道路改造工程中,常采用土工织物铺在新铺沥青混凝土底部,以减少沥青路面的反射裂缝,按要求土工织物应能耐( )摄氏度以上的高温。
A 、140
B 、150
C 、160
D 、170
【正确答案:D】
土工布在旧水泥路面改造中的作用
导语:土工布,又称土工织物,它是由合成纤维通过针刺或编织而成的透水性土工合成材料。土工布是新材料土工合成材料其中的一种,成品为布状,一般宽度为4-6米,长度为50-100米。土工布分为有纺土工布和无纺土工布。
近年来,为满足公路运输的需要,我国在重交通、大交通量的路段上,大力发展水泥混凝土路面。到1997年底,全国水泥混凝土路面里程已达68740km。由于80年代初期修建的水泥路面设计标准偏低、板块偏薄,有的路段出现了不同程度的损块,已不能适应重交通运输的需要。为适应国民经济发展的需要,在水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层,可提高水泥路面的使用功能,改善路面的平整度,但如何防止反射裂缝的发生,是道路工程中遇到的一个新课题。
1试验方案的提出
(1)宁杭公路江苏境内句容-宜兴段全长137km,1986~1992年在旧沥青路面(原路基宽10~12m,路面宽7~9m)上相继修建为水泥混凝土路面。主车道宽9m,基层采用混灰结碎石或掺灰塘渣,路面板厚22cm2×4m宽硬路肩,下基层为石灰土,上基层泥灰结碎石,表面铺3cm沥青表面处治。
(2)由于近10年来,宁杭线交通量猛增,已达13237辆/d,且重载车辆较多,超载严重,导致该线水泥路面严重损坏。
(3)为改善宁杭线的路面状况、提高通行能力,对旧的水泥路面采用冲击锤,将病害板块破碎成混凝土块,用水泥砂浆灌浆,振动压路机碾压成型,翻挖硬路肩,用石灰土、二灰碎石进行补强,将硬路肩改造成行车道。使路面达到16m宽,构成4个车道全幅16m宽,铺筑20cm厚二灰碎石补强层加铺9cm沥青混凝土面层维修挡土墙,使挡土墙顶面与路面边缘坡度一致在挡土墙外侧做2m宽的绿化带。
(4)宁杭公路南渡段,由于集镇路面设计标高受到限制,增加20m二灰碎石补强层将影响南渡镇的总体规划,慢车道两侧的房屋地面标高将低于路面标高29cm,会妨碍集镇居民的正常生活。在水泥路面上直接加铺沥青面层,将面临如何防止沥青混凝土路面反身裂缝的问题。
(5)宁杭公路南渡集镇段全长1.44km,主车道路面宽度14m,原水泥混凝土路面板厚22cm。由于路面基层采用泥灰结碎石结构,水稳性较差。加之路面排水不良,造成中间9m宽的路面板块严重损坏。有32%的板块出现了断板、唧泥、脱空、沉陷等不同程度的损坏。
(6)鉴于南渡镇的特殊情况,为了不影响南渡镇的镇区规划,减少工程量,保证行车通畅,防止半刚性基层与刚性板之间、以及水泥板块之间的接缝出现反射裂缝,采取翻挖破碎板、铺筑二灰碎石补强层、铺设土工布、加铺沥青混凝土面层的试验路方案。
2老路补强
(1)因主车道二侧的2×2.5的水泥混凝土板块损坏较少,故采用液压镐破碎、凿除旧混凝土病害板,清理路槽,用二灰碎石补强基层。
(2)基层补强。由于基层损坏较严重,且破坏深度不等,为便于排水,故对软弱的部份先采用二灰碎石补强,然后再统一采用用22cm厚的二灰碎石层进行补强,并与原水泥混凝土板标高一致。二灰碎石施工中采用压路机进行碾压,对压路机碾压不到的部位,应挖除二灰碎石并用C15贫混凝土补强。
(3)表面处治。为保证通车,做一层1.5cm的表面处治。先在二灰碎石基层上洒一层沥青(1.5kg/m2),然后撒一层粒径为S10的碎石(15m3/1000m2),再洒第二层沥青(1.1kg/m2),最后再撒粒径为S12石屑(8m3/1000m2)。
3基层弯沉测量
采用BZZ-100型、后轴重10t的标准车,5.4m的长杆弯沉仪,每隔20m对路面基层进行弯沉测量。共测n=240个点,平均弯沉为=0.245,均方差δ=5.32,计算代表弯沉为δ=0.333mm。其中混土板占1/3,混土板测定点n=28,平均弯沉为=0.104,均方差为δ=5.5,代表弯沉为l?代=0.196mm。其中>0.10mm占34.62%,≥0.15mm占11.54%,≥0.20mm占7.69%,≥0.30mm占2.56%。从实测数据发现,混凝土板弯沉较大点处,其相邻的二灰碎石弯沉几乎与之相等,弯沉差仅为0.02mm,最大不超过0.06mm,初步分析,很可能因路面底基层强度低而引起。
4铺设土工布
4.1铺筑沥青混凝土面层
由于旧水泥路面与二灰碎石基层相接处平整度达不到5mm的指标,表面处治平整度较差,一般为8mm左右,且表处表面较粗糙,直接粘土工布不易粘牢,故首先铺筑沥青混凝土下面层。在表处和旧水泥路面上洒一层粘层沥青,沥青用量为0.5kg/m?2,用摊铺机铺筑半幅7m宽AC-20Ⅰ型沥青混凝土上面层。用压路机碾压密实,待沥青路面冷却后,开放交通,然后再摊铺另外半幅7m宽沥青混凝土下面层。
4.2土工布技术要求
(1)土工布厚度应薄,一般2mm左右,以便于摊铺。
(2)土工布抗拉强度应大,纵向≥400N/5cm,横向≥280N/5cm,抗变形能力强。
(3)土工布熔点≥230℃。
(4)土工布应拉毛,便于与沥青混凝土粘结。
4.3铺筑土工布
(1)在沥青混凝土路面上用小型沥青洒布机按1.0kg/m?2洒布粘层沥青,幅宽为3.8m。
(2)采用土工布铺筑设备,人工一次摊铺土工布。对不平整处,应用推杆推平,如遇到弯道,应将弯道内侧的土工布用剪刀裁开,然后将一侧摊平,涂刷沥青,再将另外一侧叠盖搭接。
(3)一卷土工布摊完后,再喷洒另一幅土工布下的.粘层沥青,为确保土工布20cm的搭接,要在前一幅摊好的土工布之上边部洒20cm宽的沥青带,然后再摊铺第二幅土工布,土工布纵向搭接不小于20cm。
4.4铺筑沥青混凝土上面层
当二幅土工布铺筑后,可摊铺沥青混凝土上面层。
(1)在土工布的起始端要用铁钉固定,并洒一层粘层沥青。
(2)禁止汽车在土工布上刹车、转弯、调头。
(3)当土工布被汽车拉起,应立即用摊杆推平。
(4)用沥青混凝土摊铺机摊铺沥青混凝土路面。
5试验路检测
(1)弯沉测定。试验路铺筑后,用BZZ-100型标准汽车、5.4m长杆弯沉仪,每隔50m测定混凝路面弯沉值。
(2)实侧弯沉和平均弯沉I=11.51,均方差δ=2.22,代表弯沉I?代=15.15mm。
(3)按理论计算,在老路上(δ=0.333mm)加铺10cm沥青混凝土,计算弯沉到达0.25mm,增加一层土工布计算弯沉值能达到0.15mm,相当于增加了8cm厚的沥青混凝土,实测数据表明>0.10mm的点占2.8%≥0.15mm的点占2%,≥0.30点占1.1%。
(4)平整度测量。采用八轮仪测定路面平整度,原路面平整度较差,三米直尺8mm,经加铺沥青面层后平整度均方差为δ=1.03mm。通过几个月的行车,目前尚未发现反射裂缝。
6结束语
通过宁杭公路南渡集镇段试验路可见:
(1)对破碎混凝土板要挖除,并补强基层,对连续三块完好板可予保留对板下脱空应进行板下封堵。
(2)对较长的路段基层补强可采用半刚性基层,在半刚性基层与水泥混凝土板交界处,应将压路机不易压实的部位的二灰碎石凿除,并用C15贫混凝土浇筑齐平。
(3)对老混凝土板接缝应加灌沥青,可有利于排水。
(4)应完善纵、横向排水系统,以保证路基稳定。
(5)在老水泥路面上先摊铺沥青下面层,然后再铺土工布,便于调平老路面,并使土工布粘平、粘牢。
(6)在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层,铺设符合要求的土工布,可以提高路面的平整度和强度。
(7)铺设土工布可延缓水泥混凝土路面反射裂缝的发生。
论防止改性沥青路面开裂现象产生的施工措施
摘要:由于改性沥青路面具有优异的路用性能,近十年来,改性沥青在我国高速公路中得到了越来越多的应用。但与基质沥青相比,改性沥青有着较高的粘度,使得改性沥青路面施工工序控制的难度较大,如拌和温度增高,拌和时间延长,碾压难度加大等,若施工工艺不当及工序控制不严,都会造成改性沥青路面因空隙率过大而易渗水,最终导致早期损坏等问题。这种路面在应用中质量可靠,连价低,但是会出现开裂的现象,本文根据多年的实际经验,对防治改性沥青路面开裂现象的施工措施进行简要的论述。
改性沥青路面结构不仅在高温、重载时车辙变形量低,而且低温性能良好。改性沥青是指掺加改性或采取对沥青轻度氧化等加工措施,使沥青或沥青混合料的性能得以改变而制成的沥青结合料。
目前国内外对减少半刚性路面裂缝的主要思路是:
1、)使用防裂效果更好的面层或基层材料;
2、)通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝;
3、)从结构本身人手防止和减少半刚性沥青路面基层的反射裂缝。在沥青面层和半刚性基层之间设置一层弹性模量低、韧性好的材料作为应力吸收层以吸收半刚性基层裂缝,目前这种方法是国内外工程实践中用得较多的一项工程措施。针对半刚性基层沥青路面反射裂缝采取的具体措施如下:
一、增加沥青面层的厚度
通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝,国际上通用的结论是需要将沥青面层增加至15~25cm.增加加铺层厚度,一方面可以减少旧面层的温度变化,并降低加铺层的拉应力,另一方面可以增加路面结构的弯曲刚度,降低接缝处的弯沉差,减少加铺层的剪切应力。同时,可以延长其疲劳断裂寿命。
但单纯依靠增加加铺层厚度的方法有其弊端:一方面增加加铺层厚度可能会受到路面标高的限制;另一方面增加加铺层厚度,必将大幅度增加路面造价,而且在夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙,同时会削弱由于旧水泥混凝土板作基层而产生的强基薄面的优势,故而这一方法有很大的局限性。
从已铺筑的高速公路的实例来看,裂缝情况随着面层厚度的加大有明显的改善,但是,车辙随着路面厚度的增加也随之增加。由上可以看出,通过较厚的沥青面层来防止和减少反射裂缝,在经济上不合算,还可能导致其他路面病害的发生。
二、进行半刚性材料的合理组成设计
通过进行半刚性基层材料的合理设计,如:调整结合料用量与比例,增加粗骨料含量并严格设计级配,以尽可能的减小其温缩和干缩系数,增加半刚性基层材-料的抗裂性能,但是不能从根本上消除半刚性材料的开裂而导致的路面反射裂缝。
三、在面层与基层之间增加级配碎石层
采用具有一定厚度的优质级配碎石作为上基层,而用半刚性材料作为下卧层,这种上柔下刚式的“组合基层”在很大程度上能够防止和减少半刚性基层反射裂缝,同时级配碎石基层还能充当具有排水功能的基层。级配碎石层是由特粗式级配沥青碎石混合料所组成,具有20%~35%的空隙率,它提供了一种教逸运动的方式,能够把交通荷载与环境温度作用下所引起的原水泥混凝土路面板产生的运动消散掉。目前国内将级配碎石作为半刚性基层与沥青面层之间的中间层的设尚不多见,但在美国、澳大利亚以及南非已作为减少沥青路面反射裂缝的措施获得了较多应用,且效果较好。但是与其他方法相比,增加级配碎石层的经济性较差。
四、加铺土工织物或格栅
包括聚丙烯或聚醋织物和聚乙烯、聚丙烯或聚醋无纺织物。无纺织物厚度为0.4mm-4mm,模量为IOMPa~160MPa,临界应力5MPa-20MPa,临界应变40%~140%。织物的厚度较薄些,为0.4mm-0.7mm,模量则高些,为400MPa-1500Mpa,临界应力和应变相应为40MPa~140MPa和8%~15%。无纺织物夹层的主要作用与橡胶沥青应力吸附夹层相似。而织物由于模量稍高,可对加铺层起少量加筋作用。
在半刚性基层顶或沥青之间设置各种土工合成材料,可以提高沥青混合料的抗拉强度与抗变形能力。20世纪八十年代初,英国诺丁汉大学布朗教授经过三、四年的试验和研究将塑料格棚应用于沥青路面。他通过对比加铺和未加铺土工格棚的沥青路面,认为前者比后者可以推迟疲劳裂缝出现达19倍,可以减少车辙50%。
土工织物中间层对沥青面层底的箍固作用大大增强了沥青面层的抗裂强度,土工织物中间层国外自20世纪80年代以来广泛使用,多用于具有严重裂缝旧沥青路面或水泥路面上加铺沥青新面层的中间防裂层,品种多为编织尼龙、无纺聚丙烯和玻璃纤维几种,其中以无纺聚内烯(Petromat)效果较好,总的研究结果表明防裂效果有好有坏,一般来说土工织物中间层对于垂直差动位移和水平位移较大(温缩严重)的情况效果不大,此外其防裂效果可能较短暂。
格栅包括聚丙烯或聚醋土工格栅、玻璃格栅和金属格栅。土工格栅的厚度为0.8mm-11mm模量为900MPa-2500MPa,临界应力和应变与织物相近。金属格栅的厚度为2 m m~4 m m,其模量可达到8000MPa-10000MPa.刚度大的夹层对于降低加铺层内因温度下降而引起的应力和应变的作用不如软夹层,但对于降低荷载产生的应力应变的作用则远大于软夹层,采用复合式夹层(下层为应力吸收层,上层为金属格栅),虽然可以像软夹层那样减少温度引起的反射裂缝,但仍保留了软夹层不能降低加铺层荷载应力的缺点。由此,各种夹层具有不同的刚度,在减少反射裂缝方面所起作用也不同。软夹层在减少温度引起的反射裂缝中可起到重要作用,但在降低荷载应力方面作用不大,甚至可能有不良影响,而刚(劲)度与沥青加铺层材料相近的硬夹层,则对降低荷载产生的反射裂缝最为有效,但在减少温度引起的反射裂缝方面不如软夹层有效。因而,在选择夹层类型时,应对诱发反射裂缝的主要原因以及不同夹层减缓反射裂缝的效果进行具体分析。
五、基层预切缝
基层预切缝方法是在铺沥青面层前将半刚性基层按一定间距设置预锯缝,且设法让这种裂缝仅保留在基层本层,而不反射到面层。基层采用预锯缝来减少沥青面层反射裂缝的措施在国内外工程实践中有一定的应用,且国外应用也较早,如:德国1986年设计规范规定,当沥青面层厚度小于或等于14cm时,基层厚度不管多大,只要基层抗压强度不大于12MPa,基层必须预切缝;前苏联为了避免薄沥青面层下水泥稳定土基层产生不规则的紊乱的裂缝反射到沥青面层上,也为了减少裂缝的破坏作用,建议在水泥土基层上每隔8 m~12m作一假缝,深6cm-8cm,缝宽10mm-12mm.它的防裂原理主要是通过锯缝改善基层约束条件,从而在一定程度上释放温度应力来达到防裂目的。同时,在锯缝防裂基础上铺设一定宽度土工织物,既起到了防渗作用,又在一定程度上缓解了裂缝处沥青面层应力集中,从而延缓或消除了面层反射裂缝的产生。
实践证明,这些措施达到了一定的防裂效果,但是各种措施的防裂效果和机理不相同,且各类措施防裂效果很有限。因此,如何采取措施以较少或延缓路面的反射裂缝还应根据路面结构的实际情况,综合利用多种防裂措施与方法以达到最佳的防裂效果。
1. 横向裂缝
1.1 表现形式
裂缝与路中心线基本垂直,线宽不一,缝长有的贯穿整幅路面,有的路面部分开裂。
1.2 产生原因
(1)沥青质量没有达到本地区施工气候要求或者没有达到相关技术标准,致使沥青混凝土面层温度收缩或温度疲劳应力大于沥青混凝土的抗拉强度,产生横向裂缝。
(2)施工缝处理不当,接缝不紧密,造成不同部位结合不良,从而产生横向裂缝。
(3)半刚性基层由于水泥剂量、施工质量等综合因素产生的路面收缩裂缝,通过横向裂缝形式表
现出来。
(4)桥梁、涵洞等结构物回填部位没有按照要求进行施工,或处理不得当,从而产生不均匀沉降,导致路面产生横向裂缝。
1.3 预防措施
(1)按照《公路沥青路面施工技术规范》中的相关要求,结合本地区的气候条件和道路等级选用符合要求的沥青种类,以减少或消除沥青面层的温缩裂缝。施工中所采用的沥青应该到本地区相关试验检测机构进行试验检测,验证其是否符合相关技术标准。
(2)合理组织施工。摊铺作业尽可能连续,尽量避免冷接缝。如不能避免,冷接缝应按照要求先将已压实的摊铺带边缘切割整齐,清除浮料,用新的热混合料敷贴到接缝部位,使冷料部位预热软化,清除敷贴料,向接缝壁涂刷0.3~0.6kg/m 的粘层沥青,再摊铺新的沥青混合料。
(3)充分压实横向接缝。碾压时,压路机先在横向接缝已压实的路幅上,钢轮伸入新摊铺部位15cm左右,然后每压一遍向新铺层移动15~20cm,直到压路机完全进入新摊铺层,然后再转入纵向碾压。
(4)半刚性基层所用的水泥宜为质量稳定旋转窑生产,水泥剂量应符合设计及施工要求,并且水泥与其他混合料要充分拌和,使之均匀。路用水泥应该按照要求频率到相关部门进行试验检测。
(5)桥涵回填部位应选择透水性及材质良好的砂砾等材料,并按照要求填筑充分碾压;沉降严重地段,应先进行软土基处理,并合理组织施工,以减少回填部位的不均匀沉降。
2. 纵向裂缝
2.1 表现形式
裂缝走向基本与路线走向平行,裂缝长度和宽度不一。
2.2 产生原因
(1)路基填筑使用了不合格材料,路基吸水膨胀引起路面开裂。
(2)纵向加宽没有按照要求进行施工,或者碾压没有达到要求,从而造成加宽部位沉降,产生纵向裂缝。
(3)路基边坡坡度小于设计值,路基边坡压实度不足产生滑坡。
(4)边沟过深,使实际填土高度加大从而产生滑坡,造成路面开裂。
(5)面层前后摊铺相接处的冷接缝没有按照相关要求进行处理,结合不紧密而相互脱离,产生纵向裂缝。
2.3 预防措施
(1)使用合格材料填筑路基或对填料进行处理后再进行填筑。
(2)旧路加宽或半填半挖路段,路基填筑应先将边坡松土清除,并按照填土厚度要求逐级进行台阶处理并充分碾压。
(3)路基施工分层填筑,边坡充分压实,采用重型压实标准;正确放坡,高填方路段放缓边坡,减少边沟深度。
(4)面层施工尽可能采用全幅摊铺,如果不具备全幅摊铺条件,可2台摊铺机前后紧跟摊铺,尽可能避免前幅混合料已冷却再进行后半幅摊铺,确保混合料热接;分幅摊铺时,上、下面层施工缝应该至少错开15era以上。如果产生冷接缝,应按照本文
3. 网状裂缝
3.1 表现形式
裂缝纵横交错,缝宽在lmm以上,缝间距离在40mm以下,裂缝面积在lm 以上。
3.2 产生原因
(1)纵横裂缝出现后,继续扩展,尤其是在北方地区,经过冰冻水的侵入发展而成。
(2)沥青混合料质量差,拌和时间过长,拌和温度过高或者在储料仓中存储时间过长,沥青本身老化,导致混合料抗变形能力降低而易产生的裂缝。
(3)沥青的性能差,尤其是低温抗变形能力过低。
(4)路面结构中含有软弱夹层,粒料层松动,水稳定性差,从而形成网状裂缝。
(5)沥青层的厚度不足,水分侵入。导致层间结合较差,加速了网状裂缝的形成。
(6)沥青总体强度不足,在损坏初期形成网裂,151后裂缝逐步扩展,缝间距变小。
3.3 预防措施
(1)采用低温变形能力高的优质沥青,并按照要求控制好沥青混合料的拌和质量。
(2)沥青面层摊铺前,认真检查下承层的施工质量,及时清除泥灰等杂物,处理好软弱层,保证下承层稳定,并喷洒0.7—1.1l/m 的透层油,必要时可以按照要求洒石屑或砂,保证层间结合。
(3)沥青各层要满足最小施工厚度的要求,保证上下之间有良好的连接,并从设计、施工、养护上采取相应的措施及时排除雨后结构层内的积水。
(4)路面结构设计中应该做好交通量调查和预测工作,使路面结构组合和路面总体强度满足设计年限内交通荷载的要求。有条件的可以采用沥青碎石柔性基层,以缓解网状裂缝程度。
4. 反射裂缝
4.1 表现形式
基层产生裂缝以后,在温度和行车荷载的作用下,裂缝逐渐反射到沥青混凝土面层,路面的裂缝形式与基层裂缝形式基本一致。对于半刚性基层以横向裂缝居多,对于柔性路面上加盖的沥青结构层,裂缝形式不一,主要取决下承层。
4.2 产生原因
(1)在已经开裂的旧沥青、旧水泥路面上加铺沥青面层,由于温度的变化(降低),老路面的裂缝继续拉开,从而使新铺层在旧裂缝处断开。
(2)由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝。
(3)新铺半刚性基层随着混合料中水分的减少产生干缩和干缩应力,从而产生开裂,反射到沥青面层。
4.3 预防措施
(1)在旧有路面上加铺沥青面层,最好先铣除原有路面后再进行加铺;或者铺设土工布或土工格栅,以减少反射裂缝。
(2)适当控制基层材料中粉料的含量及塑性指数,小于0.075mm的颗粒含量不应超过5%。
(3)基层施工尽可能使混合料在接近最佳含水量状态下碾压,并且碾压充分,保证基层强度;同时要加强对已完基层的养护,要尽早铺筑上层,或进行封层,以减少干缩缝。 沥青路面裂缝产生后,应及时予以处理,防止水等有害物质侵入,影响道路使用寿命。对于细裂缝(2~5mm)可用乳化沥青进行灌缝处理;对于大于5mm的粗裂缝,可用改性沥青(如SBS改性沥青)进行灌缝处理;灌缝前,必须清除缝内、缝边碎料、垃圾等,并保证缝内干燥;灌缝后,表面应洒布粗砂或3~5mm的石屑。