新老路基拼接處反射裂縫防治技術應用分析

許佳霄

（泉州市洛江城建國有資產投資有限公司，福建 泉州 362000）

0 引言

為滿足交通行車需求，對舊水泥混凝土道路的改造提升是城市建設的重要內容。在道路改擴建過程中，由于新老路基之間的特性差異，其搭接處的各種病害問題難以避免。受溫度變化和行車荷載的綜合作用，新老路基搭接處的不均勻沉降尤為明顯，導致新舊路面板塊產生相對位移，并在板塊接縫處上方的瀝青加鋪層中產生反射裂縫。反射裂縫的出現，直接影響到市政道路工程的改造效果。本文依托泉州萬虹路道路改造提升工程，分析新老路基搭接處上方的瀝青混凝土面層出現反射裂縫的機理和影響因素，并介紹板塊拼接加固技術及其用于試驗路段的效果。

1 試驗路段施工概況

1.1 改造概況

現有水泥混凝土路面改造道路全長13.12km，紅線寬度50m。路段施工內容包括道路橫斷面重新布置，雙向6車道改造成雙向8車道、現狀道路破損的修復和補強、道路路面加鋪瀝青、局部路段管線破損改造、現狀路燈箱式變電站遷移等。

通過對萬虹路的道路路面現狀進行調查，歸納調查所得的原始資料，發現大部分道路的路面狀況良好，局部路段機動車道路面出現病害，主要表現為：面板破碎、縱橫裂縫、錯臺、脫空等現象，需對原路面進行修復拓寬并加鋪瀝青混凝土面層。

1.2 路面改造方案

道路改造前后紅線保持50m未變化，試驗路段采用在新舊路面基層交界處縱向鋪設一層玻纖土工格柵，同時在水泥混凝土面層內設置傳力桿和拉桿的加固方法。為比較試驗效果，在試驗路段左幅路面拓寬段采用該施工方法，試驗路段右幅則直接進行拓寬道路的新建施工，不采取其他加固措施。

試驗路段加鋪瀝青混凝土面層結構共計4層，由上到下分別為5cm厚（AC-13C）細粒式改性瀝青混凝土抗滑上面層、8cm厚（AC-25C）粗粒式改性瀝青混凝土下面層，0～6cm厚（AC-25C）粗粒式改性瀝青混凝土調平層，2cm橡膠瀝青應力吸收層。

2 反射裂縫產生機理及影響因素分析

2.1 產生機理

反射裂縫的產生是由于水泥混凝土面板間的相對位移導致。路面拓寬改造后，新老路基受失水、溫度變化或荷載作用影響可能發生不均勻沉降，導致基層板塊移動，進而造成新舊水泥混凝土板的接縫處出現應力集中現象[1]。此后，因不斷受到行車荷載的作用，應力集中向上擴展并傳遞給瀝青混凝土面層，當拉應力超過了瀝青混凝土的極限強度，就會導致面層開裂，產生反射裂縫。

2.2 影響因素

為了防治試驗路拓寬段出現的反射裂縫，必須確保道路的平整度、壓實度、結構層厚度及彎沉等數據指標達到設計要求。對此，不能忽略影響這些指標的相關因素，比如地質條件、材料特性、施工質量等。

2.2.1 地質條件

當新路基與老路基所處的地層條件不同時，由于不同地層的地基承載力不同，受到車輛荷載等因素影響后，地基的差異會導致兩者產生不同沉降，進而導致錯臺等情況的發生，使路面產生開裂。

水文地質條件也對新老路基搭接處病害的產生具有一定影響。當新建路基范圍內的地下水位較高時，路面拓寬開挖可能導致地下水出露，此時新建路基的含水率變大，導致其強度下降，為后期路面開裂、不均勻沉降等病害的發生埋下了隱患。

2.2.2 材料特性

由于新舊路基修建的時間不同，并不是一個整體結構，且新建路基填料選用材料的各項指標也無法做到和老路基完全一致，材料上的不同使新老路基搭接處必然存在特性差異，當受到外部因素影響時，新老路基結合面是最容易產生病害的位置，這也是搭接處病害產生的最主要的影響因素[2]。

2.2.3 施工質量

施工質量與人的行為關系極大。施工過程中，路基填料較差、填筑時間過短、壓實不到位或未采取相應的處治措施，都會導致新老路基搭接處出現質量問題，進而造成瀝青加鋪層反射裂縫的產生[3]。

3 反射裂縫產生的數值模型分析

建立的力學模型（見圖1所示），并采用數值分析軟件ansys對拓寬路面拼接處的結構建立3D有限元模型（見圖2所示），對新舊水泥混凝土板塊間的傳荷能力進行分析。基于我國對瀝青加鋪層路面結構的有限元模型研究，歸納了以下幾點建模假設：

圖1 力學模型

圖2 3D有限元模型

（1）地基作為無限大的彈性半空間體，建模時尺寸應相對擴大，地基各側面水平方向沒有相對位移且底部為完全約束[4]；

（2）各結構均為連續、均勻、各向同性的連續彈性體，各層層間豎向、水平位移均連續；

（3）半剛性基層與水泥混凝土板間不產生滑動摩擦；

（4）試驗路段原有水泥混凝土板塊尺寸為5m×4m，結構層厚度22cm，接縫寬度為1cm，瀝青加鋪層厚度15cm。

通過有限元模型可知，當瀝青混凝土攤鋪于水泥混凝土板時，在板塊接縫處產生了明顯的應力集中，當接縫處的拉應力和剪切應力超過瀝青加鋪層的抗拉強度和抗剪強度，便可能產生反射裂縫[5]。因此，對板塊接縫處采取加固處理措施可以有效預防反射裂縫。

4 新舊板塊拼接加固技術及其施工效果

基于反射裂縫的產生機理和數值理論模型，提出對新舊水泥混凝土板塊間的不均勻沉降進行控制來防治瀝青加鋪層反射裂縫的發生。即在原水泥混凝土面板中加設傳力桿和拉桿，嵌入新建水泥混凝土板塊，并在新舊基層交界處鋪設玻纖土工格柵提高路面拼接處的整體抗變形能力，減少板塊間不均勻沉降。

4.1 拼接加固技術

提高新舊路面板塊拼接處整體性的接縫加固方式見圖3所示，具體施工技術如下。

圖3 土工格柵及拉桿設置示意圖

（1）現狀分隔帶拆除：采用挖機將路緣石、分隔帶內的種植土挖除，開挖至舊路面路基區域，經人工整平后進行壓實處理。

（2）級配碎石墊層施工：采用推土機配合平地機進行級配碎石攤鋪，松鋪系數暫取經驗值1.18，壓實后根據壓實厚度調整松鋪系數。

（3）水泥穩定碎石層施工：所鋪路段碎石墊層經驗收合格后，進行水泥穩定碎石的拌和、運輸、攤鋪、碾壓及養生施工。

（4）玻纖土工格柵鋪設：在新舊路面基層交界處鋪設一層寬1m 雙向50kN/m 玻纖土工格柵，沿交界處縱向鋪設[6]。

（5）傳力桿及拉桿布置：用植筋或打入膨脹螺栓的方法在未破除的水泥混凝土面板內設置好傳力桿和拉桿。拉桿采用Ф25mm螺紋鋼筋，長度70cm，間距40cm，嵌入相鄰保留板內；傳力桿采用Ф25mm 螺紋鋼筋，長度45cm，間距40cm，嵌入相鄰保留板深22.5cm。安裝時在板厚1/2處鉆出比桿件直徑大約2～4mm的孔，桿件采用環氧砂漿固定。

（6）水泥混凝土面層澆筑：基層加固處理后，采用水泥標號為C40的水泥混凝土進行面板澆筑，形成拓寬路面后養護。

4.2 施工效果檢驗

泉州市洛江區萬虹路道路改造提升工程試驗路段采用上述板間接縫加固方案后，目前已實現通車。由于路面的平整度標準差和彎沉差是影響瀝青加鋪層反射裂縫產生的重要因素，故對通車后新舊水泥混凝土板塊拼接加固位置上方的瀝青混凝土面層反射裂縫產生情況及路面平整度、彎沉差進行跟蹤檢測。

試驗路段左右幅路面拓寬段分別采用測平儀檢測平整度，連續檢測每100m計算標準差，采用彎沉儀每20m檢測一點并計算相鄰板間彎沉差，檢測結果見表3所示。

表3 試驗路段改造檢測結果（單位：mm）

由表3可知，試驗路段左幅拓寬路面采用板塊拼接加固技術后對瀝青混凝土面層有明顯的加強作用，相對于試驗路段右幅拓寬路面的平整度標準差減少了31.3%，彎沉差減少了49%，通車以來路面狀況良好，未發現瀝青混凝土面層有反射裂縫現象的發生。

5 結束語

該工程試驗路段對路基拼接加固技術的應用結果表明：路面拓寬改造施工中，對舊水泥混凝土路面進行修復處理可以有效提高路面結構強度和穩定性，同時，在新舊水泥混凝土板塊拼接處植入傳力桿和拉桿，并在路面基層交界處鋪設玻纖土工格柵的加固方式是可行有效的，能夠較好地提高路面結構整體性和抗變形能力，對新舊水泥混凝土板塊拼接處上方的瀝青混凝土面層反射裂縫的發生具有較好的防治作用。