土工布在“白改黑”改建工程中的应用研究

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1、第28卷第12期2011年12月·公路交通科技JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopmentV01．28No．12Dec．2011土工布在“白改黑”改建工程中的应用研究乔俊峰(呼和浩特市公路管理局，内蒙古呼和浩特010020)摘要：道路“白改黑”就是在原水泥混凝土路面的基础上，铺上沥青混凝土面层，使原来的混凝土刚性路面变为沥青柔性路面。常常会出现由于下部水泥混凝土路面裂缝导致上部沥青混凝土面层开裂，形成反射裂缝，严重影响加铺沥青混凝土面层使用寿命和效果。本文就将土工布应用于防止反射裂缝的产生机理进行分析和探讨。关键词：土工布；

2、白改黑；反射裂缝；力学分析中图分类号：U416．2文献标识码：B1引言3层间力学分析早期建成的水泥混凝土路面由于平整度差等原因，逐渐不能满足交通运输服务的需求，需要对其进行大修改造。在旧水泥混凝土路面上加铺沥青层(以下称“白改黑”)能有效地改善旧水泥混凝土路面的使用性能，且可以充分利用原有的水泥路面，具有造价低、施工方便、对交通和环境影响小的优点。但往往由于原水泥混凝土板温缩及荷载作用下变形，造成沥青面层在原接缝处反射开裂，雨水下渗引起新的病害。研究发现，使用土工布可以有效减缓沥青面层的反射开裂。本文对土工布应用于防止反射裂缝的产生机理进行分析和探讨。2反射裂缝的产生机理反射裂缝的产生，通

3、常是由于旧水泥混凝土路面接缝、裂缝处的竖向和水平位移所致。竖向位移是接缝、裂缝两侧道面由于车辆荷载作用产生的垂直方向的相对位移，是由于汽车荷载在路面的接缝处形成最大的弯拉应力，并在附近形成最大的剪应力而造成的。水平位移是由于温度或湿度循环变化引起道面胀缩产生的水平方向位移。根据研究发现，温度变化引起的水平位移是产生反射裂缝的主要原因。旧水泥混凝土板由于温度变化而产生的水平位移，使沥青混凝土加铺层在接缝、裂缝处产生较大的拉应力，而沥青混凝土在低温时不易变形，当拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时，即出现开裂。在温度、湿度及荷载的综合作用下，裂缝不断向上开展，最后反射到沥青混凝土加铺层表面上来。3

4、．1模型的建立我国现行《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)中的应力计算公式是根据弹性地基上有限尺寸薄板的有限元解回归而来的，为了与现行规范接轨，路面结构仍视为弹性层状体系，研究对象是由沥青加铺层、防裂夹层、水泥混凝土路面(半刚性基层)和基础组成，建立空间三维模型。沥青加铺层、水泥混凝土路面(半刚性基层)和基础等结构层采用8节点实体单元，土工合成材料等薄夹层采用三维薄膜单元进行应力、应变及位移分析。为反映半无限大空间基础的特性，基础采用扩大尺寸来模拟，模型及坐标系如图l所示。对各结构层作如下假定：①各结构层为均匀、连续、各向同性的弹性体。②各层层间竖向、水平位移均连续。③

5、基础底面各向位移为零，基础侧面水平方向位移为零。④不计路面结构的自重影响。⑤水泥混凝土板接缝宽度假设为lcm。3．2计算参数基层顶面当量回弹模量根据《公路水泥混凝土路面设计规范》按式l计算。行车荷载采用标准轴载BZZ一100，轮胎内压0．7MPa，单圆荷载的半径为10．65cm，接触面积为356．33cm2，双轮间距为31．95cm，两侧轮隙间距为180cm。因为进行有限元分析时，单元体上的面力和体力都根据力的等效原则移置结点上，这样每个单元只受有结点对它作用的所谓结点力。为了方便单公路空通科技嚷三虱寸画田I镕拘计算目口元划分，同时经过试算满足工程精度要求．拟采用20tara×40ram的

6、单嘲均布荷载，轮胎的接地压强为0625MPa。两侧轮隙间距为180em，t一‰(量)÷。一g!!!墨。。一^j+^j¨(警)’卟等掣+半(矗+圳n=s22【，一-s一(釜)4邮】㈦。44、E圹5经过不同荷位计算分析比较，车轮荷载作用在接缝一侧中部的偏荷载对加铺层最为不利，布载方式如图2和图3所示。对比接缝处单、双侧轮载可知．对称轴上的单侧轮载比双侧荷载对加铺层产生的不利影响更太，原因在于双侧荷载的另一侧轮载的反翘曲作_l}】抵消r对称轴r的部分弯沉值，因此在计算时仅考虑对称轴上的单侧荷载作用，利用荷载作用位置的对称性，可取模型的一半进行计算。根据以往研究，层间连续接触状态时，缝附近的枥青层

7、受力最为不利，以下的分析皆采用层问连续接触进行。图3中A点为加铺层底计算点．C、D点为弯沉及弯沉差计算点(路面检测采用路表面弯沉点E、F．1E【路表弯沉点仅是水泥混凝土板弯沉的一个反映值，在研究层间材料的防止反射裂缝能力时，采用c、D点更能真实反映旧水泥混凝土板和层间的弯沉情况)。为满足计算精度要求，对各关键部位，如接缝及其附近加铺层结构进行网格细化，经过误差分析，最后取最小单元边长为0005m(接缝处)。路面整体和局部