城市旧水泥混凝土路面加铺沥青面层裂缝病害研究

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第27卷第2期华中科技大学学报(城市科学版)Vol_27No．22010年6月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Jun．2010城市旧水泥混凝土路面加铺沥青面层裂缝病害研究彭自强，李辉，徐一心，李纲(1．武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430070；2．武汉市市政工程质量监督站，湖北武汉430010；3．武汉钢铁股份公司运输部，湖北武汉430081)摘要：旧路面加铺沥青面层越来越多地出现在城市道路中，加铺路面病害也13益显著，极大影响了城市形象以及交通行车质量。经调查，旧水泥混凝土加铺沥青路面裂缝类病害最严重，也最普遍；另外，城市道路由于其不同的行车特点以及施工周期，破坏特点和机理有不同于一般的高速公路之处，而国内的研究更注重高速公路病害。本文首先对武汉市几条主干道的病害规律进行了统计，列出典型反射裂缝照片，并通过路面钻取芯样进行了室内试验，论证了反射裂缝是加铺层设计中主要应该面对的问题，并提出一些沥青加铺层改进措施。关键词：加铺层反射裂缝：旧水泥混凝土路面；城市道路；基层中图分类号：U418．8文献标识码：A文章编号：1672-7037(2010)02-0040-04近年来，城市旧混凝土路面加铺沥青面层越依据《城镇道路养护技术规范CJJ36-2006))，来越多，特别在水泥混凝土路面较多的南方城市得到如下各路段扣分值的调查结果(依据病害密尤为普遍。但经过7年左右的使用期后，路面病度得到扣分值)，见图1～图4。害以裂缝类尤为突出，严重影响城市形象以及交98通行车质量。在加铺沥青路面病害分析方面，国内对高速公路做的比较多，而城市道路由于其路况复杂，基层多样，交通渠化，行车速度、方向以及行车载重都具有不确定性等因素，其病害因素与0246810121416l8高速公路有着很大的区别。扣分值图1裂缝类破坏扣分值对比1项目背景978为了解武汉市加铺路面病害成因，“武汉市42盘3城市道路沥青路面病害成因及防治对策研究”项65目组通过现场统计得到路面沥青病害的类别与分1布规律，并通过路面钻芯取样和室内试验分析，拟扣分值提出关于沥青路面设计施工的合理建议，推行先进的技术和工艺。本项研究选择了武汉市洪山图2松散类破坏扣分值对比路、武珞路、关山大道、解放大道、建设大道、中山8]L大道、白沙洲大桥、长江一桥、长江二桥作为研究51-·_·____-·--··-·_6]—·_-__-____________l对象，下文中编号1～9的路段即为此9条路(无塞11_______·-_·-···_·---·-·-对应关系)。31___·-_____-__________________4■■■●■●■■■■■●●■■●●■■●■●●●●■●—●202468l0l21416182路面调查结果及分析扣分值2．1各路段各类病害扣分情况图3变形类破坏扣分值对比收稿日期：2010-03-22作者简介：彭自强(1975一)，男，湖北黄陂人，副教授，工学博士，研究方向为结构理论与计算，pengzqq@126．corn。 第2期彭自强等：城市旧水泥混凝土路面加铺沥青面层裂缝病害研究41·79586酱423lo24681ol2l41618扣分值图4其他类破坏扣分值对比图6洪山路线裂处2．2数据分析由图可知，裂缝类病害所占比例最大，也最为普遍，变形类破坏也十分严重，如图3所示。变形类破坏主要是由于交通渠化、行车量大和车速慢引起的车辙破坏。裂缝类病害普遍存在，即使是关山大道，由于其车辆少，路面宽，路面负荷小，且基层大部分为水泥稳定碎石，路况很好，但其仍有少量的线裂病害，洪山路也是如此，基本只有线裂，无其他病害。裂缝类病害成为城市沥青路面图7建设大道横裂处基层中发生率最高的病害类型，且线裂在车载以及温度的影响下应力集中会更加明显，从而进一步发展成为网裂、碎裂、坑槽以及极具破坏力的病害。其普遍性以及严重性值得我们关注与深究。3芯样分析3．1钻芯取样图8中山大道网裂处基层现场取芯共102个，观察芯样下基层情况，记3．2强度及水稳性效验录裂缝状况。芯样显示，百分之九十的横向裂缝、3．2．1强度结果纵向裂缝甚至网裂下均存在旧混凝土基层的裂缝以上芯样均在病害处取得，在其相应路缘处或缺陷。几乎所有的病害处基层都可以发现明显取得的完好芯样的马歇尔稳定度试验及浸水马歇的缺陷或损伤，具体见图5～图8。尔稳定度试验结果如表l和表2。表1芯样马歇尔残留稳定度武珞路试样编号123456789稳帘摩／kN12．37．47．724．Ol2．510．416．314．513．2——堡垫道试样编号123456789稳定度／kN18．110．8】1．017，87．65．28．14．116．3中山大道试样编号12345稳定度／kN17．59．9l1．413．313．3注：本试验中为现场路面钻取芯样，非标准试件，因此所得结图5建设大道横裂处果均依据JrJ052-2000,~公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，在调查的路段中，很多路段在加铺过程中使采用现场钻取芯样试件高度修正系数后所得的结果，后同。用了涤纶长丝单面烧毛土工布以及玻纤格栅等防表2芯样浸水马歇尔残留稳定度反射裂缝措施；个别路段在旧裂缝中填灌了AC—试件编号123456781Ol1l2lO沥青砂；其中一段有土工布处理，无其它病害，N川z．10．811,413．3．．但也出现了相当频繁的反射裂缝；某段路加铺设计中甚至使用了传力杆以及聚氯乙烯胶泥填缝，s．s，．s．s-o-s11．26．610．8I1．但仍然有着严重的裂缝病害。因此，此类措施在s，s⋯s⋯⋯s防止城市道路反射裂缝中的作用值得商榷。 ·42华中科技大学学报(城市科学版)2010年3．2．2水稳性结果的进一步扩展。反射裂缝的产生阶段主要是由于另外，冻融劈裂残留强度比的试验由于取样交通荷载、温度应力反复作用导致沥青混凝土在离散型的原因，数据的整体趋势不强，但在冻融劈裂缝和接缝处疲劳开裂，是一个疲劳破坏过程。裂的试验中，其强度也与未经冻融的试样相差无如果基层裂缝反射到面层，并穿过面层出现在路几，甚至出现了冻融后试样强度更高的情况。旧面上时，雨水和其他各种污染物就可能进入路面路面车载的碾压和剪切作用，路基的不平整性，以体，从面层裂缝穿过基层渗入到底基层，使基层和及材料的不均匀性均可能是其离散的原因。底基层渗水材料强度降低，从而引起路面结构严3．2．3对比结论重破坏。根据《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40．4．2断裂力学分析2004，密级配沥青混凝土马歇尔稳定度技术要求断裂力学认为，裂缝有三种扩展模式：张开型如下：高速公路、一级公路不小于8kN，其他等级(I型)、滑开型(II型)、撕开型(III型)。其中温公路不小于5kN；浸水马歇尔试验残留稳定度要度应力或板翘曲对反射裂缝的影响模式为张开求不小于0．8。武汉按照湿润区算】，对比室内型；行车荷载对反射裂缝的影响模式主要为滑开试验结果显示，经过6～7年的使用，百分之八十型；撕开型的反射裂缝在加铺路面中较少见。的试样仍能满足稳定度以及残留稳定度的要求，断裂力学中引入应力强度因子来衡量裂纹尖特别是对裂缝影响较大的马歇尔稳定度很好的满端附近的应力场强度。表达如下(I型)：足了规范要求，试样的水稳性也基本达到标准要KI=(1)求。可见，裂缝的产生以及扩展并非强度和抗水其中，为远场拉力强度，a为初始裂缝长度。侵蚀能力不达标而引起的。不难看出，裂缝的初始长度越大，裂缝周围的3．3油石比应力场强度越大。而且依据Paris提出的观点，应表3显示，在路面设计中，各路段普遍采用了力强度因子幅度AK控制着裂纹的扩展速率，即较大的油石比，基本在5．O％左右，增加了路面材疲劳裂纹扩展速率是由裂纹尖端弹性应力强度因料的粘性，对裂缝的产生以及扩展具有一定的抑子的变化幅度所控制的。可以证明，旧路面初始制作用；对各路段所有样品的上、中、下层毛体积损伤的治理以及裂缝的修复对于延长加铺路面疲密度分别取平均值，并与设计参数对比可知，密度劳寿命是非常重要的。差异不大(现场取样密度均稍大，原因在于路段当构件的K值达到临界值时，构件失稳经过6年的碾压，密实度会更好)，与设计相符，断裂。K表征了材料阻止裂纹扩展的能力，是材故本调查中密度并未对病害造成不良影响。料抵抗断裂的一个韧性指标，称为断裂韧性。引表3各路面竣工资料相关参数用文献[7]研究成果，断裂韧性与板厚之间的关系式如下：Ko一：1一：：f21K0cl6(1+)r02、其中，为材料平面应力状态下的断裂韧性；ro4裂缝成因经验分析为o-外力作用下无限簿板裂纹尖端塑性区域尺寸；为材料泊松比。由此可知，随着B的增4．1反射裂缝的产生大而迅速减小，直到满足平面应变条件为止。图本次调查显示，武汉市道路裂缝类病害最为9是普遍；芯样显示，城市旧混凝土路面加铺沥青混凝土面层裂缝下基本都存在混凝土板缝或缺陷，且强度和水稳定性均达标，并未对裂缝的形成和扩展产生不利影响。关于旧水泥混凝土路面加铺沥青层反射裂缝的产生和扩展，目前学术界已基本形成共识，一般认为交通荷载及温度荷载是引起加铺层反射裂缝的主要因素J：温度应力引起反射裂缝的产生，图9断裂韧性与试件厚度B的关系(I型裂纹)并“参与”了其最初的扩展；荷载应力加速了裂缝 第2期彭自强等：城市旧水泥混凝土路面加铺沥青面层裂缝病害研究’43·因此，增加沥青面层的厚度可能对增强面层(2)破碎和稳定原有水泥混凝土路面，这样的抗裂能力意义不大，且增加罩面层厚度只能延缓做可以分散混凝土板的温度应变和应力，不至于剪切型反射裂缝反射的速度，但并不能有效地延缓破坏加铺层。板块破碎成小块，可以减小板的水纯弯拉型反射裂缝反射的速度，也是不经济的⋯。平位移以及翘曲现象，减少应力集中，吸收车载的冲击动能，从而有效地消降沥青混凝土层的反射5结论裂缝。(3)基层有破坏的，可以在旧路面下采用灌(1)裂缝类病害是城市加铺沥青路面中发生丐x陬首要解决的问题；[M]-北京：人民交通出版社，2001·(2)基层或旧混凝土的初始缺陷与城市加铺[2]CJJ36-2006，城镇道路养护技术规范[s]·沥青混凝土面层开裂以及扩展有密切联系；线裂[3。D⋯B4／三．34o06，城镇道路沥青路面施工技术及三彗度的影响下应力集中会更加明显，[4]篓：公路工程沥青及沥青混合料试验规且扩展速度快；扭。⋯～～⋯⋯⋯。。。。一。(3)增加罩面层厚度对于防止反射裂缝不经[5]廖卫东．基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青济，意义也不大；土工布以及玻纤格栅等防裂措施加铺层结构研究[C]／／中国公路学会第三届全国综上所述各种致病因素和普遍性程度，总结京：人民交通出版社，2006．验，在基层的处理方面主要有以下几点建议：分析[D]·重庆：重庆交通大学，2008·(1)防止反射裂缝需要在设计施工方案之前[7]赵宝荣·试样厚度对断裂韧性的影响[J]·试验技术冀孽謦，地，璺善品土删：；青混_凝土整体挖掘重新铺筑基层(素混凝土或水泥稳定。。。。⋯CracksResearchoftheAsphaltOverlayontheUrbanOldPENGZi—qiang，LIHui，XU—xin，LIGangAbstract：Theasphaltconcretepavementhasbeenappliedtourbanroadsmoreandmore．Atthesametime，theincreasingdiseasesconductanagtiveimpactonthecity~imageaswellasthequalityofthetraffic．Thepavementinvestigationshowsthatthecracksoftheoldcementconcretepavedroadarethemostseriousandu—niversa1．Inaddition，becauseofdiferentcharacteristicsandconstructioncycleoftheurbanroad，thecharac—teristicsandmechanismofdestructionaretobealittlediferentfromtheordinaryhighway．Ontheotherhand，thedomesticresearchpaysmoreattentiontohighwaydiseases．Inthisarticle，adetailedstatisticsaboutthecrackpropertiesofseveralmainroadsofWuhanismade，andaserialoftypicalreflectivecrackphotosislisted．Someexperimentsaboutthesamplesprovethatthecracksareallreflectivecracksandthensomeim—provementmeasuresareproposed．Keywords：reflectioncracks；oldcementconcretepavement；urbanpavement；baseofpavement