(chǎn)生，國外多采用加厚瀝青加鋪層的辦法。但單純依靠增加加鋪層厚度有其弊端：一方面增加加鋪層厚度受到路面標(biāo)高的限制(寧通公路上跨橋下凈空在加鋪后需滿足4.8m要求)；再就是大幅度增加加鋪層厚度必將增加路面造價(jià)，而且在夏季高溫情況下瀝青混合料高溫蠕變易產(chǎn)生車轍，也就失去了由于舊水泥混凝土板作基層所產(chǎn)生的強(qiáng)基薄面的優(yōu)勢，因而加厚瀝青加鋪層這一方法不可取。
針對這一情況，在查閱大量資料，進(jìn)行理論分析和論證的基礎(chǔ)上，最終決定在舊水泥混凝土路面上布置玻纖格柵加筋層，其上再鋪筑瀝青混凝土面層。這樣鋪筑的路面對防止基層裂縫反射、減少路面車轍、延長路面壽命具有顯著效果。玻纖格柵具有高抗拉強(qiáng)度、低延伸率、無蠕變，與瀝青混合料的相容性好、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、嵌鎖與限制作用強(qiáng)等特點(diǎn)，其主要作用為均勻傳遞軸載，并將反射裂縫應(yīng)力由垂直方向轉(zhuǎn)為水平方向。
使用玻纖格柵，可增強(qiáng)瀝青混合料的整體抗拉強(qiáng)度，有效地改善路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，抵抗和延緩由于路面的基層裂縫引起的瀝青混凝土路面反射裂縫的發(fā)生，從而提高路面的使用壽命。
根據(jù)寧通公路六合東至江都段舊水泥混凝土板破損情況，不同路段采用了不同的處理方案：南京段加鋪方案為4cm改性瀝青SMA+6cm粗粒式瀝青混凝土+玻纖格柵+2cm瀝青找平層+18cm二灰碎石；揚(yáng)州段加鋪方案為4cm改性瀝青SMA+6cm粗粒式瀝青混凝土+玻纖格柵+2cm瀝青找平層+改性瀝青油毛氈貼縫。
