舊水泥路面加鋪瀝青面層反射裂縫防治分析

諶河水，伍昕茹

（1.江西華道工程技術有限公司，江西 南昌 330003；2.江西建設職業技術學院，江西 南昌 330209）

1 引言

舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層反射裂縫防治技術是國內外道路工作者研究的熱點問題，主要集中在以下兩個方面：一是對加鋪瀝青層反射裂縫產生的力學機理進行研究；二是對如何延緩反射裂縫的產生、發展進行研究。目前常見的處理瀝青加鋪層反射裂縫的方法總體上可分為三大類：一是改變瀝青混凝土加鋪層的材料性能或加鋪厚度；二是對舊水泥混凝土路面進行處治，如對舊水泥面板加固或進行碎石化處理；三是設置防裂夾層，如在水泥混凝土面板與瀝青之間設置鍍鋅鋼絲網、土工布或者土工格柵等。

國內外眾多高校和科研機構的專家學者對舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層反射裂縫展開了多方面的研究。廖衛東將線彈性假設、斷裂力學和有限元數值模擬結合后，對應力吸收層的反射裂縫產生與發育進行了研究[1]。齊艷等人應用損傷理論對舊水泥路面瀝青罩面的反射裂縫進行研究，模擬了真實荷載作用下瀝青罩面中反射裂縫的產生和擴張過程[2]。符冠華對比不同材料加鋪層在水泥混凝土板塊的運動試驗，定量得到了不同材料的結構抗反射能力的數值，提出了合理防治反射裂縫的措施[3]。王秉綱等人重點研究了有瀝青上面層的水泥路面的荷載應力與分析方法[4]。Vanelstraete.A 等人基于三維有限元模型模擬了布置鋼絲網防裂結構的瀝青加鋪層在溫度和行車荷載作用下的應力分布[5]。

本文依托昌九高速公路共青南至工業園區連接線工程為分析對象，瀝青面層與水泥混凝土舊路面之間設置了一層直徑2.5mm 的鍍鋅鋼絲網。分析了在汽車和溫度荷載作用下的最大應力和最大變形，比較了有鍍鋅鋼絲網瀝青加鋪層和無鍍鋅鋼絲網瀝青加鋪層的強度和變形。原水泥混凝土路面和鍍鋅鋼絲網現場鋪設照片如圖1～2 所示。

圖1 水泥混凝土路面

圖2 鍍鋅鋼絲網鋪設

2 有限元研究方法

本文應用有限元分析了無鍍鋅鋼筋網、有鍍鋅鋼筋網（鋼筋網直徑2.5mm）在氣溫20℃時的汽車荷載作用下所能承受的最大應力和最大變形兩種工況。幾何模型在DesignModeler 中建立，因模型具備對稱特征，建立1/2 模型，施加對稱邊界條件。路面分為五層，路面結構計算參數如表1 所示。

表1 路面結構計算參數

3 計算結果分析

采用中等密度網格尺寸，網格全部采用六面體網格，無鍍鋅鋼絲網瀝青罩面和有鍍鋅鋼絲網瀝青罩面（鋼絲網直徑2.5mm）兩種工況下劃分網格分別如圖3～4所示。

圖3 無鍍鋅鋼絲網

圖4 有鍍鋅鋼絲網（隱藏一半瀝青觀察）

根據鋼絲網路面實際工作情況，分兩種工況來計算其結構強度，溫度荷載為20℃，需要的邊界條件如圖5～6 所示。

圖5 無鋼絲網路面邊界約束

圖6 有鋼絲網路面邊界約束

通過有限元分析得到20℃溫度和汽車荷載作用下無鋼絲網瀝青路面整體最大變形為1.8668mm，最大應力為1.4898mpa；變形云圖和應力云圖如圖7～8 所示。

圖7 無鍍鋅鋼絲網路面變形云圖

圖8 無鍍鋅鋼絲網路面應力云圖

在20℃溫度和汽車荷載作用下有鍍鋅鋼絲網（鋼絲網直徑2.5mm）整體最大變形為1.4753mm，最大應力為4.8062mpa；變形云圖和應力云圖如圖9～10 所示。

圖9 有鋼絲網變形云圖

圖10 有鋼絲網應力云圖

4 分析結論

本文依托昌九高速公路共青南至工業園區連接線工程，在舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土時，無鍍鋅鋼絲網和有鍍鋅鋼絲網在20℃溫度和汽車荷載作用下所承受的應力和變形，兩種工況下的計算結果詳見表2。

表2 兩種工況下路面強度和變形

在相同溫度的汽車荷載作用下，有鍍鋅鋼絲網比無鍍鋅鋼絲網夾層的路面變形可減少21%；有鍍鋅鋼絲網比無鍍鋅鋼絲網夾層的路面強度增加了3.2 倍。因此，在就水泥路面加鋪瀝青混凝土改造過程中，增加鍍鋅鋼絲網夾層可以明顯增加路面結構整體強度，有效降低路面結構沉降。