CN102031744B - 复合式路面结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种复合式路面结构及其施工方法，该复合式路面结构包括位于上层的沥青混凝土罩面层和位于下层的旧水泥混凝土面板层，面板层是由多个旧水泥混凝土板连接组组成，每个连接组是由多块旧水泥混凝土板通过其接缝处设置的连接件连接而成。该复合式路面结构的施工方法为：先确定拟改造路段的连接方式，然后确定接缝处的耙钉设置，再在接缝处两侧的旧水泥混凝土板边缘处，钻设与耙钉数量及间距对应的耙钉孔，并植入耙钉，灌入环氧水泥砂浆以固定耙钉；洒水覆盖养生形成旧水泥混凝土面板层；最后摊铺沥青混凝土罩面层得到复合式路面结构。本发明具有经济性好、抗反射裂缝效果明显、路用性能好、使用寿命长、施工方便等优点。

Description

复合式路面结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于旧水泥混凝土路面改造的路面加固及施工技术，尤其涉及一种路面加固结构及其施工方法。

背景技术

在旧水泥混凝土路面上进行沥青混凝土罩面是对旧水泥混凝土路面进行改造的一种常用的方法，不仅简单方便，而且能有效地改善旧水泥混凝土路面的使用性能，延长其使用寿命；同时造价又低，对交通和环境的影响较小，且易于养护和维修。但是由于旧水泥混凝土路面中存在接缝，使沥青混凝土罩面层在行车荷载和环境因素的共同作用下易产生反射裂缝，从而会在一定程度上影响罩面层的路用性能和使用寿命。

国内外的道路工作者对此进行了大量的研究，并提出了多种减少或避免反射裂缝的措施，这些措施大致可分为四类：

（1）提高沥青混凝土的抗裂能力，如采用改性沥青、纤维沥青混凝土等；这类方法的提高、改善程度有限，仍会产生反射裂缝，只是其产生的时间有所推迟，使用效果并不理想；

（2）采用土工合成材料进行加筋；

（3）采用变形能力强的柔软材料作为应力吸收层，减少裂缝尖端的应力；

以上的第（2）、（3）类方法使用效果也不理想，部分工程应用实践表明它们的使用甚至会起反作用，会进一步加速罩面层的破坏；

（4）将水泥混凝土路面板块进行破碎，作为垫层或底基层，重新再铺筑基层和沥青面层，这种方法的使用效果虽好，但由于它是将旧水泥路面板块彻底破碎，完全没有利用到旧路面的板体结构作用，技术经济性较差。

因此，提出一种更加有效、经济的旧水泥路面的改造方法就成为本领域技术人员长期面临的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种经济性好、抗反射裂缝效果明显、路用性能好、使用寿命长的复合式路面结构，还提供一种工艺简单、效率高、成本低的复合式路面结构的施工方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种复合式路面结构，所述复合式路面结构包括位于上层的沥青混凝土罩面层和位于下层的旧水泥混凝土面板层，所述旧水泥混凝土面板层是由多个旧水泥混凝土板连接组组成，每个旧水泥混凝土板连接组是由多块旧水泥混凝土板通过其接缝处设置的连接件连接而成。

作为对上述复合式路面结构的进一步改进，所述连接件可以为沿接缝处并排设置的多个耙钉，每个耙钉的左右两齿分别嵌套在相邻旧水泥混凝土板边缘处开设的耙钉孔中。同一接缝处设置的相邻耙钉的间距可以为30cm～50cm。

上述的复合式路面结构中，连接成单个旧水泥混凝土板连接组的旧水泥混凝土板的数量为2～25块。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述复合式路面结构的施工方法，包括以下步骤：

（1）确定拟改造路段的连接方式：在一段拟进行改造的旧水泥混凝土路面上，首先通过实地检测和计算分析，确定出拟改造路段中连接成每个旧水泥混凝土板连接组的最大旧水泥混凝土板的块数，以及连接组的组数；

（2）确定接缝处的连接件设置：在每个旧水泥混凝土板连接组内相邻旧水泥混凝土板的接缝处，通过计算分析，确定出每条接缝处所需设置的耙钉的数量及间距；

（3）开设耙钉孔：在所述接缝处两侧的旧水泥混凝土板边缘处，钻设与所述耙钉数量及间距对应的耙钉孔；

（4）植入耙钉：在每对耙钉孔中植入所述的耙钉（耙钉的左右两齿分别插入每对耙钉孔中），并向各耙钉孔中灌入环氧水泥砂浆以固定耙钉；

（5）养生：洒水覆盖养生，养生结束即形成所述的旧水泥混凝土面板层；

（6）摊铺罩面层：在所述的旧水泥混凝土面板层上方摊铺沥青混凝土罩面层，得到复合式路面结构。

旧水泥混凝土路面上的沥青混凝土罩面层之所以会产生反射裂缝，主要是因为：相邻两块旧水泥混凝土板间的接（裂）缝处在行车荷载和温度变化的作用下，会产生垂直方向和水平方向的相对变形，这使得沥青混凝土罩面层中产生相应的剪应力和拉应力，经这些应力（应变）的多次重复作用后便会产生反射裂缝。本发明的上述技术方案正是基于前述反射裂缝的形成机理提出来的，即如果能够减少（或避免）旧水泥混凝土板间在外部因素作用下所产生的相对水平位移和垂直位移，就可以减缓（或避免）反射裂缝的产生。上述技术方案通过在接缝处设置一定数量的连接件（例如耙钉）把相邻的旧水泥混凝土板两两联结起来，利用连接件的抗拉和抗弯能力来增强旧水泥路面接缝处的整体性，增大接缝间传递荷载的能力，进而减少接缝处相邻板块间的相对水平位移和垂直位移，最终减少或避免沥青混凝土罩面层上反射裂缝的产生。与此同时，由于接缝间传递荷载的能力得到提高，这在一定程度上还可以减薄沥青混凝土罩面层的厚度。

本发明的上述技术思路看似简单，也似乎与水泥路面结构设计的基本设计思想相矛盾的，因为在常规的水泥路面结构设计中，为了避免水泥混凝土浇筑后因干燥收缩和温度收缩而产生不规则收缩裂缝，一般会人为地在水泥混凝土路面上设置一些纵、横方向的接缝，以形成具有一定尺寸的水泥混凝土板块；而本发明则是打破常规，将必须设置有功能性接缝的惯性思维进行逆转，在旧水泥混凝土板间的接缝处用连接件将其连接，考虑到本发明是特别针对旧水泥混凝土路面的改造及沥青混凝土罩面层所存在的客观缺陷，因此本发明的逆向思维不仅是独具匠心的，而且是现实可行的，这主要是基于以下理由：首先，经过我们长期的观察和实验，旧水泥路面经过多年的使用后，水化反应早已完成，几乎不会再产生干燥收缩变形；其次，经过我们的反复实验后发现，在旧水泥路面上加铺沥青混凝土罩面层后，旧水泥混凝土板中的温度及其变化均比当其直接用作表面层时要小，因此相应的温度收缩变形也大大减小。综上，在对旧水泥路面进行罩面后，由于旧水泥混凝土板块的干燥收缩变形和温度收缩变形均比新建的水泥路面要小很多，这使得本发明技术方案的实现成为可能，可见本发明颇具新意的技术思路也是建立在长期实践经验和观察测试的基础上，而不是偶然或简单实验下的结果。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用本发明的复合式路面结构，可以减薄沥青混凝土罩面层的厚度，有效减少沥青混凝土罩面层反射裂缝的产生，保证罩面层的路用性能和使用寿命。此外，本发明的施工方法也相对简便易行，施工成本低，且施工效率明显提高。

附图说明

图1为本发明实施例的复合式路面结构在开设耙钉孔施工阶段的施工状态示意图（俯视）。

图2为本发明实施例的复合式路面结构在开设耙钉孔施工阶段的施工状态示意图（主视）。

图3为本发明实施例的复合式路面结构在植入耙钉施工阶段的施工状态示意图（俯视）。

图4为本发明实施例的复合式路面结构在植入耙钉施工阶段的施工状态示意图（主视）。

图5为本发明实施例的复合式路面结构的结构示意图。

图例说明

1、沥青混凝土罩面层；2、旧水泥混凝土面板层；21、旧水泥混凝土板连接组；22、旧水泥混凝土板；23、接缝；24、连接件；25、耙钉；26、耙钉孔。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例

一种如图5所示的本发明的复合式路面结构，该复合式路面结构包括位于上层的沥青混凝土罩面层1和位于下层的旧水泥混凝土面板层2，旧水泥混凝土面板层2是由四个旧水泥混凝土板连接组21组成，每个旧水泥混凝土板连接组21是由十块旧水泥混凝土板22（本实施例中混凝土板22的长度为5米，宽度为3.75米）在纵向通过其接缝23处设置的连接件24连接而成，组与组之间不采用连接件连接，直接留空接缝即可。本实施例中用到的连接件为沿接缝23处并排设置的八个耙钉25（φ18），每个耙钉25的左右两齿分别嵌套在相邻旧水泥混凝土板22边缘处开设的耙钉孔26中。同一接缝23处设置的每个耙钉的间距为40cm。

本实施例的复合式路面结构的施工方法具体包括以下施工步骤：

（1）确定拟改造路段的连接方式：在一段200m长的拟进行改造的旧水泥混凝土路面上，首先检测旧水泥混凝土的模量和强度、基础的模量、接缝传荷系数等结构和材料参数，搜集该路段改造后的交通组成及交通量资料、历年的气象资料；然后初拟沥青混凝土罩面层1厚度和每个旧水泥混凝土板连接组21内的板块数，利用有限元法分析该复合式路面结构在最不利降温和交通荷载条件下沥青混凝土罩面层1底部在接缝23对应位置处的综合拉应力，若该综合拉应力超过了沥青混凝土的容许拉应力，则减少水泥混凝土板连接组21的板块数，重新进行计算分析，直至使沥青混凝土罩面层1底部在最不利降温和行车荷载条件下产生的综合拉应力不超过沥青混凝土的容许拉应力；此时的板块数即为每个水泥混凝土板连接组21中的最大板块数（即能够用耙钉25连续连结的最大板块数）；本实施例中拟改造路段的每个旧水泥混凝土板连接组21是由十块旧水泥混凝土板22连接而成（参见图1），本实施例中的拟改造路段可以划分为四个旧水泥混凝土板连接组21；

（2）确定接缝处的连接件设置：在每个旧水泥混凝土板连接组21内相邻旧水泥混凝土板22的接缝23处，通过计算分析以确保在耙钉孔26处不致产生过大拉应力而使旧水泥路面板边缘破裂为目标，确定所需使用的耙钉25的数量和间距；可以先初拟耙钉25的直径和数量及其间距（一般可以采用等间距布置），然后根据前述计算确定的每个旧水泥混凝土板连接组21的长度和罩面层的厚度，应用有限元法计算在最不利降温条件和行车荷载的综合作用下耙钉孔26周围水泥混凝土中的最大水平拉应力，若此拉应力超过了旧水泥混凝土的抗拉强度，则应增加耙钉25数量（并相应地调整耙钉间距），重新计算，直至使在最不利降温和行车荷载条件下耙钉孔26周围的最大水平拉应力不超过旧水泥混凝土的容许拉应力，此时的耙钉数量及间距即为每个旧水泥混凝土板连接组21内相邻旧水泥混凝土板22的接缝23处所需的耙钉数量和间距；本实施例中每条接缝23处所需设置的耙钉25的数量为八个，相邻两并排设置的耙钉25的间距为40cm；

（3）开设耙钉孔：如图1、图2所示，在接缝23处两侧的旧水泥混凝土板22边缘处（距边缘约20cm的位置），采用φ50的钻机钻设与耙钉25数量及间距对应的耙钉孔26；每对耙钉孔26相对于接缝23对称布置，孔深等于旧水泥混凝土板22的板厚；

（4）植入耙钉：如图3、图4所示，在每对耙钉孔26中植入耙钉25（耙钉25可根据设计尺寸用钢筋自行加工制得），并向各耙钉孔26中灌入环氧水泥砂浆以固定耙钉；

（5）养生：洒水覆盖养生，养生结束即形成旧水泥混凝土面板层2；

（6）摊铺罩面层：在旧水泥混凝土面板层2上方摊铺沥青混凝土罩面层1，铺筑厚度为8cm，得到复合式路面结构。

本实施例的应用结果表明：采用本发明的技术方案对减少反射裂缝的效果非常明显，在200米长的试验路段中，仅仅在留空未处理的四条接缝处产生反射裂缝外，其余区域均未产生反射裂缝。相比之下，采用玻璃纤维格栅防止反射裂缝的对比路段（长度为200米），则存在较多的反射裂缝，裂缝反射率为24%。

Claims (4)

1.一种复合式路面结构，其特征在于：所述复合式路面结构包括位于上层的沥青混凝土罩面层和位于下层的旧水泥混凝土面板层，所述旧水泥混凝土面板层是由多个旧水泥混凝土板连接组组成，每个旧水泥混凝土板连接组是由多块旧水泥混凝土板通过其接缝处设置的连接件连接而成；所述连接件为沿接缝处并排设置的多个耙钉，每个耙钉的左右两齿分别嵌套在相邻旧水泥混凝土板边缘处的耙钉孔中。

2.根据权利要求1所述的复合式路面结构，其特征在于：同一接缝处设置的相邻耙钉的间距为30cm～50cm。

3.根据权利要求1或2所述的复合式路面结构，其特征在于：连接成单个旧水泥混凝土板连接组所需的旧水泥混凝土板的数量为2~25块。

4.一种如权利要求1～3中任一项所述的复合式路面结构的施工方法，包括以下步骤：

（1）确定拟改造路段的连接方式：在一段拟进行改造的旧水泥混凝土路面上，首先通过实地检测和计算分析，确定出拟改造路段中连接成每个旧水泥混凝土板连接组的最大旧水泥混凝土板的块数，以及连接组的组数；

（2）确定接缝处的连接件设置：在每个旧水泥混凝土板连接组内相邻旧水泥混凝土板的接缝处，通过计算分析，确定出每条接缝处所需设置的耙钉的数量及间距；

（3）开设耙钉孔：在所述接缝处两侧的旧水泥混凝土板边缘处，钻设与所述耙钉数量及间距对应的耙钉孔；

（4）植入耙钉：在每对耙钉孔中植入所述的耙钉，并向各耙钉孔中灌入环氧水泥砂浆以固定耙钉；

（5）养生：洒水覆盖养生，养生结束即形成所述的旧水泥混凝土面板层；

（6）摊铺罩面层：在所述的旧水泥混凝土面板层上方摊铺沥青混凝土罩面层，得到复合式路面结构。

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