（交通运输工程专业论文）水泥混凝土路面养护对策及修补技术研究.pdf

摘要 摘要 水泥混凝土路面作为高级路面的主要形式之一，八十年代以后在我国得到了 广泛的应用。但近几年，水泥混凝土路面的使用状况不佳，使用寿命大大低于设 计预期寿命，尤其是一些以货运为主的重交通道路，早期损坏严重，目前一些水 泥混凝土路面不但没有体现出使用寿命长、养护费用低的优点，反而使水泥混凝 土路面维修困难的弱点进一步突显。因此，弄清水泥混凝土路面损坏的原因，开 展针对性的养护修补技术的研究，提出适合的养护与维修对策，具有重要意义。 本文从水泥混凝土路面的病害入手，围绕着水泥混凝土路面病害的分类、水 泥混凝土路况的调查与评定、水泥混凝土路面损坏原因和水泥混凝土路面养护与 病害维修方法等方面进行了研究。 首先，分析了水泥混凝土路面病害发生的原因，根据表现形态和对路面使用 性能的影响等因素，将水泥混凝土路面病害分为断裂类病害、变形类病害、接缝 类病害、表面类病害4 大类，再按其表现形式分为1 7 种类型，每种类型病害又 根据其轻重程度等级分为1 3 级，得出3 1 种病害。 其次，详细阐述了旧路面使用状况调查内容、步骤和方法，提出了水泥混凝 土路面使用状况的评定与分级及相应的养护维修对策，并从工程实例中具体地介 绍了路面状况调查与评定的全过程，详细地分析了该工程的维修养护对策。 第三，通过超载车辆、施工与养护三个方面对水泥混凝土路面损坏影响的分 析，得出交通量的增加，特别是重载超载车辆的增加、施工质量不佳与养护维修 水平低下是水泥混凝土路面板块破损的主要原因，其中超载车辆对路面的破坏排 在首位。 最后，在借鉴国内外水泥混凝土路面养护维修技术成果的基础上，联系水泥 混凝土路面养护管理工作实际，针对水泥混凝土路面各种类型病害的处治方法、 修补材料及维修工艺等方面进行了大量的试验和研究，从实践中总结出了裂缝与 断板维修技术、接缝板边与板角修补技术、沉陷处治技术、坑洞修补技术、加铺 沥青层修复施工等一些具体的养护对策与修补技术。同时还总结了水泥混凝土路 面日常养护方法、冬季养护方法及小修保养检查考核方法，希望对水泥混凝土路 面的维修、养护及管理提供一些参考方法。 关键词：水泥混凝土路面、病害类型、路况调查、损坏原因、养护对策、修补技术 r e s e a r c ho nr e p a i rt e c h n i ca n c i m a i n t e n a n c ec o u n t e r m e a s u r e i o rc e m e n t c o n c r e t ep a v e m e n t a bs t r a c t a p p l i c a t i o n s o fc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n ta r es p r e a di n t h er a n g eo fm y c o u n t r ya si t ss u p e r i o rp e r f o r m a n c ei n19 8 0 s ，b u t ，s o m ec a u s e so w i n g t od e v e l o p i n g n a t i o n a lc c o n o m yi n c l u d i n gt h et e n d e n c yo fl a r g e s c a l e d ，o v e r l o a d e dv e h i c l ea n d 仃a m cc h a n n e l i z a t i o nb r o u g h ta b o u tas e v e r ec h a l l e n g ef o rp a v e m e n t t h ec e m e n t c o n c r e t ep a v 锄a l td i s t r e s si saw i d e s p r e a da n de x i s t e n tp r o b l e m s ot h e r ei sp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c eo fr e s e a r c h o nr e p a i rt e c h n i ca n dm a i n t e n a n c ee o u n t e r m e a s u r ef o r c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t t h ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n td i s t r e s sa n dt h ec l a s s i f i c a t i o n o fc e m e n t c o n c r e t ed i s t r e s si ss t a r t e dw i t h ，c o n d i t i o ns u r v e ya n da s s e s s ，c a u s e so ft h ec e m e n t c o n c r e t ep a v e m e n tb r e a k a g e sa n dm e t h o do fr e p a i ra n dm a i n t e n a n c e w e r ed i s c u s s e d f i r s t l y , t h ec a u s eo ft h ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tb r e a k a g e si sa n a l y z e d ，t h e c e m e n tc o n c r e t ed i s t r e s si sd i v i d e di n t o4m a j o rt y p ea c c o r d i n gt op e r f o r m a n c e a p p e a r a n c ea n di n f l u e n c eo np a v e m e n tu s a g ef u n c t i o ne t c ，a n di sd i v i d e di n t o 1 7 c a t e g o r yd i s t r e s sa n di sd i v i d e di n t o 1 - 3c l a s s e sa c c o r d i n gt ot h ei t sd e g r e eg r a d e a g a i n ，g e t t i n g3 1k i n d so fd i s t r e s s s e c o n d l y , t h r o u g ht h es t u d ys u c h a sp a v e m e n tc o n d i t i o ns u r v e yi nd e t a i l ， p a v 锄e n tc o n d i t i o ne v a l u a t i o na n dd i s p o s i t i o nm e a s u r e i sb r o u g h tf o r w a r di n a 1 1 u s i o nt od i f f e r e n tb r e a k a g ec o n d i t i o n s ，a c c o r d i n gt o e n t i t a t i v ee n g i n e e r i n g ，t h e p a p e ri n t r o d u c ep a v e m e n tc o n d i t i o n e v a l u a t i o nm e t h o da n dr e p a i rt e c h n i c t h i r d l y , t h et e x tc l o s e sa r o u n dt h ep r o b l e mt o m a i n t a i no l dc e m e n tc o n c r e t e d a v e m e n ta n dp o i n t so u tt h a tt h ev e h i c l eo v e r l o a d sa n de n g a n e e n n gc o n s t r u c t i o n q u a l i t yi st h eb a s i cr e a s o nb ys u r v e y i n g t r a f f i cv o l u m ea n dc e m e n tc o n c r e t ed i s t r e s s i nj u r o n gr e g i o na n da n a l y z i n gt h ep r i m a r yc a u s e so ft h ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t b r e a k a g e si nd e t a i l l a s t l y , b a s e do ne x p e r i e n c ea n dh a r v e s to b t a i n e dh o m ea n da b r o a d ，ag r e a t m a n yo fe x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u tt om a k ec o m p r e h e n s i v er e s e a r c ho n m a t e r i a l s a p p l i c a t i o na n dm a i n t a i n c et e c h n i q u e ，d i s p o s i t i o nm e a s u r e i sb r o u g h tf o r w a r di n a l l u s i o nt od i f f e r e n tb r e a k a g ec o n d i t i o n sb ye n g i n e e r i n gp r a c t i c e ；a tt h es a m e t i m e ， i i a b s t r a c t a s p h a l to v e r l a y ，r o u t i n em a i n t e n a n c ee x a m i n a t i o na n ds t a n d a r do fm a i n t e n a n c e q u a l i t yi sp r o v i d e dt os o m er e f e r e n c em e t h o d sf o rm a i n t a i n c et e c h n i q u em a n a g e m e n t i no r d e rt op r o l o n gs e r v i c el i f eo fc o n c r e t ep a v e m e n t k e y w o r d s ：c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t ；d i s t r e s st y p e ；h i g h w a yc o n d i t i o ns u r v e y ； d a m a g ec a u s e ；m a i n t e n a n c ec o u n t e r m e a s u r e ；r e p a i rt e c h n i c i i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明、 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容f 论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：圭兰基：毒师签名 期： 0 孑孓如 第一章概述 第一章概述 1 1 课题研究的背景及意义 水泥混凝土路面具有强度高、扩散荷载能力强、稳定性好、耐久性好、养护费用少， 经济效益高、有利于夜间行车等优点，在世界上各工业发达国家，水泥混凝土路面与沥青 混凝土路面两种结构一直同步发展，都各有所长。许多国家对水泥混凝土路面的修筑技术 一直在进行研究和总结，取得了很多成果，并得到了广泛的应用，特别是重交通的高速公 路上，水泥混凝土路面得到更广泛的应用。 建国初期，由于资金、能源有限、水泥紧缺，我国修建水泥混凝土路面的公路里程较 少。到1 9 7 0 年底我国水泥混凝土路面仅2 0 0 k m ，占高级、次高级路面里程的0 9 左右。 此后在公路路面修筑过程中，发现沥青路面出现不少病害，同时为缓解沥青供应不足的问 题，一些省、市如浙江、广东、湖南、江苏等省开始修筑水泥混凝士路面。随着修筑里程 的增加和各科研院所对水泥混凝土路面的深入研究，以及实践经验的积累，修筑技术不断 改进，工程质量也不断提高。又由于水泥混凝土路面的适应性和抗灾能力均较强，较好地 满足了现代化交通的要求，因此水泥混凝土路面在2 0 世纪8 0 年代末和9 0 年代得到迅猛发 展，截止2 0 0 5 年底，中国已建成公路总里程1 9 2 万k m ，水泥和沥青2 种高级路面逾4 5 万k m ，其中水泥混凝土路面超过2 4 万k m ，约占总里程的5 3 ，加上城市道路水泥混凝 土路面9 万k m ，公路和城市水泥混凝土路面总里程约3 4 万k m ，且仍以每年约2 万k m 左右的速度增长。在已建成的4 1 万k m 高速公路路面中，水泥混凝土路面约占2 0 ，超 过8 0 0 0 k m 。近几年来，农村公路的推行，我国城乡各地修筑了人量的水泥混凝土路面。 毋庸置疑，这对提高我国的公路路面质量，增强公路的抗灾能力，改善公路行车条件，提 高客货运输效益均起到了积极的作用。 然而，就全国水泥混凝十路面使用状况而言，存在很多问题。如原设计理论的不完善、 施，t 经验的不足及养护的不重视，使许多水泥混凝十路面或出现了结构性的损坏，或表现 为功能性的缺陷，出现了不同程度的损害，严重影响公路的使用质量。另一方面，近年来 汽车交通量的人幅增加和载重量的急剧增长及严重的超载现象使路面结构的损坏日趋加 速，这不仅加快了早期修建的旧混凝士路面接近其使用寿命，而且使近期新建的水泥混凝 土路面在远未达到其实际使用年限时就出现了不同程度的病害，导致路面的使用性能迅速 下降，严重地影响了车辆快速、安全行驶，而且给养护和维修带来了巨大的压力。据不完 全统计，我国现有的水泥混凝土路面有5 0 - 6 0 左右都面临着修复和改善的问题。水泥混 凝土路面不同丁沥青路面，一旦开始出现局部损坏，如维修不及时，水泥混凝土路面损坏 将会加剧，既给以后的修补带来更大的困难，又将影响行车安全和水泥混凝七路面的使用 寿命。因此，对水泥混凝土路面维修技术展开研究，提出适合的养护与维修对策，具有重 要意义。 水泥混凝土路面的维修技术是随着水泥混凝土路面出现了不同程度的损坏后应运而生 的。国外发达国家水泥混凝土路面修筑历史较长，早在六十年代便开始对其养护维修技术 进行了大量研究，提出了许多对策。1 9 8 5 年，美国联邦公路管理局出版了路面修复手册， 并于1 9 8 8 年对此又进行了修订。该手册对水泥混凝土路面的回收、全深度混凝- 十的补块、 板下封堵、水泥混凝土的破碎同定、道路边部排水、防止罩面层反射裂缝等方面都提出了 具体的规定，1 9 8 8 年对此又进行了修订。1 9 9 5 年在总结全美研究成果及工程实践的基础上， 又分别出版了a c p c c 修复与评价指南。比利时道路管理局建立了对国道进行定期系统性 东南大学硕士学位论文 测量的制度。法国的养护策略系统包括g e r p h d ( 摄影测量) 、a p l ( 纵断面分析议) 、s c r m ( 摩擦系数) 、d m d b ( 混凝土板唧泥) 和c o l l d g e a p h e ( 荷载的传递) 等。英国在评 定混凝土道路路面状况方面，也建立了相应的管理制度。 我国，从2 0 世纪8 0 年代中期开始，国内不少设计、施工及养护管理单位以及科研单 位均对水泥混凝十路面常见病害和对策进行研究，总结出了一系列指导水泥混凝土路面养 护和修复的技术规范。2 0 0 1 年，我国颁布实施了水泥混凝土路面养护修复新的行业标准公 路水泥混凝土路面养护技术规范( j t j 0 7 3 1 2 0 0 1 ) ，规范中吸收了国内外先进的养护技术， 对促进我国水泥混凝土路面养护技术的提高起了积极的作用。但由于水泥混凝土路面病害 种类较多，出现的原因也较为复杂，目前为止还没有一套经济快速、适应性强而成熟的根 治方法，仍处于多种处治方法并行的试验研究阶段，就材料的品质和价格来看，不是价格 昂贵，就是路用性能不尽人意，有的材料操作不方便，有的材料耐久性差，缺乏水泥混凝 土路面的养护维修机具，水泥混凝土路面养护的新技术和新材料推广不力，水泥混凝土路 面修补技术不规范。许多地区的水泥混凝土路面养护维修措施仅只有换板一项。因此，科 学地进行水泥混凝十路面调查与分析，开展对旧水泥混凝土路面维修技术及施工方法的研 究，制定合理的养护对策及修补方案，这对提高水泥砼路面质量；改善公路行车条件；增 强公路抗灾能力；提高运输效益具有十分重要的意义。 1 2 路面性能与养护管理的研究 国外对路面使用性能和养护管理的研究开始于2 0 世纪6 0 年代，至7 0 年代，美国在大 规模的公路建设之后，面临了随之而来的路面养护管理工作，工作的中心转移到养护、改 建维护和改善现有的路面。养护和改建的投资比例得到了增加，如何分配和利用养护和改 建资金，使路面具有尽可能高的使用性能和服务水平，成为迫切需要解决的问题。为了解 决这个难题，首先必须准确地了解公路网的破损状况，对路面的使用状况进行评估，然后 才能把养护资金分配到最需要养护的路段上。为此，研究人员开发了路面破损数据检测设 备，建立了数据库，制定了评价方法、标准和优先养护排序模型。这种方法称为路面管理 系统。对“路面管理系统”的概述与理论的系统论述始见于美国汉斯( h a s s r ) 和哈特松 ( w r h o d s o n ) 两位学者于七十年代发表的“p a v e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m s ”( 简称 p m s ) 。 从2 0 世纪7 0 年代后期到8 0 年代中期，美国和加拿大约有3 5 个州及省建成或基本建 成了路面管理系统。特别在8 0 年代，路面管理系统的内容得到了扩充，技术上也初步成熟。 在发达国家，路面管理系统在实际公路管理中得到了应用。比较有代表性的路面管理系统 有：美国加利福尼亚州路面管理系统( 1 9 7 8 ) ，华盛顿州路面管理系统( 1 9 8 0 ) ，美国陆军 工兵团的p a v e r 系统( 1 9 8 3 ) ，加拿大阿尔伯达省的路面信息和需求系统( 1 9 8 3 ) ，丹麦 路面管理系统( 1 9 8 0 ) ，英国运输和道路研究所的公路养护评价系统( 1 9 8 0 ) 。 2 0 世纪8 0 年代以来，随着我国经济的迅速发展，运输车辆急剧增加。由于国内的公 路网的道路大部分已达到或超过设计使用年限，再加上大吨位和超载车辆的出现，使得超 负荷的公路迅速破坏。由于养护资金总是无法满足一切养护维修的需求，优先养护哪个路 段成了公路决策者面临的重要问题。因此，在国内公路路面养护管理研究开始逐步发展起 来。1 9 8 5 年，交通部北京公路科研所首先在辽宁营口移植了英国的b s m 养护管理系统； 1 9 8 7 年，湖南省开发了适应本地区的路面养护管理系统；1 9 9 1 年，交通部北京公路科研所 与同济大学、北京、广东等地区联合开发了干线公路( 省市级) 路面评价养护系统，标志 着我国在路面养护管理上达到一个新的台阶。 路面使用性能评价是路面管理系统的重要组成部分，是路面养护决策和道路经济分析 2 第一章概述 的基础。在2 0 世纪6 0 年代，美国a a s h o 道路试验的重要成果之一就是提出了路面使用 性能的评价方法( p s i ) ，建立了路面评价模犁，这个评价模型对7 0 年代的公路养护管理技 术，特别是对世界各国路面管理系统的发展有着深刻的影响。8 0 年代以来，随着对路面管 理系统的深入研究和广泛应用，许多国家和国际机构如英国、加拿大、日本和世界银行等 先后建立了路面评价模型。例如日本的养护管理指数( m c i ) 和舒适性指数( r c i ) 。在这 些评价模型中，路面性能的评价可分为综合指标评价和分项指标评价两大类。美国国会 1 9 8 7 年开始建立一项为期五年耗资$ 1 5 亿的公路战略研究计划( s h r p ) ，该研究项目的 主要任务是制定一个以路面性能为基础的沥青材料规范、沥青混合料规范以及相配套的沥 青混合料设计方法；该计划还对沥青及其混合料的性能和路面长期使用性能( l t p p ) 以及 如何减少养护维修等都开展了深入的研究与探讨，分析了路面破坏的敏感性，并建立了适 应各种交通气候条件的性能评价预测模型，同时编制了沥青路面修补养护实用手册，对各 种修补处治及使用方法作了详细的叙述和使用效果的评价。 1 3 我国水泥混凝土路面加铺修复技术概况 为完善和提高水泥混凝土路面服务质量，确保公路的安全畅通，防止水泥混凝土路面 病害进一步扩大，我国对水泥路面灌缝材料、灌缝机具，路面( 柔性路面、刚性路面) 加铺 技术，纤维加筋技术，混凝土再生技术，裂缝、断板处理技术，麻面、露骨处理技术等进 行了全面的分析与研究，有针对性地进行水泥混凝土路面的养护维修。 ( 1 ) 水泥混凝土路面破碎严重时的冲击压实破碎加铺技术 国内一般采用换板方法处理，冲击、凿除破板后加铺水泥板，考虑到基层碾压比较困 难，密实度难以达到要求，目前普遍做法是以c 1 5 贫混凝土处理有病害的基层，然后再在 贫混凝土基层上加铺水泥板，造价一般需1 6 0 2 0 0 元平方米，比新建的还要昂贵，此外， 凿除旧板的难度很大，在大交通量的路段施工会妨碍交通，即使添入减水剂和早强剂，但 开放时间仍然较长，一般需七天时间，而更为棘手的是挖除的旧水泥扳的处理问题，对环 境污染很大，环保部门的意见也很大，造成不良的社会影响。另外一种处理方法是采用对 水泥混凝土路面板底进行压浆处理，该法是针对板块的破碎从板底脱空或沉陷开始发展而 采用的一种加同板底的做法，具有投资少、见效快、开放交通时间较早的优点，但依靠目 测评定板底是否脱空具有一定的局限性，人为因素较多；如果逐板测弯沉则操作困难；另 外，板面钻2 5 个孔压浆会影响到原有路面的美观。 国外对破损程度较重的水泥板处理，据美国加利福尼州交通部门的郑毅工程师介绍， 采用专门路用机械对破损的整块板进行切割，然后用吊机取走，在纵、横缝处分别打钻， 加设拉杆和传力杆，在铺筑路面前，先铺设一层防水层，处理方法比我国考虑的更为全面 和细致。由于美国二战后高速公路得到突飞猛进的发展，这些水泥路面目前也陆续面临大 面积的破坏，交通部门一直在探索修复的方法。据郑毅先生介绍，目前的普遍做法是用重 型冲击压路机击碎原有路面作为相当我国设计中的垫层使用，再设置防水层后加铺水泥板 或沥青层。这种方法的优点是施工简捷明了，不妨碍交通，密实度更为均匀，重要的是不 会产生环境污染，充分利用了旧板作为垫层材料是发展中国家值得借鉴的一种较为彻底和 有效的处治方法国内对破损的水泥板修复研究应该说起步较晚，但近年来也做了大量的有 益尝试。随着公路上交通量和汽车载重量的剧增，路面结构日渐加重，不仅加快了早期修 建的旧水泥板接近其使用寿命，而且使得近年新建的水泥混凝土路面在远未达到其设计使 用年限时就出现了不同程度的损坏。水泥混凝土路面板的破坏类型按使用状态大致可分为 二类：结构性破坏和使用性破坏。造成破坏的原因主要有四类：设计标准原因、施工原因、 养护原因和过度的荷载疲劳作用原因。而水泥混凝土路面最严重的病害是路面板的破碎， 3 东南大学硕士学位论文 是目前普遍呈现的一种情况，是生产实际中待解决的问题。 总之，对破碎严重的水泥混凝土板，一般采用美国i m p a c t o r2 0 0 0 冲击压实破碎机 对原水泥路面进行击碎压实，加铺水泥稳定基层和水泥混凝土面层，效果良好效。在大面 积破损的旧水泥混凝- 十路面，采用冲击压实破碎机的施t 设备，既提高了路基强度，又保 证了j = 程质量；同时解决了“置换板修补法”而引起的“白色污染”问题，起到了保护环境、 节约资源、减轻劳动强度、加快工程进度、节省投资等，也保证施工路段安全和畅通等优 点。 ( 2 ) 纤维加筋混凝土修复旧水泥混凝土路面 在普通水泥混凝土中掺人聚丙烯纤维筋可抑制混凝土的塑性收缩龟裂，提高混凝土延 展性、坚韧性、抗渗性、抗冲击能力和抗疲劳能力，类似加筋作用；较之钢纤维具有重量 轻，不成团，耐酸抗碱，便于施工的特点。但从室内试验数据对比分析，发现普通混凝土 掺人纤维网后，混凝土抗压、抗折强度提高幅度并不大；若在外掺剂共同作用下，混凝土 强度、性能明显提高。 ( 3 ) 水泥混凝土路面沥青罩面技术 旧水泥混凝土路面沥青罩面技术，即采用德国特雷维拉道路专用士工布( 0 1 0 1 4 0 型) 作为复合式路面夹层材料，并在沥青混合料中加人抗剥落剂，以延缓和减少反射裂缝，提 高沥青混合料粘附力，可减少沥青混凝土面层厚度，提高行车舒适性；本施工技术工艺简 单、快捷，具有明显经济和社会效益。 在理论分析方面，m a j i d z a d e h 应用二维有限元法取旧路面与加铺之间的极限粘结力为 0 0 7 n m m 进行温度应力分析，认为加铺开裂是由旧水泥混凝土板的温度收缩和翘曲位移引 起的。c o e t z e e 也应用二维有限元法假定l e t 水泥混凝十板与加铺层之间连续，计算温度应力 对加铺层的影响。1 9 8 2 年，n a n j i m c h e n 采用了二维有限元法计算了设整平层、橡胶沥青夹 层和沥青混凝土罩面层的三层加铺结构，假设层间位移连续，计算分析加铺层的荷载应力、 影响线和温度应力。 国内对水泥混凝土路面上的沥青加铺层的研究起步较晚，主要以长安大学、同济大学、 西安空军工程学院、长沙交通学院为代表，对水泥混路面上的破坏形式及其上的沥青加铺 层的裂缝、荷载以及温度应力进行了现场调查、理论分析和试验研究。 长安大学采用三维有限元法对水泥混凝土板上沥青加铺层路面结构进行了力学计算并 在此基础上进行了室内及试验路段的试验研究。在力学计算中着重考虑了接缝处a c 层的 剪应力与弯沉差，并对临界荷位与计算参数进行了认真分析。 西安空军r t 程学院对温度虑力引起的反射裂缝进行了多次室内模拟试验研究，得到了 裂缝扩展与荷载作用次数的关系曲线和裂缝传播的实际规律并利用各种抑制和防止反射裂 缝措施的效果进行了比较。 同济人学采用二维和三维有限元法分析了水泥混凝土板上沥青加铺层荷载及温度应力 和位移状态，分析了水泥混凝- 十板上沥青加铺层反射裂缝机理。 长沙交通学院利用三维有限元法，以开裂水泥混凝土板为研究对象，运用粘弹性力学 原理分析研究了低温状态下沥青加铺层的开裂问题。 在工程实践方面，宁通路南京段试验路，在旧水泥混凝土板接缝处分别铺改性沥青油 毡及特雷维拉土工布( 原路面仅作灌缝处理) ，面层为4 c m 改性的中粒式沥青混凝土，通车 3 个月后，行车道部分，原路面横缝上方山现明显的反射裂缝。 十苏王线苏州段2 0 0 m 试验路，在水泥混凝土路面上洒粘层油，铺设土工格栅，再加 铺沥青混凝土面层，夏季施工，冬季出现裂缝、坑槽等病害。 1 0 4 国道绍兴段试验路，在水泥混凝土板上直接加铺沥青混凝土( 7 c m + 4 e m ) ，采用土工 4 第一章概述 布和橡胶沥青组成的应力吸收夹层来处治构造缝，夹层厚3 - 4 m m ，1 9 9 5 年8 月完工，3 个 月后路面出现轻微裂缝，4 个月后原水泥混凝土路面板横缝上方出现两条平行的反射裂缝。 1 年后，裂缝增多，缝宽增大。 1 0 4 国道句容宜兴段，泥灰结碎石掺灰塘渣基层，2 2 c m 混凝土路面，修于1 9 8 6 1 9 9 2 年。由于重车多，超载现象严重，水泥混凝土路面严重破坏。1 9 9 7 年4 1 0 月份进行加铺 改造，方法为先将病害板用冲击锤破碎，灌水泥砂浆，震压成型，然后加铺1 5 c m 二灰碎 石基层，上铺8 c m 沥青混凝土面层。1 年后现部分路段出现冒浆、坑洞破坏现象。 1 0 4 国道绍兴境内，老路修于1 9 7 2 年，2 0 c m 水泥混凝土路面，下设3 c m 砂垫层。1 9 9 5 年8 月改造，在旧路面上增设1 5 c m 水泥稳定级配碎石，再铺5 + 4 改性沥青混合料。使用1 年后，出现明显反射裂缝。 g 1 0 7 线郑州境6 8 6 k + 8 5 0 6 9 7 k 十0 4 5 段，信阳境9 5 0 k 一9 9 1 k 段及g 3 1 0 线开封境 4 8 3 k - 4 9 8 k 段共6 6 1 9 5 k m 旧水泥混凝土路面，于1 9 9 7 年初进行处治，方法为：将原混凝 土路面严重破损板块破碎成4 0 c m x 4 0 小块取出并对原路面基层进行处治，再将破碎后的混 凝土块摆在其上，然后灌缝将混凝土块联接成一个整体。同时对全部裂缝卿泥( 脱空) 板块 进行压浆稳定，最后加铺1 8 c m 的水泥稳定碎石基层加7 c m 沥青面层。至1 9 9 8 年元月路况 良好。 福建国道2 0 5 安溪路段( 面层采用4c m 沥青碎石) ，国道2 0 5 线沙县路段旧水泥路面修 复过程中采用沥青罩面技术( 沥青罩面采用3c m 细粒式+ 5c m 粗粒式混凝土，并对旧水泥 混凝土路面进行压浆处理1 。从目前的使用效果看，已出现反射裂缝，其主要原因是旧水泥 混凝十路面或路基强度不足，车辆超载严重，造成板块不均匀沉降，引起沥青罩面层反射 裂缝；即使对基层进行压浆处理，也只能减缓或减少裂缝的反射。 ( 4 ) 钢纤维混凝土修复旧水泥混凝土路面 钢纤维混凝土具有良好的物理力学性能，其抗折强度、抗冲击、抗裂等性能优越，与 普通混凝土比较，其抗断裂性明显提高，而且即使出现裂缝，也不会迅速扩张而断裂。但 由于钢纤维混凝十造价相对高些。 ( 5 ) 高性能混凝土抗折外加剂的应用 以抗折外加剂、水泥用量、养护龄期为变量，进行水泥混凝土抗弯拉强度正交试验， 分析其高性能混凝土抗折剂的技术性、经济性、施r t 和易性、社会效益等特性，提出高性 能路面混凝土抗折剂在水泥路面修复中的应用的可行性和最佳的配比。 1 4 主要研究内容 鉴于水泥混凝土路面养护与维修技术国内外研究现状和进一步研究的必要性，本文采 取理论与实践相结合的方法，经过两年多的研究，通过对句容地区水泥混凝- 十路面使用状 况及超载车辆对路面损坏的调查，在对不同类型破损成因分析的基础上，在借鉴已有研究 成果的基础上，优选应用水泥混凝土路面养护( 修补) 材料，围绕着旧水泥混凝土路面病害 的维修与养护问题，重点研究以下内容： ( 1 ) 通过对水泥混凝土路面病害的表现形态和对路面使用性能影响等因素的调查，提 出了水泥混凝路面破损分类与分级，典型破损类型以及破损成因。 ( 2 ) 原有水泥混凝土路况的评定是水泥混凝土路面修复工作的重要前提。本文对旧水 泥混凝土路况的调查与评定方法进行了详细的阐述，对于调查结果，要进行定性与定量分 析，以了解路面现状，掌握路况发展变化趋势，确定合适的维修方案，取得修复设计的原 始资料。 ( 3 ) 根据调查数据，综合我国近年来水泥混凝土路面损坏的原因，提出交通量的增加， 5 东南大学硕士学位论文 超载车辆的增加；水泥混凝十路面施t 质量不佳；养护维修水平低下是水泥混凝土路面板 块破损的主要原因。重点分析了超载车辆对水泥混凝土路面的的损坏影响。 ( 4 ) 总结水泥混凝土路面养护及管理经验，提出了水泥混凝土路面日常养护技术、冬 季养护技术与养护检杏考核方法。 ( 5 ) 分析了水泥混凝土路面修补材料的性能与使用特点，提出了裂缝与断板维修、板 边与板角修补、错台处治、整块面板翻修、加铺沥青层修复等修补材料的选择与维修技术 特点。 6 第二章水泥混凝土路面病害类型与分析 第二章水泥混凝土路面病害类型与分析 水泥混凝十路面结构由于设计、施工缺陷，常有局部破损；在长期的重复荷载与自然 作用下也会引发混凝土路面产生裂缝、破损、磨损、掉角等多种病害，为便于对水泥混凝 土路面病害原冈进行分析、研究，制定出预防对策，探讨维修和治理措施。为此本文按病 害损坏模式和对路面使用性能的影响，将水泥混凝土路面病害分为4 大类、1 7 种类型。每 一种类型又分为1 , - - 3 级，共计3 1 种病害。 2 1 水泥混凝土路面断裂病害的类型与分析 水泥混凝土路面在使用期间，路面常发生断裂现象，轻者影响路面的寿命，重者影响 行车安全。这是水泥混凝土路面发生的第一类病害。对此，必须予以重视，平时应当加强 养护，一旦发生断裂病害，必须及时采取处理措施。路面断裂病害分为裂缝、破碎、断角、 补块等4 中类型，根据断裂程度不同，再分为轻、中、严重等级，计为1 0 种不同等级的病 害。对其分类与产生原因分述如下： 2 1 1 断裂病害的类型 ( 1 ) 断板的分类 1 ) 裂缝一单块面板范围内仅存在一条裂缝，包括横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝， 且不属于断角情况。按裂缝宽度、是否有错台沉陷等情况分为3 个轻重程度等级： 轻微裂缝两边的板块稳固，无松动和错台，裂缝基本无剥落( 剥落长度 1 5 m m ，严重裂缝为中等裂缝进一步发展形成( 图2 3 ) 。严重裂缝的典型处 治措施为进行板底压浆稳定板块，再沿裂缝开槽( 宽l o m m 2 0 m m ，深1 5 m m - 3 0 m m ) 后 再在缝槽内灌注接缝填缝料，维持使用。但是，若满足后述三个条件，可采取局部换板方 法( 全厚式修补) 处理：裂块中的一块占6 0 以上面积并保持稳定而没有任何沉陷、唧泥 等情况；经适当的横( 纵) 向锯切后保留的板长( 宽) 在2 5 m 以上；局部换板处理的板 块长( 宽) 度至少为1 o m 。 7 末南大学硕i 学位论文 蚓2 - 1 轻度裂缝 图2 - 2 中等裂缝 。，t ? 一一一一一备 一 、 1 幽2 - 3 严重裂缝 2 ) 破碎_ 裂缝将板分为3 块以上。如全部断扳或裂缝拄生在一个角局部应归为断角。 按损坏程度是否已经彩响行车安全需要立即进行换板处治分为为3 个轻重群度等级 轻度扳块被轻度裂缝分为3 块，扳块未发生松动、惜台或沉陷。轻度破碎扳 般由轻微裂缝( 缝宽3 一) 板进一步开裂形成( 图2 4 ) 。轻度破碎扳口，采取封闭裂缝等方 法维持使用。 中等板块被轻度裂缝分为4 块或被中等裂缝( 缝宽3 l5 r 哪) 分为3 块，或板 块发生l o m m 以下错台或沉陷。中等破碎板一般由轻微破碎板或中等裂缝扳进一步开裂形 成( 圉2 - 5 ) 。中等破碎板可采取封闭裂缝等方法维持使用，或与相邻的严重破碎板并进 行! 1 4 f 板更换。 第= 章m 混糍路面病害类型与分析 图2 4 轻度破碎板 图2 - 5 中等破碎板 图2 石严重破碎板 严重板块被分为5 块以上，或虽分为3 - 4 块但板块有明显松动，l o m m 以上错 台、沉陷、唧泥等情况。严重破碎扳可由中等破碎板进一步发展形成，也可由严重裂缝( 缝 宽1 5 m m ) 板或补块扳进一步开列形成( 图2 - 6 ) 。严重破碎板一般应立即做整板更换，基 层应在换板时一并处理完善。 3 ) 断角裂缝与纵横接缝相交，且两交点距角点均丑8 m 。按是否下沉影响行车安全 和损坏程度分为2 个轻重等级： 轻度一断角没有下沉或已经修扑且补块来破碎下沉。发生断角的扳块通常厚度不足， 在重车的作用下板角竖向位移过人，引起基层或土基发生塑性变形而使板角失去支撑，造 东自大学硕学位论空 成扳角上表面拉应力过火超过疲劳极限而开裂( 图2 - 7 ) 。轻度断角可封缝后维持使用 图2 7 轻度断角 严重断角有下沉或断角本身进一步断裂成两块以上。严重断角由轻微断角发展而 来( 图2 - 8 ) 。严重断角应进行角隅全厚式修补或横向全厚式修补。 图2 8 严重断角 4 ) 补块一路面板损坏后用水泥混凝土进行的局部全厚式修补( 圈2 - 9 ) 。补块的病害 虽经修补，但毕竟不同于完整板块，即使修补部分本身情况良好，整个扳块的结构性能仍 受到削弱。当补块为断角修补时，归入断角病害。当补块板的非补块部分发生新的开裂时 归八破碎扳病害。按补块本身是否下沉和开裂将补块板分为两个轻重程度等级： 轻微朴块稍有损坏，错台 0 2 0 m m 。脱空唧泥病害不分等级( 图2 1 0 ) 。脱空、板块松动可采取压力灌浆的办法进 行板下封堵处治；当有唧泥时表明路面、基层或路基排水不良，尚应采取措施改进路面、 基层和路基排水系统。 ( 2 ) 错台接缝两边出现3 m m 以上高差，影响了车辆安全行驶，路面板发生的这 1 3 东南大学硕士学位论文 种病害，被概为错台病害( 圈2 - l i ) 。按高著大小分为3 个轻重挥度等级： 轻微一高差c5 m m 。轻度错台可不予处理。 中等高差5 m m l o m m 。中等错台可采甩机械磨平法，打磨宽度不小于4 0 倍错台 高差。 严重高差，l o m m 。严重错台可采州树脂砂浆进行结合式补平或用沥青砂调平 ( 补平或调平宽度不小于4 0 倍错台高差) ，或用沥青混凝土罩面曼| i 采取板底压浆抬高等 方法进行处置。 ( 3 ) 拱起横缝两侧的板体因热胀而突然发生明显抬高，拱起病害不分等级。切割 拱起部位将扳复位再进一步灌填接缝材料。 倒2 1 0 脱空唧掘 图2 - 1 1 错台病害 ( 4 ) 胀起一路面板在局部路段范围内阿路基冻胀或膨胀土膨胀向上隆起，造成o5 以上的纵坡突变。按对行车的影响程度分为2 个轻重程度等级： 轻微一当车辆驶过时仅引起不舒适而不影响安全性，纵坡突变量为o5 1o 。 严重一当某些车辆高速驶过时影响安全，纵坡突变量大于16 0 。 ( 5 ) 沉陷一路面板块下沉低于相邻路面板平面或板块正常标高，造成05 以上的 纵坡突变或2 0 m m 毗上的邻板高差。按对行车的影响程度分为2 个轻重程度等级： 轻微一当车辆驶过时仅引起不舒适而不影响安全性，纵坡突变量为o5 0 旷1o 轻 度沉陷可不予以处理。 严重一当某些车辆高速驶过时影响安全，纵坡突变量大于l0 。严重沉陷可采用 提升面板后再压浆的办法进行处理，也可以采片 先底板灌浆再避行拽层结台式修补调平， 或采用沥青混凝土罩面的办法处理。沉陷井伴有板体开裂时属严重破碎扳，一般应作整板 第二章水泥混凝土路面病害类型与分析 更换。 2 2 2 变形类病害原因分析 ( 1 ) 唧泥和板底脱空 唧泥和脱空病害的产生有其内在因素和外界因素：内在因素是基层本身的质量、组成 以及混凝十面板接缝状况；外界因素则是汽车荷载和气候变化。我国路面基( 垫) 层材料 一般都选用稳定类集料，其模量远小于混凝土面层的模量。水泥混凝- 十路面在重车荷载的 反复作用下，板下基( 垫) 层将产生累积塑性变形，使混凝土板的局部范围不再与基层保 持连续接触，于是水泥混凝土路面板底与基( 垫) 层之间将出现微小的空隙，即出现了板 下局部脱空，或称为原始脱空区。同时温度、湿度的变化，以及板内温度的非线形分布， 引起板向上或向下的翘曲，加速了板与基础之间的分离，形成板底脱空。脱空的出现又为 水的浸入创造了条件，当路面接缝或裂缝养护不及时，雨水从破损处侵入基层，渗入的水 将在板下形成积水( 自由水) 。积水与基层材料中的细料形成泥浆，并沿面板接缝缝隙处喷 溅出来，形成唧泥。唧泥的出现进一步加剧了板底的脱空。这样周而复始，恶性循环，最 终导致路面的损坏。 ( 2 ) 拱起。 拱起其产生原冈主要是混凝土板胀缝间距较长，头一至二年混凝土板在伸胀时还不明 显。收缩时，因接缝填缝料失效，板缝就会掉进士或石子，加上养护不及时清扫，年复一 年的热胀冷缩，板缝一年年加宽，导致混凝土板伸胀时产生的压力大于基层与混凝土板间 的摩擦力，但未超过混凝土的抗压强度时，由于板的伸长，在真缝处相邻，两板就会向上 拱起，或胀缝设置不当，使板受热时不能自由伸长，两板也会向上拱起。轻度拱起使路面平 整度变差，而严重拱起则会导致前后板块断裂。有个别胀缝拱起，落下后因板折断，重叠后 有1 7 厘米之多。据不完全调查，春秋两季，气温较低时施工的混凝土路面，因胀量较大， 更容易出现拱起现象。我市混凝土路面的拱起病害，都在使用六年以后。 ( 3 ) 错台 错台产生的原因较多，如当胀缝下部接缝板与上部缝隙未能对齐，或账缝不垂直， 则缝旁两板在伸胀挤压过程中会上下错动而形成错台由于水的渗入使基层软化传力杆 放置不合理，使传力效果降低，都会导致错台的产生当交通量或基层承载力在横向各幅 上分布不均匀，各幅的沉降不一致，或路基填料士质不均匀，地下水位高，碾压不密实， 这三种隋况结合在一起，冬季产生不均匀冻胀，纵缝也产生错台现象。 2 3 水泥混凝土路面接缝类病害类型与分析 水泥混凝士路面接缝病害属于第三类病害。 护措施，及时处治病害，防止病害进一步扩大。 2 3 1 接缝类病害类型 路面发生这类病害，应采取积极的预防养 该病害的表现形式及形成原因如下： ( 1 ) 接缝剥落沿接缝每侧约一个板厚宽度范围内的板边碎裂，裂缝面与板面成一定 角度未贯通板厚( 图2 1 2 ) 。接缝剥落分为2 个轻重程度等级： 轻微一浅层剥落，接缝槽深度范围内(