刚性路面指的是刚度较大、抗弯拉强度较高的水泥混凝土路面。刚性路面来自(水泥混凝土路面)道路结买才角即宽六报掉哪构的组成包括路基、垫层、基层、面层。路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀 的支撑，即路基在木的态武环境和荷载作用下不产生不均匀变形。高液限黏土、高液限粉土及含有机质细粒土，不能用做城市道路路床填料。因条件限制而必须使用上述土做填料时，应掺加石灰或水泥等结合料进行改善。路基压实度应符合质360百科量验收标准的要求。垫层，在温度和湿度状况不良的城市道路上，应设置垫层，以改善路面结构使用性能。⒈基层下设尼老聚王套置垫层的条件:水文地质条件不良土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层;路基可能产生不均匀沉降时或者不均匀变形时，宜加设半刚性垫层。⒉垫层的宽度与路基宽度相同，其最小厚度为150mm。⒊防冻垫层和排水垫层宜采用刹，材料砂砾等颗粒材料。半刚性垫层宜采员管编婷完么用低剂量水泥，石灰或粉煤灰等无机结合料稳定粒料或土。基层应具有抗冲刷能力和较大刚度，抗变形能力强，坚实，平整，整体性好。基层具有防止或减轻唧泥、板底脱空和错台等损害。面层应具有足够强度、耐久性(抗冻性)、表面耐滑。耐磨，平整。
- 中文名称 刚性路面
- 外文名称 rigid pavement
- 道路结构 路基;垫层;基层;面层
- 应用范围 路桥工程;市政工程
- 别名 水泥混凝土路面
弯沉影响因素
在道路工程中, 弯沉(deflection)是指路面结构在荷载作用下的沉降位移.因此它是路面各结构层强度和刚度的综合体现.所以人们常常通用土核站概区许衡际映卫过测量弯沉来了解道路的性能, 如路基的回弹模量、路面的弹性模量以及路面脱空的判断等.从本质上而言, 这些都属于反问题,因此又发展了图表入溶话通还然呢密盾怕法和回归公式法、迭代法、数据库搜索法、遗传算法和人工神经网络法等, 但是都不可避免地面临解的收渐乐敛性反算结果的合理性等问题,为此进行了很好的综述.常用的道路弯沉测量方法主要有:贝克曼梁法和落锤弯沉仪(FWD).贝克曼梁法是来自一种道路弯沉的静态自动测量方法,360百科由于简便易于实施,得到广泛的胶构续非鲁难星器庆态应用.落锤弯沉仪主要用于测试动态弯沉峰值和弯沉盆数据.在弯沉计算分析中, 常常将路面结构手情看成由路面层、基层、土基等组成的无限宽薄板(面层、基层)和半无限空间体(土基)进行分析.其中, 对于沥青等半刚性道路,可细分为更多的结构层;而对于水泥混凝土类的刚性路面, 则绍皮素参开美将它简化为面层和土基层, 其基层的影响通过一个基层模量修原概宣从数跳字要正系数来修正从已有的分析来看, 路面脱空时弯沉与脱空量(脱空孔径、深度等)的定量关系尚未见报道,仅示毛歌西千能根据有限的经验,利用弯沉来判断路面是否脱空.因此本文将从简单的双层弹性体模型出发,以贝克曼梁法为加载形式, 利用有限元方法,在对照理论解的基础上,分析弯沉与脱空量的关系,在理论上探讨利用道路弯沉识别脱空的误色可行性和方法.
1 无脱空路面的弯沉分析
为了研究弯沉与脱空量的关系,本文采用有限元分析法.但是在进行有限元模拟时结构尺刻握寸是有限的, 因此需要选敌了造物干香易择合理的计算尺寸保证结果的有效性,避免过大二翻量零种推的计算量.先通过对无脱空的弯沉进行数值模拟,并与解析解进行海显具热船沿亚错施行对比, 确定合理的计算尺寸.
1.1 理论解
水平方向的条件有两种极端形式:一是完全固接的,即二者在水平方向的位移完全连续;二是完全光滑的, 即二者在水平方向的无剪应力.而实际的情况是常常介于二者之间.对于两种极端形析数杨甚知川式,它们若受到轴刚对称的垂直荷载作用, 表害孩如歌谁正需车实层的垂直位移的解 .对于车轮中间A 的位移,可以通过叠加法求解.材料参数和车载,可以得到固结和光滑两种连续条件下的位移w1和w2的值分别为2明目解务望南学减故5.56 和26.71 (弯沉的单位为0.01 mm).鉴于二者在理论上的解差别不大, 本文将仅讨论前一种路面和基层固结的情形.
1.2 有限元分析
由于理论模型的解是针对半无限空间的, 因此需知用多大尺度才能使有限元的解有效地反映理而论解.以ANSYS 软件模拟上例路基路面受两侧双轮荷载的情况 , 由对称性, 仅分析 1/4 的对称模型.用SOLID92 三维高阶单元划分路基和路面.通过变化模型中基层的高度和直径,考察 A 点弯沉值并和理论解对照
2 脱空路面的弯沉分析
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实际上路面的脱空是很复杂的 , 脱空的位置常常在两路面板接触的地方.本文为了和理想模型相对比 ,在分析中 ,将路面的脱空简化为一个空圆柱体(直径为 D2)并且位于车载的正下方 .将通过改变脱空的几何尺寸 , 考察路面弯沉随脱空量的变化.
3 结论
本文通过三维有限元分析,考察了刚性路面脱空的影响因素,重点考察脱空的几何尺寸对弯沉值的影响, 并结合一个工程实例的弯沉测量结果进行分析, 得出如下结论.
(1)在有限元分析中,采用较大的几何尺寸,计算的弯沉值与理论解之间才有足够的精度.
(2)脱空深度对实测弯沉值的影响很小,相对而言,脱空宽度对实测弯沉值的影响较大.
(3)通过分析表明,由于存在脱空情况下的弯沉值与无脱空时的理论值差别较小, 有时甚至可与测量误差相比拟.因此,虽然可以利用弯沉测量判断路面是否存在脱空,但不全面,特别是在脱空板的临界弯沉值的确定方面,需要依赖于经验和其它测量手段.
改造方法
引言
随着我国国民经济的高速发展,城市化进程不断加速,城市规模相应扩大,人民的生活水平显著提高,城市居民汽车拥有量也有了较大的上升, 从而导致了城市交通量的不断加大,汽车的承载也相应有较大增长。这就使得城市道路的刚性路面(本文主要指普通水泥混凝土路面)过早地出现了不同程度的损坏,从而影响了行车质量和通行能力。为了恢复城市道路的使用功能,美化城市, 对城市道路原有的刚性路面进行改造,已非常必要。而现今对城市道路老路面改造还没有一套完善成熟的方法,大都是结合各条道路的交通流量、路面结构及承载力,采用"白"加"黑"的改造方法(即在水泥砼面层上加铺沥青砼面层)。本文主要结合合肥市黄山路(玉兰大道-徽州大道段)改造工程的实例,重点论述刚性路面损坏缘由以及根据实际情况采用不同的改造方法,并结合设计、施工及材料的使用, 分析在旧刚性路面改造时如何进行质量控制。
损坏种类原因
现有的合肥市黄山路为水泥混凝土路面结构,宽度为55-65米不等,断面形式为四板块。主要路面经过十几年的使用后, 原有的路面功能及使用品质在不断下降,已不能满足现有的交通需要。经现场勘察,原有的路面45%以上出现了不同程度的板块破损、开裂、错台、沉陷、脱空等诸多病害。主要损坏有以下几种:一是表面破损及结构损坏。黄山路是一条东西走向的城市主干道,过往车辆较多,经过行车荷载的作用以及自然的侵蚀,已有大面积出现了破损及结构性破坏。道路表面破损主要指刚性路面在行车作用下出现起皮、网状裂缝、浅表坑洞、露骨等。这类病害主要影响行车质量和通行能力。道路结构性损坏主要有断板、错台沉陷及角隅断裂等。这些病害的引起原因很复杂, 主要是基层方面质量、板块质量、接缝钢筋配置以及板块自身质量等引起的。
二是板块开裂及接缝损坏。水泥混凝土板的开裂可分为多种开裂方式。有横向、纵向、网状裂缝等。黄山路接缝处的损坏主要是纵缝和缩缝的破坏,胀缝设量较少, 在施工过程中胀缝的施工质量相对要求较严,所以本路段胀缝损坏也较少。接缝损坏及板块开裂的原因有很多,经过笔者对该道路的现场勘测,主要是基层强度不足、砼板施工质量及养护不及时等原因造成的。
三是其他的损害形式。
改造工程实例
1.工程概况
黄山路位于合肥市核心区南部,西起玉兰大道,东至徽州大道路段, 是连接老城区和大蜀山风景区的重要通道。现有的黄山路为水泥混凝土路面结构,由于路况很差,严重影响了行车质量和车辆的运行, 且随着交通量的日益增大,该路已不能满足现代交通的需求。该道路又是合肥市东西向的重要交通要道,对它进行改造也十分迫切。2007年合肥市对黄山路进行了全面改造。改造工程由合肥市重点工程局负责。
2.改造工程设计情况
根据规划部门对黄山路总体规划方案和合肥设计研究院提供的地质报告,结合安徽省恒达交通建设质量检测有限公司提供的检测数据, 邀请天津城建设计院有限公司对黄山路改造工程进行了总体设计。根据黄山路的现状, 提出三种改造模式, 即老路利用、破除新建和完全新建。其中,老路利用段总长3 691 .355 米,破除新建段总长为3 951 .755 米,完全新建段长为1 298 .299 米。
3.改造工程"刚"改"柔"的施工质量控制
对黄山路进行改造, 充分考虑到该道路的使用状况,在不同的路段采用了不同的改造方式, 有的采用了半刚性补强层, 有的设置了土工格栅和土工布的应力消散层, 并且重点对原有砼板进行了全面处理。半刚性补强层及应力消散层的施工和质量控制可以参照其他文献,本文不再赘述。在加铺沥青砼面层前,必须根据老路面混凝土检测情况对旧水泥混凝土面板进行修补处理,这也是改造工程质量控制的关键工序,具体施工处理方法及质量控制如下:
(1)表面破损及板块开裂处理方法及质量控制在工程改造前,对整个路面进行了仔细勘查, 对未损坏的旧水泥混凝土表面凿毛并仔细清洗,提高磨阻力及整体性。对表面出现中等破损、轻微纵横向裂缝,且未出现严重错台或严重剥落的面板,根据裂缝的大小采用了不同的处治方法:一是对于表面小于3 m m 的纵、横向轻微裂缝,采用了扩缝灌浆方式。首先顺着裂缝扩宽成1 .5-2 .0 cm 的沟槽,槽深可根据裂缝深度确定, 最大深度不得超过2/3板厚。然后清除混凝土碎屑, 吹净灰尘后,填入粒径0.3-0 .6 cm 的清洁石屑。最后在沟槽内灌入填缝料,并保持与板块齐平。二是对于表面为大于3 mm 小于15 mm 的中等裂缝进行了重点处理:在裂缝两侧切缝时,应平行于缩缝,且距裂缝距离不小于15 cm 。清除两横缝内混凝土的深度在7 cm 以内。每间隔50 cm 打一对钯钉孔,钯钉孔的大小应略大于钯钉直径2 -4 m m ,并在两个钯钉孔之间打一对与钯钉直径相一致的钯钉槽。钯钉宜采用除锈后的Ф16 螺纹钢筋。钯钉长度为22 cm ,弯钩长度为7 cm 。钯钉孔必须填满砂浆,方可把钯钉插入孔内安装。切割的缝内壁应凿毛, 并清除松动的混凝土碎块及表面尘土、祼石。浇筑混凝土应及时振捣密实、抹平,并喷洒养护剂。修补块面板两侧,应加深缩缝,并灌注填缝料。三是对严重的纵横向裂缝、破碎板和角隅断裂板的主要是进行换板处理,在处理过程中应注意几点:第一, 在破碎清除面板过程中不得伤及相邻面板及拉杆,重新铺设的面板应与老面板等厚;第二, 当相邻拉杆在破碎面板过程中损坏或少设, 应补设拉杆;第三, 在更换面板时横向位置应增设传力杆。
(2)脱空板与断板的处理方法及质量控制对脱空板与断板的处理要谨慎, 首先进行路面板块的弯沉测量;凡弯沉超过0.2 mm的面板均确定为面板脱空。对于脱空板, 为了保证工程质量, 整块面板须翻修,翻修局部板块时, 旧混凝土凿除必须采用液压镐, 以免影响相邻板块, 并尽可能保留原有拉杆。基层损坏部分应予清除,并将基层整平压实。由于局部修补面积较小,基层难以碾压, 个别板块基层采用30 cm 厚的C15 混凝土进行补强,基层标高应与原基层顶面标高相同,并在混凝土路面板接缝处的基层上涂刷一道宽为20 cm 的沥青带。由于局部修补面积较小,翻修板块混凝土配合比及选用的材料,要选用快速修补材料。修补板块应采用养护剂进行养护,相邻板块的接缝宜用切缝机切至1/4板块深度,并清除缝内的杂质,灌接缝材料。断板的处理过程和方法与脱空板的处理过程和方法基本上一致。
(3)对原接缝的处理方法及质量控制 旧刚性路面接缝的处理也是改造工程质量控制的关键工序之一,首先应清除接缝中旧填缝料和杂物(包括纵缝),并重新用普通沥青灌缝, 所使用的沥青标号同面层沥青混合料标号。对于原有的胀缝及施工缝, 清除胀缝中旧填缝料和杂物后, 应先在传力杠下填入粒径0.3-0 .6 cm 清洁石屑,并灌入填缝料,然后将楔块打入缝内,使混凝土板不能活动, 楔块顶面要低于旧路面, 再用沥青灌缝,沥青标号同面层沥青混合料标号。
4.改造工程中对材料使用的要求
改造工程中材料的使用是影响工程质量的关键之一,这里主要谈谈对细粒式AC-13和SBS沥青材料,以及土工格栅和土工布的使用要求。
(1)细粒式沥青混凝土AC-13和SBS沥青城市道路中沥青路面所使用的沥青大多经过改性,SBS改性沥青是比较重要的一种。SBS改性沥青是在原有基质沥青(A H-70)的基础上,掺加约3 .0%的SBS 改性剂,改性后的沥青与原沥青相比,沥青路面的耐久性和高温稳定性明显提高。
(2)土工合成材料工程中对防反射开裂土工布作以下技术要求:一是良好的耐温性。要求土工布材料在沥青铺设温度一不仅不能熔化或软化, 且能保持正常工作。二是良好的沥青胶油吸附性。三是耐酸碱。四是抗老化性较强。土工布在路面使用年限内应保持正常的工作状态, 铺设可采用人工及机械铺设, 接口处应相互搭接15 cm。土工布性能参数如下:单位面积质量(g/m)为150,厚度(mm)为1.6 ,断裂强力(KN/m))为≥8.0 ,断裂伸长率为50 %。
结束语
通过合肥市黄山路改造工程的实例,分析探讨了城市道路旧刚性路面的改造方法,结合设计、施工及材料使用方面的严格质量控制, 在工程竣工通车之后,从检测结果来看, 行车质量及路容、路貌都有了较大的改变。这也给以后的城市道路中刚性路面的改造提供了一些值得借鉴的经验。当然这种方法也有很多不够完善的地方, 值得今后进一步分析和探讨。
