CN102817299B - 一种城市沥青路面修复结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于城市沥青路面修复技术领域，公开了一种城市沥青路面修复结构及其施工方法。该结构自上而下包括沥青路面面层、基层、上层高强度土工格栅、旧沥青路面混合骨料填充的土工格室加筋层、下层高强度土工格栅、防水层和路基。该结构充分利用了原有旧沥青路面材料，有效隔离了降水和地下水对路基和沥青路面的交叉影响。同时，通过上、下层高强度土工格栅和土工格室加筋层的组合加筋结构，可有效提高沥青路面结构抗变形能力，限制沥青路面结构裂缝和变形的开展，提高沥青路面使用寿命。特别是当路基存在局部不良地基时，该组合加筋结构形成的“梁效应”可有效将局部不良地基上的荷载传递至周围地基，避免新铺沥青路面结构再次损坏。

Description

一种城市沥青路面修复结构及其施工方法

技术领域

本发明属于城市沥青路面修复技术领域，尤其是涉及一种路基存在局部不良地基的城市沥青路面修复结构及其施工方法。

背景技术

城市沥青路面是我国城市道路路面的主要形式之一，具有表面平整度高，行车过程舒适、引起振动小和噪声低等优点。但是沥青路面作为一种整体结构层，受路基强度、交通荷载和各类环境因素影响很大，在使用过程中会出现诸如网裂、沉陷、不均匀沉降、平整度下降等各种病害，严重影响交通安全和行车质量。当路面损坏达到某种程度时，就需要对路面进行整体或局部修复。

由于城市道路受到路面标高限制，沥青路面修复措施主要以翻修法为主。翻修法是指拆除需修复路面，对路基进行重新处理后，铺筑新的沥青路面。适用于路基存在局部不良地基、旧路面标高严禁升高的整体和局部道路修复。但是该方法的旧沥青路面破碎、运输、废弃需要大量成本，同时旧沥青路面的废弃会对城市周边环境带来严重的破坏。另外，城市沥青路面局部损坏往往是由于沥青路面下存在局部不良地基引起，如果只是对沥青路面进行翻修处理，而不对局部不良地基进行处理，这样只能“治标”不能“治本”。在交通荷载作用下，该处路基很容易再次沉陷引起沥青路面结构被破坏。但是，如果沥青路面翻修前对局部不良地基处理（目前主要采用换填法、注浆法和水泥搅拌桩法），也会带来诸多问题。首先，地基处理成本过高，可占到沥青路面翻修成本的一半以上；其次，地基处理时需较大的机械施工平台，有时甚至需要封闭整个路段，严重影响城市交通的顺畅性；再次，地基处理时引起的噪声、灰尘等严重影响了施工路段周边市民的生活质量；最后，换填法产生的大量旧地基土的挖除、运输、废弃以及新填材料的购买、运输、填筑也需要大量成本，而注浆法和水泥搅拌桩法不仅浪费资源，同时还会对原有路基造成严重污染，对城市环境的影响非常大。

发明内容

本发明的第一个目的在于针对现有城市沥青路面修复技术中存在的不足，提供了一种城市沥青路面修复结构，该修复结构设计合理，环保节能。

本发明的第二个目的在于提供了一种上述城市沥青路面修复结构的施工方法，该方法操作简便且节能环保。

实现本发明第一个目的的技术方案如下：

一种城市沥青路面修复结构，自上而下包括沥青路面面层、基层、上层高强度土工格栅、旧沥青路面混合骨料填充的土工格室加筋层、下层高强度土工格栅、防水层和路基。

进一步，所述的基层为柔性基层或半刚性基层。

进一步，所述的上层高强度土工格栅和下层高强度土工格栅均满足伸长率为0.5%时的抗拉强度不小于120kN/m的条件。

进一步，所述的旧沥青路面混合骨料是通过向旧沥青路面破碎块经粉碎处理后得到的旧沥青路面骨料中掺入旧沥青路面骨料质量10%-30%比例的砂砾集料混合后形成的，其中，粉碎处理后得到的旧沥青路面骨料最大粒径小于50mm。

所述的沙砾集料的级配以通过方孔筛的质量百分率计，分别是：通过10.0mm方孔筛的砂砾集料为100%，通过5.0mm方孔筛的砂砾集料为75%-90%，通过2.0mm方孔筛的砂砾集料为50%-70%，通过0.5mm方孔筛的砂砾集料为20%-40%，通过0.25mm方孔筛的砂砾集料为0%-5%。

所述的旧沥青路面混合骨料的粒径还须同时满足不均匀系数C_u不小于5和曲率系数C_c在1-3范围内两个条件。

进一步，所述的土工格室单孔面积在0.05-0.1m²，土工格室的格室片屈服强度不小于150kN/m。

进一步，所述的防水层为防水土工膜或防水土工布。

这种路面修复结构充分利用了原有的旧沥青路面材料，节能环保，而且还节约了旧沥青路面运输和废弃所需的大量成本，防水层可有效隔离降水和地下水对路基和沥青路面的交叉影响。同时，通过上层高强度土工格栅、旧沥青路面混合骨料填充的土工格室加筋层和下层高强度土工格栅的组合加筋结构，可有效提高沥青路面结构抗变形能力，限制沥青路面裂缝和变形的开展，减小沥青路面养护成本，提高沥青路面使用寿命。特别是当路基存在局部不良地基时，该组合加筋结构形成的全封闭土工格室加筋“梁效应”可有效地将局部不良地基上的荷载传递至周围路基，可有效减小局部不良地基沉陷和不均匀沉降，避免新铺沥青路面结构被再次损坏。综上所述，该结构应用于城市沥青路面修复时，可有效限制沥青路面裂缝和变形的开展，防止局部不良地基对新铺路面结构的再次损坏，减小沥青路面养护成本，提高沥青路面的使用寿命，对城市交通和环境影响小。

实现本发明第二个目的的技术方案如下：

一种上述城市沥青路面修复结构的施工方法，其步骤如下：

A、将需翻修的旧沥青路面进行破碎处理，形成旧沥青路面破碎块，并挖至路基设计标高以上3-5cm；

B、将旧沥青路面破碎块进行粉碎处理，得到旧沥青路面骨料，然后掺入旧沥青路面骨料质量10%-30%比例的砂砾集料，砂砾集料与旧沥青路面骨料混合后形成级配良好的旧沥青路面混合骨料4；

C、将路基充分压实，路基压实度须达到95%以上；

D、对压实后的路基进行平整处理，标高为路基设计标高，然后在路基上铺设一层防水层；

E、在防水层上铺设下层高强度土工格栅；

F、在下层高强度土工格栅上铺设一层土工格室，土工格室高度在10-15cm范围内，然后将旧沥青路面混合骨料填充至土工格室，并充分压实，压实后旧沥青路面混合骨料压实度须达到95%以上，压实后旧沥青路面混合骨料须填满土工格室，得到旧沥青路面混合骨料填充的土工格室加筋层；

G、对旧沥青路面混合骨料填充的土工格室加筋层进行平整处理，然后铺设上层高强度土工格栅；

H、在上层高强度土工格栅上铺设基层；

I、在基层上铺筑沥青路面面层。

本发明的修复结构及其施工方法具体的优点和技术效果如下：

1、充分利用了原有旧沥青路面材料，节能环保；

2、节约了旧沥青路面运输和废弃所需的大量成本；

3、有效避免了降水和地下水对路基和沥青路面的交叉影响；

4、提高了沥青路面抗变形能力，对沥青路面裂缝和变形的限制作用明显；

5、有效减小了局部不良地基对沥青路面结构的影响，避免新铺沥青路面的再次损坏；

6、避免了对局部不良地基进行地基处理，有效节约了沥青路面翻修成本；

7、有效减小了沥青路面翻修对城市交通和环境的影响；

8、减小了沥青路面养护成本，提高了沥青路面使用寿命。

附图说明

图1为本发明的一种城市沥青路面修复结构的剖面图。

图2为本发明的一种城市沥青路面修复结构的受力分析图。

图3为本发明的一种城市沥青路面修复结构下存在局部不良地基情况下的受力分析图。

图4为本发明的一种城市沥青路面修复结构下存在局部不良地基时组合加筋结构单元的受力分析图。

附图标记说明如下：1、沥青路面面层；2、基层；3-1、上层高强度土工格栅；3-2、下层高强度土工格栅；4、旧沥青路面混合骨料；5、土工格室；6、防水层；7、路基；8、交通荷载；9、侧向变形；10、侧向变形约束力；11、局部不良地基；12、挤压力；13、侧向约束力；14、“提兜”力。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明的结构及其施工方法做进一步的详细说明：

实施例1：

参见图1，一种城市沥青路面修复结构，自上而下包括沥青路面面层1、基层2、上层高强度土工格栅3-1、旧沥青路面混合骨料4填充的土工格室5加筋层、下层高强度土工格栅3-2、防水层6和路基7。

所述的基层2为半刚性基层中的水泥稳定碎石层。

伸长率为0.5%时，所述的上层高强度土工格栅3-1和下层高强度土工格栅3-2的抗拉强度均为160kN/m。

所述的旧沥青路面混合骨料4是通过向旧沥青路面破碎块经粉碎处理后得到的旧沥青路面骨料中掺入旧沥青路面骨料质量20%比例的砂砾集料混合后形成的，其中，粉碎处理后得到的旧沥青路面骨料最大粒径小于50mm。

所述的砂砾集料具体级配以通过方孔筛的质量百分率计，分别是：通过10.0mm方孔筛的砂砾集料为100%，通过5.0mm方孔筛的砂砾集料为82%，通过2.0mm方孔筛的砂砾集料为64%，通过0.5mm方孔筛的砂砾集料为36%，通过0.25mm方孔筛的砂砾集料为2%。

所述的旧沥青路面混合骨料4粒径不均匀系数C_u为10，曲率系数C_c为2。

所述的土工格室5单孔面积为0.07m²，土工格室5的格室片屈服强度为150kN/m。

所述的防水层6为防水土工膜。

上述的城市沥青路面修复结构的施工方法，其步骤是：

A、采用路面破碎机将需翻修的旧沥青路面进行破碎处理，形成旧沥青路面破碎块，破碎块单个体积小于0.025m³，并挖至路基7设计标高以上5cm；

B、采用粉碎机将旧沥青路面破碎块进行粉碎处理，得到旧沥青路面骨料，然后掺入旧沥青路面骨料质量20%比例的砂砾集料，砂砾集料与旧沥青路面骨料混合后形成级配良好的旧沥青路面混合骨料4；

C、采用压路机将路基7充分压实，压实后路基7压实度为95%；

D、采用平地机对压实后的路基7进行平整处理，标高为路基7设计标高，然后在路基7上铺设一层防水土工膜作为防水层6；

E、在防水土工膜上铺设下层高强度土工格栅3-2；

F、在下层高强度土工格栅3-2上铺设一层土工格室5，土工格室5高度为10cm，然后将旧沥青路面混合骨料4填充至土工格室5，并采用压路机充分压实，压实后旧沥青路面混合骨料4压实度为95%，压实后旧沥青路面混合骨料4须填满土工格室5，得到旧沥青路面混合骨料4填充的土工格室5加筋层；

G、对旧沥青路面混合骨料4填充的土工格室5加筋层进行平整处理，然后铺设上层高强度土工格栅3-1；

H、在上层高强度土工格栅3-1上铺设水泥稳定碎石层作为基层2；

I、在基层2上铺筑沥青路面面层1。

根据图2可知：从一般条件下交通荷载8作用对本发明的路面修复结构进行受力分析。当交通荷载8作用在沥青路面时，沥青路面面层1和基层2产生侧向变形9。通过上层高强度土工膜3-1、旧沥青路面混合骨料4填充的土工格室5加筋层和下层高强度土工格栅3-2的组合加筋结构的侧向变形约束力10，可有效约束沥青路面面层1和基层2的侧向变形9，有效提高了沥青路面结构抗变形能力，限制了沥青路面结构裂缝和变形的开展。根据图3、图4可知：从存在局部不良地基11条件下交通荷载8作用对本发明的修复结构进行受力分析。当路基7存在局部不良地基11时，在交通荷载8作用下，局部不良地基11产生沉陷等病害，在路基7产生不均匀沉降。此时，由上层高强度土工格栅3-1、旧沥青路面混合骨料4填充的土工格室5加筋层和下层高强度土工格栅3-2组成的组合加筋结构形成的“梁效应”，可以有效减少局部不均匀沉降，减小路面结构的应力集中。对单个土工格室5单元进行受力分析，局部不良地基11产生的沉陷会引起土工格室5内旧沥青路面混合骨料4产生向下的挤压力12，土工格室5侧壁对旧沥青路面混合骨料4形成侧向约束力13，同时下层高强度土工格栅3-2由于张拉膜效应产生向上的“提兜”力14，土工格室5侧向约束力13和下层高强度土工格栅3-2的“提兜”力14联合作用，约束了旧沥青路面混合骨料4向下挤出变形。同样的，当局部不良地基11引起路基7局部隆起时，土工格室5和上层高强度土工格栅3-1联合作用，约束了旧沥青路面混合骨料4向上挤出变形。可以看出，由上层高强度土工格栅3-1、旧沥青路面混合骨料4填充的土工格室5加筋层和下层高强度土工格栅3-2的组合加筋结构形成的全封闭土工格室5加筋“梁效应”可以有效地将局部不良地基11上的荷载传递至周围地基，有效减小了局部不良地基11沉陷和不均匀沉降，能有效避免新铺沥青路面结构再次损坏。

实施例2：

将实施例1的城市沥青路面修复结构应用于某城市沥青路面修复工程。该道路一段45m沥青路面破损严重，需进行翻修处理。沥青路面修复时道路左幅采用实施例1的修复结构及其施工方法，道路右幅采用翻修法现有技术，即在本发明方法的基础上去掉上层高强度土工格栅、土工格室、下层高强度土工格栅和防水层。路面修复工程完成后，在道路左、右两幅中心线处分别进行承载板静压蠕变试验，承载板为1.0m²的方板，荷载为300kPa。静压100小时后，采用本发明方法的左幅道路路面蠕变量较翻修法现有技术减小80%以上，且采用本发明方法处理后的左幅路面静压时间为30小时左右时蠕变量达到稳定值，随后蠕变量基本不变；而采用翻修法现有技术处理后的右幅道路路面静压100小时蠕变量仍未达到稳定状态，蠕变量仍继续增长。同时，对本发明方法和翻修法现有技术进行等比例局部沉陷对比模型试验，模型箱尺寸为250mm×150mm×1000mm。模型试验中路基土取自该沥青路面修复工程路基土，路基压实度为95%，路基上部结构按照实施例1的沥青路面修复设计方案进行铺设。沥青路面铺设完毕并充分养护后，在沥青路面施加100kPa的均布荷载，并在模型箱底部长边中心线位置处沿短边用外径5cm的钻头掏空路基模拟局部不良地基引起的局部沉陷，并在局部沉陷断面及该断面左、右各50cm处各埋设一个土压力盒监测不同断面路基顶面土压力。监测结果表明：与翻修法现有技术相比，采用本发明方法进行处理后路基顶面土压力值减小65%以上，而左、右两侧土压力值增大30%以上，采用本发明方法后路基顶面分担荷载的“梁效应”显著。沥青路面卸载后，采用翻修法现有技术在局部沉陷断面裂纹开展显著，且沥青路面出现明显局部沉陷现象，而采用本发明方法处理后的沥青路面仅有少量细微裂纹，沥青路面未出现局部沉陷现象。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照最佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种城市沥青路面修复结构，其特征在于：自上而下包括沥青路面面层、基层、上层高强度土工格栅、旧沥青路面混合骨料填充的土工格室加筋层、下层高强度土工格栅、防水层和路基；

所述的上层高强度土工格栅和下层高强度土工格栅均满足伸长率为0.5％时的抗拉强度不小于120kN/m的条件；

所述的旧沥青路面混合骨料是通过向旧沥青路面破碎块经粉碎处理后得到的旧沥青路面骨料中掺入旧沥青路面骨料质量10％-30％比例的砂砾集料混合后形成的，其中，粉碎处理后得到的旧沥青路面骨料最大粒径小于50mm；

所述的砂砾集料的级配以通过方孔筛的质量百分率计，分别是：通过10.0mm方孔筛的砂砾集料为100％，通过5.0mm方孔筛的砂砾集料为75％-90％，通过2.0mm方孔筛的砂砾集料为50％-70％，通过0.5mm方孔筛的砂砾集料为20％-40％，通过0.25mm方孔筛的砂砾集料为0％-5％；

所述的土工格室单孔面积在0.05-0.1m²，土工格室的格室片屈服强度不小于150kN/m；

所述的防水层为防水土工膜或防水土工布。

2.根据权利要求1所述的城市沥青路面修复结构，其特征在于：所述的基层为柔性基层或半刚性基层。

3.根据权利要求1所述的城市沥青路面修复结构，其特征在于：所述的旧沥青路面混合骨料的粒径同时满足不均匀系数C_u不小于5和曲率系数C_c在1-3范围内两个条件。

4.一种权利要求1-3中任一所述的城市沥青路面修复结构的施工方法，其步骤如下：

A、将需翻修的旧沥青路面进行破碎处理，形成旧沥青路面破碎块，并挖至路基设计标高以上3-5cm；

B、将旧沥青路面破碎块进行粉碎处理，得到旧沥青路面骨料，然后掺入旧沥青路面骨料质量10％-30％比例的砂砾集料，砂砾集料与旧沥青路面骨料混合后形成级配良好的旧沥青路面混合骨料；

C、将路基充分压实，路基压实度须达到95％以上；

D、对压实后的路基进行平整处理，标高为路基设计标高，然后在路基上铺设一层防水层；

E、在防水层上铺设下层高强度土工格栅；

F、在下层高强度土工格栅上铺设一层土工格室，土工格室高度在10-15cm范围内，然后将旧沥青路面混合骨料填充至土工格室，并充分压实，压实后旧沥青路面混合骨料压实度须达到95％以上，压实后旧沥青路面混合骨料须填满土工格室，得到旧沥青路面混合骨料填充的土工格室加筋层；

G、对旧沥青路面混合骨料填充的土工格室加筋层进行平整处理，然后铺设上层高强度土工格栅；

H、在上层高强度土工格栅上铺设基层；

I、在基层上铺筑沥青路面面层。