（道路与铁道工程专业论文）马钉锚固旧水泥砼板的沥青砼罩面技术研究.pdf

摘要 本文在调查了解国内外许多旧路改造实践工程的前提下，本文在调查 了解国内外许多旧路改造实践工程的基础的改造实践，提出采用钢筋马钉 锚固相邻水泥混凝土板后再进行沥青混凝土罩面改造广东清远段1 0 7 国道 的方法，并对该法的可行性、影响因素进行了系统的分析研究，最后根据 分析成果初步提出了该法的设计方法。 首先，提出采用钢筋马钉锚固相邻水泥混凝土板后再进行沥青混凝土 罩面的新方法；采用国际著名的通用有限元软件a n s y s 对其可行性进行 了分析，结果表明在有限尺寸的板上进行沥青混凝土罩面后，罩面结构的 温度应力的大小与板的长度几乎没有关系，同时采用钢筋马钉锚固相邻旧 水泥混凝土板后，可以明显地减小相邻板的相对水平位移、接缝处罩面层 底部的弯拉应变和垂直剪应变。从而表明该法对防止或减缓旧水泥混凝土 路面上沥青混凝土罩面层的反射裂缝是确实可行的。 ， ，其次，采用a n s y s 程序系统分析了旧水泥混凝土路面上沥青混凝土 罩面结构的多个因素的变化对旧水泥混凝土路面罩面结构的相邻板边的 相对水平位移、相对垂直位移、接缝处罩面层底部的弯拉应变、垂直剪应 变等结构响应的影响规律。在大量分析的基础上提出了马钉锚固罩面结构 中相邻两块水泥混凝土板接缝处的相对水平位移、相对垂直位移、接缝处 沥青层底部的弯拉应变和剪应变的计算公式； 再次，提出了采用接缝处罩面层底部的弯拉应变、垂直剪应变作为旧 水泥混凝土路面上沥青混凝土罩面结构的设计指标，并在大量理论分析的 基础上，初步提出了马钉锚固旧水泥混凝土板后沥青混凝土罩面结构的设 计方法； ； 最后，根据理论分析的结果，选定试验路的罩面方案，并对其施工工 艺进行了详细的介绍，表明采用钢筋马钉锚固相邻混凝土板后，再进行沥 青混凝土罩面的方法在防止或减缓罩面层反射裂缝方面具有明显的效果。 关键词：旧水泥混凝土路面沥青混凝土罩面反射裂缝钢筋马钉设计 方法 a b s t r a c t o nt h ep r e m i s eo fh a v i n gm a d el o t so fr e s e a r c ho nt h ep r o j e c t so ft r a c k r e c o n s t r u c t i o n h o m e a n da b r o a d ，a n do nt h eb a s i so fl e a r n i n ga b o u tt h e p r o j e c t so fq u a n t i t i e so fp a v e m e n tr e n e w i n gi no u rc o u n t r ya n ds o m ef o r e i g n c o u n t r i e s ，ip u tf o r w a r dt oar e c o n s t r u c t i o nw a yo fb u i l d i n gn o 1 0 7n a t i o n a l h i g h w a yi nq i n g y u a nc i t yi nw h i c hw ea n c h o rt w oc e m e n t i n gs l a b sn e x tt ob y u s i n gd o gi r o n sm a d eo fs t e a lb a r s ，a n dt h e nc o v e rt h es u r f a c eo ft h er o a d u s i n gb i t u m i n o u sc o n c r e t e ，a n da n a l y z es y s t e m a t i c a l l yt h ef e a s i b i l i t ya n d i n f l u e n c i n gf a c t o r so ft h ew a y a c c o r d i n gt ot h ep r e l i m i n a r yr e s u l t s ，ib r i n g f o r t ht h i sd e s i g n i n gm e t h o d i tm a i n l yc o n t a i n st h ef o l l o w i n gt h i n g s a tf i r s t ，ib r i n gf o r t h ew a yo f a n c h o r i n gt w oc e m e n t i n gs l a b sn e x tt ob y u s i n gd o gi r o n sm a d eo fi r o nb a r sa n dt h e nc o v e rt h es u r f a c eo ft h er o a du s i n g b i t u m i n o u sc o n c r e t e a f t e ra n a l y z i n gt h ef e a s i b i l i t yo ft h i sm e t h o db yu s i n g t h ef a m o u sa n dp o p u l a ru s es o f tw a r ea s y s ，t h er e s u l t ss h o wt h em a g n i t u d e o ft h et e m p e r a t u r es t r e s s e so nt h el i m i t e dm a tc o a to ft h er o a dh a sn o t h i n gt o d ow i t ht h el e n g t ho ft h ec o n c r e t es l a b sa f t e rc o v e t i n gi tw i t hb i t u m i n o u s c o n c r e t e m e a n w h i l e ，t h er e l a t i v eh o r i z o n t a ls h i f t i n g ，t h ef l e x u r a l t e n s i l e s t r a i n ，a n dt h ev e r t i c a ls h e a r i n gs t r e s so ft h es l a b sn e x tt oi tb e c o m e st h el e a s t a f t e ra n c h o r i n gt h e mw i t hd o gi r o n sm a d eo fi r o n t h e r e f o r ei tp r o v e st h a ti t r e a l l yw o r k st ou s et h i sm e t h o dt op r e v e n ta n ds l o wd o w nt h es p e e do ft h e r e f l e c t i o nc r a c k si nt h eb i t u m i n o u sc o n c r e t es k i nc o a to v e rt h e o l dr o a d s e c o n d l y , ip r e s e n taf o r m u l ai nw h i c hw ec a nw o r ko u tt h er e l a t i v e m o v e m e n to ft h ea n dt h ev e r t i c a lm o v e m e n to ft h es l a b sn e x tt o ，t h e f l e x u r a l t e n s i l es t r a i na n dt h ev e r t i c a ls h e a r i n gs t r e s st ot h eb o t t o mo ft h e l a y e ro fa s p h a l tc o v e r i n gt h eo l dc e m e n t i n gb i t u m i n o u sc o n c r e t er o a d ，a f t e r s y s t e m a t i c a l l ya n a l y z i n gt h ec h a n g e so fs e v e r a lf a c t o r so nt h ec e m e n t i n g b i t u m i n o u sc o n c r e t es k i nc o a to ft h eo l dr o a db yu s i n gt h ep r o g r a mo f a n s y s a g a i n ，im a i n t a i nt h a tw es h o u l du s et h ef l e x u r a l t e n s i l es t r a i na n dt h e v e r t i c a ls h e a r i n gs t r e s so ft h eb o t t o mo fc o v e ro ft h ej o i n ta st h et a r g e tf o rt h e d e s i g no ft h ec o v e rs t r u c t u r eo fa s p h a l to nt h eo l dc e m e n tc o n c r e t e i na d d i t i o n ， o nt h eb a s i so fm u c ht h e o r e t i c a la n a l y s i s ，ip r e l i m i n a r i l yp u tf o r w a r dt oa d e s i g n i n gm e t h o d st oa n c h o rt h eo l dc e m e n tc o n c r e t er o a db yu s i n gd o gi r o n s m a d eo fi r o nb a r sa n dt h e nc o v e r i n gi tu s i n g a s p h a l tc o n c r e t es t r u c t u r e f i n a l l y ，t h r o u g hs e l e c t i n gt h ep l a no ft h ec o v e ro ft h er o a dt ob e n e x p e r i m e n t e d ，a n dm a k i n gad e t a i l e d i n t r o d u c t i o nt ot h et e c h n i q u e s o f c o n s t r u c t i o na c c o r d i n gt ot h er e s u l to ft h e o r e t i c a la n a l y s i s ，ik n o wt h a ta f t e r a n c h o r i n gt h es l a b sc l o s et oe a c ho t h e rw i t hd o gi r o n sm a d eo fi r o n ，a n dt h e n c o v e rt h e mu s i n ga s p h a l tc e m e n tc o n c r e t eh a sa no b v i o u se f f e c to np r e v e n t i n g a n ds l o w i n gd o w nt h er e f l e c t i o nc r a c k si nt h eb i t u m i n o u sc o n c r e t es k i nc o a t o v e rt h eo l dr o a d k e yw o r d s ：o l dc e m e n t ；c o n c r e t er o a d s u r f a c e ；c o v e ro fa s p h a l t c o n c r e t e ；r e f l e c t i o nc r a c k s ；d o gi r o n sm a d eo fi r o nb a r s m e t h o d so fd e s i g n i l l 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所星交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签日期：一年 一 学位论文版权使用授权书 日 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密? ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密? 。 ( 请在以上相应方框内打“v ”) 作者签名： 日期：幼6 年厂月7 日 导师签名：厂翟睁日期：州年夕月叫 日 i i 问题的提出 第1 章绪论 随着公路交通运输网络的迅速发展，水泥混凝土路面由于其强度高、稳定性 好、刚度大、耐久性好、扩散荷载能力强及有利于夜间行车等优点，在我国的陆 路交通运输事业中得到了长足的发展，尤其是在2 0 世纪9 0 年代以来，每年建成 的水泥混凝土路面里程达l 万公里以上，进入新世纪每年更是达到了2 万公里以 上，截止2 0 0 5 年底，我国建成的水泥混凝土路面已超过3 0 万k m ，占高等级路面 总里程的5 8 。水泥混凝土路面极大地促进了我国的公路交通运输的发展，提高 了我国公路路面质量，增强了公路的抗灾能力，改善了公路行车条件，提高了客 货运输效益，带来了巨大的社会效益和经济效益“一， 可是，客观分析我国公路目前拥有的水泥混凝土路面交通情况、技术状况、 养护及使用状况，尚存在许多问题，2 0 世纪8 0 年代建成的水混混凝土路面已接 近甚至超过使用年限，9 0 年代初建成的水泥混凝土路面也由于特重、重交通量和 超轴载车辆的强大破坏作用，陆续出现破损、使用品质下降的情况，更有甚者， 有些水泥混凝土路面在通车后不到几年甚至更短的时间内就出现了不同程度的局 部沉降，断板等结构性破坏，不仅影响了道路的使用质量，也使得养护工作越来 越重，养护费用逐年增加。因此，大量早期甚至近期修建的水泥混凝土路面都面 临着艰巨的改造任务对旧水泥混凝土路面进行改造，选择什么样的改造方法以 恢复其使用功能是道路工作者的当务之急，与沥青路面相比，水泥混凝土路面的 修复比较困难，修复成功与否的关键在于所采用的修补材料和修复工艺，早期最 常用的水泥混凝土路面修补方法是往水泥混凝土路面的裂缝处灌注沥青以达到封 闭裂缝的目的，或者在破损严重的水泥混凝土路面上加铺一层沥青混凝土。这些 方法只是一种应急措施，不能从根本上解决水泥混凝土路面修复的问题。到了8 0 年代，随着人们对水泥混凝士路面修补工作的重视，一些国家加大了对水泥混凝 土路面修复技术的研究力度，不仅研制出一些新的修补材料，更提出了许多良好 的修复技术，其中，在对旧水泥混凝土路面进行修补的基础上，加铺沥青混凝土 路面的技术是常用的方法“t ”。 沥青加铺层能有效地改善旧水泥混凝土路面的使用性能，相对于加铺新水泥 混凝土路面面层和翻修，造价比较低，旄工方便，对交通及环境影响小，同时， 这种路面结构刚中有柔，柔中有刚，以刚为主，旧水泥混凝土板提供了稳定、坚 实的基层，沥青路面提供了一个摩阻系数较高、平整度好的面层，可大大缓和行 车对路面板的冲击，使路面的整体使用性能得到大大提高，但是，这种加铺沥青 混凝面层后的复合结构涉及到刚性、柔性两种路面结构形式，材料性能差异大， 更由于旧混凝土路面板上存在接缝、裂缝、错台、脱空等损坏现象，使得复合结 构中奇异部位尤为突出，这样就容易使沥青加铺层在温度和交通荷载作用下，在 对应于旧路面板接、裂缝的位置上出现反射裂缝n t 。 反射裂缝是由于旧面层在接缝或裂缝附近的位移引起接缝或裂缝上方沥青混 凝土加铺层内出现应力集中所造成的”，如何处理好旧水泥混凝土板并考虑沥青 罩面层的影响，以形成一套防止加铺改造后产生反射裂缝的综合设计方法是至关 重要的n 一”“。如果处理不当，加铺改造后的二，三年内，路面上就可能会出现开裂， 这样，水分便会乘隙而入，不仅使沥青加铺层产生剥落和松散”，而且冲刷基层， 造成唧泥、脱空等病害，还会湿软地基，使得整个路面的承载能力下降，引起路 面的使用状况进一步恶化，增加养护费用，大大缩短了罩面层的使用年限。 通过对国道1 0 7 线清远大燕河至银盏段路面进行检查和调查，主车道的路面 评价等级都为差，双向六个车道中有五个车道路面评价等级都在中以下，说明路 面板的结构性破坏十分严重，导致现有路面承载力较低，无法满足地方经济发展 的要求。因此，加铺沥青混凝土进行改造已是当务之急，而在加铺改造过程中， 在对原路面板进行彻底维修处理的基础上，如何控制旧水泥混凝土路面加铺改造 后的反射裂缝将直接关系到改造工作的成败。 1 2 国内外研究现状 对旧水泥混凝土路面沥青混凝土加铺改造后的反射裂缝的研究，国内外都非 常重视，进行了大量的研究，取得了许多有益成果“u ”，这些研究工作可分为： 反射裂缝产生及扩展的机理分析；防治反射裂缝的措施；防治反射裂缝的加铺层 设计方法。 ， 1 2 1 旧水泥混凝土路面改造后，反射裂缝的产生与扩展 一般认为，反射裂缝是下层旧水泥混凝土板的接缝或裂缝由于环境( 主要是 温度和湿度) 的变化和车轮荷载的反复作用下，在沥青加铺层相应位置由下面开 始开裂并逐步向上面延伸的裂缝。对旧水泥混凝士路面加铺改造而言，旧水泥混 凝土板干缩已基本完成，在罩面后旧板不直接与大气接触，旧板中的最大温度梯 度也大大减小，所以，旧水泥混凝土路面层在接缝或裂缝附近的位移，可以仅考 虑由于环境温度的变化而引起的旧板的水平向伸缩和由于荷载作用而引起的旧板 边缘的竖向弯沉。为了方便起见，常常把温度变化引起的反射裂缝称为温度型反 射裂缝，而把由行车荷载引起的反射裂缝称为荷载型反射裂缝“。 “4 ” 对温度型反射裂缝而言，沥青加铺层粘附在旧水泥混凝土路面层上，旧水泥 混凝土路面板因温度下降而收缩时，由于旧水泥混凝土路面层与沥青混凝土加铺 层层间粘附阻力而带动沥青混凝土加铺层出现相应的收缩变形，旧水泥混凝土路 面板收缩时围绕两条接缝或裂缝间的中线向内进行，这样会导致接缝( 或裂缝) 上方的沥青混凝土加铺层内出现集中拉应力，此拉应力超过沥青混合料的抗拉强 度时，加铺层便出现开裂。拉应力的大小随旧水泥混凝土路面板的收缩变形量和 2。 层间的粘附阻力而变化，接缝( 或裂缝) 间距越长，旧路面板与板顶面层问的摩 阻力越大；旧路面板内温度梯度越大，旧路面板与沥青层之间的粘附作用越强， 沥青加铺层内出现的拉应力便可能越大“- ，。 对荷载型反射裂缝而言，当汽车荷载驶经接缝( 或裂缝) 位置时，在沥青罩 面层中产生的应力影响可分为三个过程： ( 1 ) 轴载位于接缝一侧时，接缝两侧产生较大的相对位移，在罩面层中造成 较大的剪切应力； ( 2 ) 轴载位于接缝顶面时，两板相对位移较少，罩面层主要承受弯拉应力的 作用； 。 ( 3 ) 当轴载驶离接缝时，在罩面层内产生与第一次方向相反的剪切应力。 在整个过程中，罩面层受到2 次剪切1 次弯曲作用，而且是连续的“”，其作 用的直接结果是引起了反射裂缝的产生和扩展。 行车荷载作用下的最不利位置有两种，一种是荷载作用于旧路面板接裂缝的 一侧，i e l 路面板在这种荷载作用下，缝两侧板产生相对的竖向位移差，沥青罩面 层中剪应力增大，造成剪切型反射裂缝；另一种最不利情况是荷载作用在i e l 路面 板接缝的顶面，由于在接缝处的旧路面板不能承受拉应力，所以接裂缝处顶面沥 青罩面层中弯拉应力最大，容易引起弯拉型反射裂缝，但根据弹性地基梁理论和 断裂力学的分析结果，当裂缝扩展长度超过了罩面层的一半厚度时，弯曲对反射 裂缝扩展的影响可以忽略n ”。 各地区温度状况不同，各阶段的交通条件和现有路面结构状况也不相同，因 此，反射裂缝的产生，有可能主要是温度原因引起的，也有可能主要是荷载作用 引起的，或者是温度与荷载共同作用造成的。 断裂力学认为，裂缝的扩展有三种位移模式“”：张开模式、剪切模式和撕开 模式。其中温度型反射裂缝的扩展为张开模式，通常产生于罩面层顶面或底面， 而后逐渐向罩面层中间发展；荷载型反射型裂缝通常为张开模式和剪切模式，当 车轮位于接裂缝正上方时，以张开模式引起反射裂缝，一般产生于罩面层的底部， 在周期性荷载的作用下垂直向上扩展，当车轮位于接裂缝的一侧时，主要以剪切 模式扩展反射裂缝，裂缝在罩面层中沿一定的角度向上发展；撕开模式在罩面层 中不常出现。在横向，反射裂缝一般先出现在轮迹处，然后再向两侧发展，反射 裂缝一旦出现，由于水分的浸入、沥青的氧化和车辆的反复作用更是加速向四周 扩展。 1 2 2 防治反射裂缝的措施 以往的研究认为，在对旧水泥混凝土路面进行沥青混凝土加铺改造后，由于 地区温度的差异、旧水泥混凝土路面结构状况及各阶段交通条件的不同，反射裂 缝的产生有可能主要是温度原因引起的，也有可能主要是荷载作用引起的，抑或 是荷载与温度共同的影响造成的。 对主要由温度原因而引起的反射裂缝，采用降低沥青混凝土加铺层与旧路面 3 层间粘附阻力以及增加加铺层抗拉强度的措施；而对于主要由荷载作用而产生反 射裂缝的情况，应采用降低接( 或裂) 缝处板边弯沉量以及提高加铺层弯拉强度 和剪切强度的措施。因此，应根据加铺层路段的具体条件，分析出现反射裂缝的 原因，“对症下药”，提出相应的预防或延缓反射裂缝的措施。 目前，国内外采用的主要措施有如下几种u ，： ( 1 ) 锯切横缝： 在沥青加铺层上，对准旧水泥混凝土面层的横缝锯切出新的横缝，在开放交通前 在缝内填入封缝料，以保证接缝有效地密封，防止水或异物进入。预先锯缝，可 以为释放加铺层内因温度收缩受阻而产生的拉应力提供预定的不连续断面，控制 随意裂缝的出现。这种措施可以减少反射裂缝处的边缘碎裂，但必须做好接缝的 养护工作( 有效密封) 。这种措施适用于旧路面结构良好( 或对损坏板已进行处理) 、 接缝处板边弯沉量较小的旧水泥混凝土路面改造。美国的实践表明，这项措施的 效果较好u ”。 ， ( 2 ) 厚加铺层 增加加铺层厚度，一方面可以降低旧路面层的温度，并减小加铺层的拉应力， 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，减小加铺层的剪 切应力。同时，对于较厚的加铺层来说，裂缝由加铺层底面扩展到顶面需要经历 相对较长的距离，可以延长其使用寿命。 ( 3 ) ，裂缝缓解层；r 沥青加铺层所需的厚度超过2 0 c m 2 2 5 c m 时，其下层9 c m 可以采用开级配沥 青碎石作为裂缝缓解层，旧水泥混凝土接缝( 或裂缝) 处的弯沉差难以影响到沥 青加铺层的上层，从而减少反射裂缝产生的可能性。沥青混合料组成的裂缝缓解 层混合料中有2 5 3 5 连通空隙。由于开级配沥青碎石混合料中含有大量空隙， 需妥善处理表面渗入水的排除，可以采用设置路面边缘纵向排水系统汇集和排除 渗入此层内的表面水或者将裂缝缓解层做成全宽式，使表面渗入的水横向流出路 堤边坡处。 ( 4 ) 破碎和固定 t 在旧混凝土面层的结构损坏较严重，断板率较高时，对损坏板进行修复后再 采取其它措施已不经济时，对旧水泥混凝土面层板进行破碎和固定，用混凝土破 碎机将面层分解成尺寸为6 0 c m l o o c m 的碎块，随后用重型轮胎压路机在碎块上 碾压数遍，使之稳固地坐落在基层上且与基层顶面之间无空隙。由于板块尺寸减 小，温度下降时收缩位移大大降低，从而也降低了加铺层的拉应力，同时，接缝 或裂缝两侧板块弯沉量和弯沉差也随着板块尺寸的减小而降低。然而，此法使破 碎混凝土层的性质介于柔性与半剐性之间，大大降低了旧路面层的结构刚度旧 混凝土面层破碎和固定后，须清除接缝和裂缝内的松散混凝土和杂物，然后摊铺 沥青混合料整平层，填补所有裂缝、接缝和不平处，再在其上铺筑加铺层( 粘结 层和上面层) 。 ( 5 ) 设置夹层 在旧混凝土面层和加铺层之问设置夹层，可以使沥青加铺层底面的应力或应 4 变因偏离应力集中的接缝( 或裂缝) 端部而降低，同时也可改变加铺层结构( 包 括夹层在内) 的抗拉和抗剪能力，迄今采用的夹层种类很多，它们可以分为三大 类”。“： 橡胶沥青应力吸收夹层 这是一种高弹性低劲底的软夹层，厚度为i c m 5 c m ，模量为l o m p a l o o m p a ， 其作用是降低面层与加铺层之间的粘附阻力，使二者易于蠕动一滑移，从而减少 温度下降引起的反射裂缝；同时，由于隔开了接缝或裂缝端部，可以降低加铺层 底面的荷载应力。 土工织物夹层 包括聚丙烯或聚脂织物和聚乙烯、聚丙烯或聚脂无纺织物。无纺织物厚度为 0 4 m m 4 m m ，模量为i o m p a 1 6 0 m p a ，临界应力为5 m p a 2 0 m p a ，临界应变为4 0 1 4 0 ；而织物的厚度较薄些，约为0 4 咖0 7 m m ，模量则高些，约为4 0 0 m p a 1 5 0 0 m p a ，临界应力和应变相应为4 0 m p a 1 4 0 m p a ，8 1 5 。无纺织物夹层的主要 作用与橡胶沥青应力吸收夹层相似，而织物由于模量稍高，可对加铺层起少量加 筋作用。 格栅 包括聚丙烯或聚脂土工格栅、玻璃格栅和金属格栅，土工格栅的厚度约为 0 8 咖1 1 m m ，模量约为9 0 0 m p a 2 5 0 0 m p a ，临界应力和应变与织物相近。金属 格栅的厚度约为2 m m 4 m m ，其模量可达到8 0 0 0 m p a 1 0 0 0 0 m p a ，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) ，虽然可以象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。 1 2 3 防治反射裂缝的沥青加铺层设计方法 对防止反射裂缝的沥青加铺层设计方法，国内外虽然对加铺后的复合路面进 行了理论计算与分析，但缺少系统的设计方法瞌“。 常用的有：有效厚度法、弯沉法和力学一经验法，具有代表性的是a a s h t o 法、 美国沥青协会( a i ) 的挠度法、a r e 设计方法和美国陆军工程师部队( c o e ) 法等， 而对于其应变和应力分析，通常采用二维( 温度作用时) 和三维( 荷载作用时) 有限元分析模型进行o “2 ”。 ( 1 ) a a s h t o 罩面设计方法 a a s h t o 罩面设计方法是一种经验法，基于等效结构数来确定沥青罩面层的厚 度，不考虑加铺后1 日水泥混凝土面层板的进一步开裂，即如果罩面是为了提高路 面的结构性能，那么所需的罩面层厚度是承受将来交通量需求的结构容量和旧水 泥混凝土路面的结构容量的函数，该法提出了相应的经验公式。 ( 2 ) 美国沥青协会( a i ) 法 。 美国沥青协会( a i ) 认为旧水泥混凝土路面层接缝( 或裂缝) 处的竖向位移 5 ( 弯沉) 差是引起沥青加铺层开裂的主要原因，因为轮载的施加速度远高于温度 变化产生的面层板伸缩位移的速率。增加加铺层厚度可以降低弯沉量，每l c m 厚 密级配沥青混凝土加铺层约降低2 弯沉量( 最高可达4 5 ) 。当需要降低的弯 沉量过大时，采用厚加铺层是不经济的。这里，应采取措施提高接裂缝处的路面 结构刚度，以降低旧水泥混凝土面层的弯沉量，如对板底脱空区进行灌浆填封、 置换损坏板、设置边缘排水系统、恢复接缝传荷装置( 如设传力杆) 等。沥青协 会建议可以不采取板底填封等措施的弯沉标准为m ，： 接裂缝两侧的板边弯沉差：i h 一岷j s o 0 5 m m 接裂缝两侧的板边平均弯沉： 叫n ，6 删 式中；w l ，k 相应为受荷载板和非受荷载板的板边弯沉值，由8 0 k n 轴载和贝 克曼梁测定。在弯沉值满足上述要求( 或者不满足时采取板底填封等措施使之达 到上述要求) 的情况下，为减少反射裂缝影响所需的加铺层厚度取决于旧水泥混 凝土路面层板的水平伸缩量，也即随板长和年平均温度差而异。 ( 3 ) c o e 经验法 该法采用与水泥混凝土加铺层设计相同的概念一补足厚度缺额，依据试验路 的观测和分析结果，提出了旧水泥混凝土路面上加铺沥青层的经验设计公式m - ： k = a ( 矾一气k ) 式中：及分别为旧水泥混凝土面层厚度，按现有地基承载能力和未来 交通要求由新建水泥混凝土路面设计方法确定的单层混凝土面层所需厚度；为 加铺层设计厚度；f 为控制旧水泥混凝土面层板在加铺后裂缝进一步发展程度的 系数；a 为水泥混凝土层厚与沥青混凝土层厚的当量转换系数。 ( 4 ) a r e 设计方法 a r e ( a u s t i nr e s e a r c he n g i n e e r s ) 方法的力学模型是静力分析平衡模型， 考虑了水平和垂直接缝位移产生的反射裂缝。通过力学分析模型可以计算罩面层 中因旧水泥混凝土路面板的移动产生的拉应变和因接裂缝两边不同的竖向位移造 成的剪应变，提出了确定罩面层的容许拉应变和剪应变、预测罩面层的使用性能 的疲劳方程n ，”： 水平容许拉应变公式： n ，：9 3 7 1 0 - 1 5 f 士1 ，” 一 其中：彤是标准轴载累计作用次数； 4 ” ”，一”+ 。“一 c 。是沥青混凝土的拉应变。 4 r。， 一1 蝴 垂直容许剪应变公式：= 5 2 【南j 、 其中：“，是标准轴载累计作用次数； 。、，。 ，“是沥青混凝土的垂直剪应变。 。 其设计方法为控制沥青罩面层中的最大水平拉应变小于允许拉应变及控制沥 6 青罩面层中的最大垂直剪应变不大于其允许剪应变。 ( 5 ) 我国水泥混凝土路面设计规范 我国水泥混凝土路面设计规范规定当旧水泥混凝土路面的损坏状况和接 缝传荷能力评定等级为优良或中时，可采用沥青混凝土加铺层。接缝传荷能力用 接缝传荷系数表示，其公式m 一： k j = 鲁l o o 其中：m ，心相应为受荷载板和非受荷载板的板边弯沉值。 表1 1传荷能力分级标准如下表所示： 等级优良中次 差 接缝传荷系数 8 05 6 8 0 3 l 5 5 o 时，表示路面体被加热，当罢 耜 艋 ： 基层 。 壮 l 盖 ： 耜 。 岿i 图4 i 三种荷载位置图示 ( c ) 4 1 沥青面层厚度变化 表4 2 沥青面层厚度变化表 荷载a c 层厚度 最大相对 最大弯沉差弯拉应变剪应变 水平位移 位置( c m ) ( 0 0 l m m )( i i )( e ) ( 0 o l m m ) l o1 2 9 4 4- 7 3 7 。5 1 9 75 2 9 5 5 7 9 1 21 2 7 3 6- 6 4 2 4 8 2 84 1 7 8 5 0 9 1 41 1 4 2 6- 5 6 8 7 2 7 53 4 9 8 2 5 2 l 1 61 0 4 0 8- 4 8 7 5 0 5 82 6 8 8 1 8 9 1 80 8 2 4 5- 4 5 7 8 1 3 62 1 0 7 0 0 1 2 00 7 7 4 4- 4 3 0 2 3 l l1 9 0 5 5 4 6 l o1 3 1 3 0 0 8 7 7 8- 7 3 9 2 4 2 98 5 6 2 6 8 9 1 21 2 3 0 60 7 7 9 2- 6 4 7 6 1 4 57 4 1 1 8 6 2 1 41 1 5 9 l0 6 8 5 4- 6 1 9 2 2 8 27 1 9 。9 9 4 3 2 1 61 0 1 1 90 6 7 2 6- 4 9 4 3 9 9 96 5 8 8 8 0 4 1 80 9 0 5 80 6 2 4 9- 4 9 4 5 5 1 05 9 5 4 1 1 6 2 00 7 5 6 0 0 5 7 2 14 1 8 6 5 5 05 4 0 3 0 0 0 1 01 2 0 7 70 8 5 2 4- 7 4 6 3 6 5 l7 3 3 1 8 6 4 1 2 1 1 5 0 2 o 8 1 1 4 6 2 5 9 3 6 67 2 4 8 9 9 3 1 41 1 4 8 20 6 9 7 5- 5 8 7 3 2 9 97 0 6 3 8 9 7 3 1 61 0 2 5 0 0 6 6 6 6 - 5 4 6 0 7 9 96 5 3 0 9 9 1 80 7 7 7 00 6 8 8 0- 4 7 0 1 0 2 76 4 5 3 9 2 l 2 00 7 5 8 90 6 5 6 84 0 5 8 5 5 l6 4 2 1 9 6 6 i 2 11 1 尊 翠 * 簦 + ( i + 荷位l i l i ：篙 l 、 飞 皇；= = _ “1 6i s 越屡厚度c s l 一- 2 0 0 i + 瞢衍t i 一3 l + 备位，l l 髫一枷 + 瞢位3 it 捌- 5 0 g| 一l 。一 篙枷 三j 一，i 2 7 0 0夕 m i ”1 2i il b埔 c 层犀度c a 黧 一荷位l l 7 0 0 一荷证2 = ：盔瑚旷 ：“ l 篙 蠡3 0 0 、 、 2 i 。0 0 。 埘1 21 41 61 02 0 c 层厚度瞳 图4 2 沥青面层厚度变化图 3 4 从上述各图可以看出：a c 层厚度发生变化时，四个指标的值均发生较大的变 化，说明a c 层厚度对罩面层使用效果具有较大的影响。 4 2 沥青面层模量发生变化 表4 3 沥青面层模量发生变化表 荷载a c 层模量最大相对水平最大弯沉差 弯拉应变剪应变 位置( m p a )位移( 0 o l m m )( o 0 1 m m )( i lc )( i tc ) 1 0 0 01 0 1 8 3- 5 6 7 0 2 2 42 3 4 2 5 7 8 1 2 5 0 0 8 6 3 3- 4 7 2 7 5 7 81 9 5 7 3 2 2 1 5 0 00 7 4 7 5- 3 9 3 2 8 2 01 6 2 1 9 l 1 7 5 00 6 6 4 9- 3 3 1 7 1 8 01 4 2 1 1 0 6 2 0 0 00 5 7 2 22 7 3 6 5 0 81 1 8 7 4 7 4 2 2 5 0o 5 2 1 62 3 5 6 6 1 31 0 5 4 7 6 3 2 5 0 00 4 6 4 0- 2 0 4 8 2 5 5 9 5 7 3 7 2 5 1 0 0 00 9 9 0 80 8 6 2 5- 5 8 8 5 1 4 77 2 4 3 3 3 9 1 2 5 00 8 3 6 60 7 4 9 1- 4 7 7 6 1 3 96 1 9 6 6 9 6 1 5 0 00 7 2 0 00 6 6 6 2- 3 9 7 6 9 6 95 4 4 1 1 2 4 2 1 7 5 00 6 3 2 90 5 9 7 2- 3 3 7 1 4 1 54 8 4 8 1 5 5 2 0 0 00 5 7 5 30 5 3 9 5- 3 0 3 2 5 4 14 1 5 3 8 0 9 2 2 5 00 5 3 2 10 4 9 4 9- 2 6 2 9 8 4 33 8 0 2 0 3 5 2 5 0 00 4 7 3 50 4 5 4 0- 2 3 0 4 4 4 93 4 9 1 8 2 l 1 0 0 01 0 1 9 50 8 4 3 2- 6 0 7 5 8 4 27 9 5 5 1 0 9 1 2 5 00 8 5 2 60 7 3 9 5- 4 9 4 4 1 5 16 6 9 7 8 2 4 1 5 0 0o 7 3 1 80 6 5 7 74 1 2 1 7 2 55 8 0 3 9 0 7 31 7 5 00 6 6 3 90 5 6 5 7- 3 5 2 4 2 0 84 5 7 5 8 4 2 0 0 00 5 8 2 1o 5 1 2 63 0 3 4 5 9 04 0 8 5 3 7 6 2 2 5 00 5 3 5 00 4 7 5 2- 2 6 4 1 3 2 1 3 7 0 7 9 0 2 2 5 0 00 4 7 8 20 4 3 9 8- 2 3 1 6 8 4 53 4 1 3 9 6 9 图4 3 沥青面层模量发生变化图 可以看出；沥青混凝土的模量发生变化时，四个指标的值均发生较大的变化。 4 3 旧水泥砼板厚度发生变化 荷载板厚 最大相对水 最大弯沉差弯拉应变剪应变 平位移 位置 ( c m )( 0 0 l m m )( 1 le )( 1 1c ) ( 0 o l m m ) 1 81 0 6 8 23 1 7 6 5 3 22 2 4 9 5 2 l 2 01 0 2 3 1- 3 0 5 9 6 5 61 9 6 9 4 4 6 l2 21 0 0 5 9- 2 9 8 4 6 8 1 1 8 4 9 0 3 9 2 40 9 7 8 1- 2 8 4 3 1 1 01 6 8 8 7 9 4 2 6o 9 6 1 1- 2 5 6 5 9 8 2 1 5 9 2 9 8 5 1 81 0 8 6 50 9 7 0 6- 3 2 7 8 2 6 42 5 3 5 0 1 8 2 0i 0 3 7 10 9 4 7 l一3 1 1 2 8 3 7 2 3 0 1 6 4 3 2 2 21 0 2 1 30 9 2 6 0- 3 0 0 6 9 2 82 1 4 9 8 5 i 2 40 9 9 4 2 0 8 9 2 2 - 2 7 4 8 8 3 0 1 9 9 0 9 6 9 2 60 9 6 2 50 8 7 9 9- 2 7 0 0 6 9 61 7 3 9 1 2 9 1 81 0 7 0 7 0 9 6 2 3 - 3 2 8 5 2 4 3 2 5 9 4 8 0 6 2 01 0 1 6 20 9 5 7 23 1 3 5 8 9 22 2 0 7 2 4 8 32 20 9 9 3 50 9 1 2 3 - 3 0 1 2 4 9 92 0 2 6 5 3 3 2 40 9 8 0 80 8 9 7 0- 2 7 9 0 8 9 11 9 2 0 6 8 2 2 60 9 5 4 2 0 8 8 4 0 - 2 6 7 1 3 1 5 1 8 2 6 6 3 3 从上表可以看出：旧水泥混凝土路面板的厚度发生变化时，四个指标的值均 发生相应的变化，随板厚的增大四个指标的值均相应的增大，但是四个指标值的 变化较小 4 4 旧水泥混凝土板模量发生变化 表4 5 旧水泥混凝土板模量发生变化表 荷载 水泥混凝最大相对水 最大弯沉差弯拉应变剪应变 土模量平位移 位置 ( 0 0 l m m )( | l8 )( 1 ig ) ( m p a ) ( 0 o l m m ) 2 5 0 0 01 0 1 7 3- 5 5 8 8 3 2 42 2 9 1 8 2 1 2 7 0 0 01 0 1 1 2 - 5 6 2 3 6 4 82 3 2 5 1 7 5 l 2 9 0 0 01 0 0 2 1- 5 6 3 7 2 3 12 3 3 9 2 7 5 3 1 0 0 00 9 9 7 9- 5 6 6 6 4 2 72 3 3 7 1 6 2 3 3 0 0 00 9 7 2 85 6 7 2 9 5 32 3 8 8 3 4 4 2 5 0 0 01 0 1 8 6o 8 1 3 65 7 7 1 5 2 1 7 2 1 5 9 2 4 2 7 0 0 01 0 1 2 50 7 9 4 6- 5 7 9 7 2 3 07 2 2 5 1 8 6 2 2 9 0 0 01 0 0 2 80 7 9 2 05 8 3 7 8 3 47 0 5 3 5 5 7 3 1 0 0 00 9 9 9 3o 7 9 1 2- 5 8 6 3 6 7 27 0 9 4 7 3 7 3 3 0 0 0o 9 7 3 80 7 8 9 2- 5 8 6 8 5 0 67 1 3 3 0 5 1 2 5 0 0 01 0 1 9 50 8 2 5 4- 5 9 8 6 1 2 37 7 6 3 1 1 5 2 7 0 0 01 0 1 3 7o 8 0 1 5- 6 0 0 5 4 7 27 8 2 3 7 2 6 3 2 9 0 0 01 0 0 2 60 7 9 8 9- 6 0 1 6 1 0 47 7 8 7 9 1 4 3 1 0 0 0 0