公路改擴(kuò)建工程路面搭接技術(shù)研究

1 工程概況

某公路由原先的4 車道擴(kuò)建至8 車道，從原有的26 m 寬度的路基擴(kuò)建至42 m，所用的施工方式為雙側(cè)拼寬為主，單側(cè)拼寬、分離和雙側(cè)分離為輔。 擴(kuò)建后的公路從原有80 km/h 的行車速度上升到120 km/h，有效提高了道路的通行效率。

2 既有瀝青路面病害處理

在處理完既有路面的結(jié)構(gòu)病害后才可搭接面層和基層。從實(shí)地調(diào)研結(jié)果上看，裂縫和車轍是主要的病害類型[2]。

2.1 單條裂縫處治方案

2.1.1 單條輕度裂縫處治

該種方案適合在未銑刨路段或者銑刨后有輕微裂縫出現(xiàn)在下承層的情況下使用；可使用灑布改性乳化瀝青黏層的方式處理寬度大于3 mm 的單條輕度裂縫，在改性瀝青與碎石封層同步設(shè)置后即可施工加鋪層[2-3]；針對(duì)下承層在銑刨后仍有單條輕微裂縫病害存在的情況，可通過(guò)改性乳化瀝青對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫的方式進(jìn)行處理，且需要灌滿裂縫后才可以停止。 在完成灌縫且做好改性瀝青和碎石分層的同步之后即可填補(bǔ)上層。

2.1.2 單條中度裂縫處治

該種方法適合在未銑刨路段或者下承層在銑刨后有裂縫存在時(shí)的情況； 針對(duì)裂縫寬度在3~5 mm 或者單條中度裂縫寬度在5 mm 以上時(shí)，可以通過(guò)開槽灌縫的方式進(jìn)行處治且需設(shè)置防裂貼；在處理灌縫時(shí)，需先制成U 形槽后再灌縫，具體尺寸可參考20 mm 深度和10 mm 寬度進(jìn)行設(shè)置。深層裂縫可通過(guò)密封膠進(jìn)行灌縫，且需將裂縫灌滿后才可以停止；在設(shè)置完裂縫貼之后， 需清理干凈裂縫兩側(cè)各16 cm 的路面并進(jìn)行干燥處理，對(duì)于抗裂貼合位置，應(yīng)重疊約80~100 mm。

2.1.3 單條重度裂縫（基層完好時(shí)）

該種方案適合在未銑刨路段或者下承層在銑刨后有裂縫出現(xiàn)的情況。 針對(duì)裂縫有5 mm 以上寬度或者裂縫位置有3 條以上支裂紋且基層在面層銑刨后仍完好的路段， 應(yīng)先處理挖補(bǔ)面層，最小約2.4 m 寬度，且需確保長(zhǎng)度滿足要求，保證攤鋪機(jī)以及壓路機(jī)保持正常工作；針對(duì)挖補(bǔ)病害的位置，在進(jìn)行混合料的填補(bǔ)時(shí)， 需清理干凈路面并灑布改性乳化瀝青和鋪設(shè)150 mm 聚酯纖維布，最后再將改性乳化瀝青噴灑在槽壁上。

2.1.4 單條重度裂縫（基層破壞）

該種方案適合在未銑刨或下承層在銑刨后有裂縫存在的情況下使用。 針對(duì)裂縫有5 mm 以上寬度或有3 條以上支縫且基層在面層銑刨后有單條重度裂縫的情況，需先進(jìn)行面層和上基層的挖補(bǔ)處理，最小寬約2.4 m，且需確保長(zhǎng)度滿足要求。

2.2 網(wǎng)裂、龜裂等病害處治方案

2.2.1 輕度網(wǎng)裂、龜裂處治方案

該種方案適合在面層出現(xiàn)病害時(shí)使用， 銑刨挖除掉舊瀝青層后按照具體情況確定開挖深度， 擴(kuò)槽寬度應(yīng)大于2 m，且需符合長(zhǎng)度要求，以確保攤鋪和碾壓施工順利開展；在完成開挖后，需清理干凈槽底，采用黏度較低的熱瀝青和石屑的組合進(jìn)行灌縫，再將厚50 cm 的聚酯纖維布對(duì)稱鋪設(shè)到原病害上，并在槽壁上噴灑熱瀝青，回填熱拌瀝青混凝土壓實(shí)。

2.2.2 中度網(wǎng)裂、龜裂處治方案

中度網(wǎng)裂或龜裂時(shí)適合使用該種方案， 在銑刨挖除掉面層后，需清理干凈槽底和裂縫，并使用熱瀝青進(jìn)行基層裂縫的灌縫，其余施工工藝跟輕度方案的處治方法相同，區(qū)別在于挖槽深度。

2.2.3 重度網(wǎng)裂、龜裂處治方案

按要求將范圍內(nèi)面層或基層出現(xiàn)的病害鑿除； 銑刨挖除掉舊路瀝青層后，需按順序挖除基層和底基層，并清理干凈槽底；擴(kuò)槽寬度應(yīng)大于2 m，并需符合長(zhǎng)度要求，以確保后續(xù)的攤鋪和碾壓工作順利進(jìn)行。 在處理完縫隙病害后，需將50 cm 寬度的聚酯纖維布鋪設(shè)到其頂面； 在開挖完基層后需將60 cm寬的聚酯纖維布鋪設(shè)到挖縫頂面； 在施工加鋪層時(shí)就可將聚酯纖維布鋪設(shè)到上面層頂部。 聚酯纖維布應(yīng)具備125 g/m2單位面積質(zhì)量和0.8 mm 厚度， 縱橫向的抗拉強(qiáng)度應(yīng)該在8 kN/m 以上，縱橫向的斷裂伸長(zhǎng)率應(yīng)在5%以下，熔點(diǎn)應(yīng)大于220 ℃。 在將熱瀝青涂刷到病害處理的新老路面交界位置時(shí)，可以按照1~2 L/m2的尺寸進(jìn)行涂刷， 具體需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件確定。 在鑿除病害路面時(shí)，應(yīng)按矩形鑿除。

3 新舊瀝青路面拼接

3.1 面層、基層拼接措施

3.1.1 基層拼接

在新舊基層拼接位置的標(biāo)高處理中， 因局部沉降等的影響容易使得新舊基層出現(xiàn)不同的標(biāo)高，因此，建議以順接的方式處理新舊基層：以新基層作為設(shè)計(jì)標(biāo)高，從新基層標(biāo)高逐步向老基層過(guò)渡；在新舊基層層間拼接中，為使兩者的連接性能有所增強(qiáng)，需將1∶2 水灰比的水泥漿噴灑到新舊基層的拼接部位，并在噴灑水泥漿后及時(shí)攤鋪新水穩(wěn)層。 在瀝青層鋪筑施工前，需灑入透層油并設(shè)置熱瀝青結(jié)合預(yù)拌碎石的瀝青封層。

3.1.2 面層拼接

在處理拼接處的標(biāo)高時(shí)，應(yīng)從中面層以下逐步進(jìn)行調(diào)整，新鋪路面應(yīng)在接縫位置順接老路；在拼接新舊面層時(shí)，應(yīng)將松散顆粒等清理干凈， 并將黏層油噴灑到瀝青層間以使層間黏結(jié)性能有所提高； 可將熱瀝青和乳化瀝青相結(jié)合作為黏結(jié)材料處理新舊面層的側(cè)向接縫； 碾壓施工時(shí)， 需先進(jìn)行側(cè)向推移，再進(jìn)行跨縫碾壓。

3.2 聚酯纖維布的使用

為使基層拼接縫有所加固， 控制新老基層接縫頂面反射裂縫的發(fā)展，可將聚酯纖維布鋪設(shè)到新老基層頂面200 cm 范圍內(nèi)；為加固新路下面層AC-25 和舊路頂面接縫，可將200 cm寬的聚酯纖維布鋪設(shè)到接縫頂面。 聚酯纖維布結(jié)合瀝青混合料可以在一定程度上使混合料的抗彎拉強(qiáng)度和抗變形能力等得到有效提高，并延緩反射裂縫的發(fā)展，此外，聚酯纖維布浸滿瀝青黏層油時(shí)可以形成防水層，阻止水分出現(xiàn)下滲，有效避免基層和路基的水損害。

在聚酯纖維布鋪設(shè)之前， 需清理干凈新舊基層和面層上的雜物，確?；鶎痈蓛羟腋稍铮匆髮⑼笇佑蛧姙⒌叫屡f基層結(jié)合處，將粘布油噴灑到基層和面層頂?shù)慕Y(jié)合位置，具體用量應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件確定。 鋪設(shè)聚酯纖維布的方向應(yīng)和行車方向保持一致，且需沿著接縫進(jìn)行鋪設(shè)，聚酯纖維布的邊緣應(yīng)該跟接縫保持100 cm 以上的距離， 縱向接縫應(yīng)有5~10 cm 的搭接寬度，橫向接縫應(yīng)有10~15 cm 的搭接寬度。 在完成鋪設(shè)施工后應(yīng)使用滾筒進(jìn)行碾壓， 確保粘布油緊緊結(jié)合聚酯纖維布。在完成碾壓且黏層油溫度降至常溫之前應(yīng)做好交通管制。

4 新舊路面拼接數(shù)值模擬

4.1 有限元模型

在新舊路面搭接中，接縫位置、搭接寬度和荷載作用位置都有一定的影響， 為探討荷載作用下不同搭接寬度時(shí)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變情況，共擬訂6 種搭接工況；灰土拼接臺(tái)階高30 cm、寬100 cm，且臺(tái)階整體傾斜向內(nèi)。 其中，0 cm 的搭接寬度表示新舊路面未能實(shí)現(xiàn)有效搭接，僅起對(duì)照組的作用。 所建模型如圖1 所示。

圖1 有限元模型示意圖

不同的搭接寬度下， 路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部有不同的荷載擴(kuò)散范圍，應(yīng)力應(yīng)變也有不同的變化情況，因此，探討路面結(jié)構(gòu)在不同搭接寬度下的應(yīng)力應(yīng)變情況可以為路面搭接寬度設(shè)計(jì)提供指引。 因中面層AC-20 瀝青混合料直接作用到拼接縫的頂層，路面拼接對(duì)其受力產(chǎn)生的影響最明顯，也最不利，因此，考慮以中面層AC-20 層為分析對(duì)象。 在拼接縫頂面作用車輛荷載，計(jì)算模型在搭接寬度不同時(shí)，中面層的應(yīng)力變化情況。

4.2 不同搭接寬度下的拉應(yīng)力變化

中面層AC-20 層在不同搭接寬度下的拉應(yīng)力如表1 所示。

表1 AC-20 層拉應(yīng)力變化情況

從結(jié)果上看，對(duì)比搭接前后的AC-20 層拉應(yīng)力變化情況可知，AC-20 層最大拉應(yīng)力有較大變化，最大拉應(yīng)力在15 cm的搭接寬度下約有52%的減少，隨著不斷增大的搭接寬度，最大拉應(yīng)力表現(xiàn)出趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。因此，路面搭接有顯著優(yōu)勢(shì)，但隨著不斷增加的搭接寬度，拉應(yīng)力變化較小。 綜合工程量和工程難度的角度進(jìn)行分析可知，不是越大的搭接寬度越好。

探討搭接寬度對(duì)AC-20 層剪應(yīng)力的影響， 所得結(jié)果如表2 所示。

表2 AC-20 層最大剪應(yīng)力

對(duì)比搭接和不搭接的工況可以看出，AC-20 層的最大剪應(yīng)力有明顯變化，最大剪應(yīng)力在15cm 的搭接寬度下有18%的減小，隨著不斷增加的搭接寬度，AC-20 層最大剪應(yīng)力趨于穩(wěn)定。 即路面搭接有其必要性，但在搭接寬度達(dá)到一定值時(shí)，單純通過(guò)增加搭接寬度的方式降低路面剪應(yīng)力的效果不明顯。

4.3 荷載作用位置的影響

以路面頂層拼接縫作為荷載中心，并將0 cm 的位置確定在頂層拼接縫右側(cè)50 cm 的位置，以0.5 cm 作為間隔逐漸向兩側(cè)移動(dòng)荷載。 仍以中面層AC-20 層作為研究對(duì)象，探討荷載位置不同時(shí)該層應(yīng)力變化情況。 限于篇幅，本文直接給出結(jié)論。

1）在0 cm 搭接寬度下，拼接模型有最大的拉應(yīng)力。 當(dāng)搭接寬度不同時(shí)，在0~50 cm 的位置，各模型有最大的拉應(yīng)力，即頂層拼接縫兩側(cè)50 cm 范圍是最不利受力位置； 當(dāng)荷載從左側(cè)移動(dòng)到右側(cè)時(shí)， 其最大拉應(yīng)力表現(xiàn)出先上升后降低再趨于穩(wěn)定的規(guī)律，因受到其他路面層拼接縫的影響，拉應(yīng)力穩(wěn)定時(shí)仍有較小波動(dòng)。

2）在各個(gè)搭接寬度下，荷載在0~50 cm 的作用范圍內(nèi)有最大剪應(yīng)力， 即頂層接縫左右50 cm 范圍內(nèi)有最不利受力情況，其中，0 cm 搭接寬度下，AC-20 層有最大剪應(yīng)力；當(dāng)荷載從左側(cè)移動(dòng)到右側(cè)時(shí)， 各模型剪應(yīng)力表現(xiàn)出先上升后降低再趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律，因受到其他層面拼接縫的影響，剪力值出現(xiàn)較小的波動(dòng)。

綜合上述分析，在搭接時(shí)，AC-20 層的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力均小于未搭接的情況；隨著不斷增加的搭接寬度，AC-20 層應(yīng)力有所降低，但應(yīng)力波動(dòng)較小，效果不明顯，即僅通過(guò)增加搭接寬度的方式改善路面受力意義較小，此外，增加搭接寬度會(huì)使作用面和銑刨量相應(yīng)增加，不利于施工；頂層拼接縫兩側(cè)50 cm范圍是AC-20 層最不利受力范圍，在拼接縫設(shè)置時(shí)，應(yīng)盡可能避開輪跡帶范圍。 基于上述討論，建議以15~30 cm 作為面層和基層的搭接寬度。

5 結(jié)語(yǔ)