一种预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法

摘要

本发明涉及一种预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法，先对需要接缝加固的旧混凝土面板进行板间弯沉差测定，合格后，在两块旧混凝土面板的接缝处跨缝切割出等间距的条形凹槽，再使用冲击钻对条形凹槽端部进行垂直钻孔；根据孔深、凹槽长度和板间接缝宽度，弯起钢筋，完成马蹄筋成型；在条形凹槽内和端部竖孔内植入马蹄形钢筋后，向清孔后的钻孔内灌入环氧树脂植筋胶；以及拌合水泥碎石砼浇筑，浇筑入凹槽内形成植筋保护层；在两块旧混凝土面板的上层自下而上依次铺上数层保护罩面。本发明的优点在于：通过降低旧板板缝两侧的相对垂直位移，预防反射裂缝的产生和发展，进而减少或阻止旧水泥路面加铺沥青面层反射裂缝的出现。

权利要求

1.一种预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法，其特征在于，步骤为：

a)旧混凝土面板的弯沉预处理：对需要接缝加固的两块旧混凝土面板进行板间弯沉差测定，挑选出弯沉差测定超0.04mm以上的旧混凝土面板；

b)植筋预处理： 对弯沉差测定值在0.04mm以上的旧混凝土面板进行植筋预处理，在两块旧混凝土面板接缝处的车辆荷载作用附加应力集中区域跨缝切割出等间距的条形凹槽，并将各条形凹槽定为植筋部位；对条形凹槽端部进行垂直钻孔，且该孔一直延伸至位于旧水泥混凝土面板下端基层的内部，形成垂直方向的钻孔；

c)清理：利用吹风机对条形凹槽以及钻孔进行吹扫进行清槽、清孔处理；

d)马蹄形钢筋成型：根据孔深、凹槽长度和板间接缝宽度，将螺纹钢筋两端折弯成马蹄形，完成马蹄形钢筋成型；

e)植筋：沿着条形凹槽方向垂直植入马蹄形钢筋，马蹄形钢筋两端折弯部分插入钻孔内；

f)灌胶：向钻孔内灌入环氧树脂植筋胶，直至孔深的2/3位置处；

g)植筋保护层制作：拌合水泥碎石浇筑进条形凹槽内并封堵钻孔，最终形成植筋保护层，并养护；

h)后续沥青加铺罩面结构：在两块旧混凝土面板的上层自下而上依次铺上乳化沥青透层油层、沥青碎石纤维封层、粗粒式沥青砼层、乳化沥青粘层油层、中粒式沥青砼层、乳化沥青粘层、沥青玛蹄脂碎石层。

2.根据权利要求1所述的预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法，其特征在于：所述步骤a中对于弯沉差测定值超过0.06mm的旧混凝土面板，在进行步骤b前进行板灌浆处理；灌浆材料选用水泥砂浆，抗压强度≥15Mpa，水泥砂浆的级配组成为：水泥：水=

1.0:5， 再以水泥砂浆总质量为基准，添加铝粉0.001wt%，早强剂0.01wt%。

3.根据权利要求1所述的预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法，其特征在于：所述步骤b中，条形凹槽切割方向为平行于旧混凝土面板上车辆行驶的方向，其纵向长度为旧混凝土面板长边的1/25，宽度与马蹄形钢筋的直径相配，深度为旧混凝土面板厚度的1/3-1/4，相邻的条形凹槽之间的间距为100-120cm，最外侧的条形凹槽距离旧混凝土面板板边为30-45cm。

4.根据权利要求1所述的预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法，其特征在于：所述步骤b中，钻孔的直径比马蹄筋直径大4-6mm，钻孔伸入旧水泥混凝土面板下端基层4-6cm。

5.根据权利要求1所述的预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法，其特征在于：所述步骤d中，马蹄形钢筋为直径20-35mm的螺纹钢筋， 马蹄形钢筋总长 L筋=L条+2*H板+2*5cm+L缝，其中，L条为条形凹槽的长度，H板为旧混凝土面板板厚，L缝为两旧混凝土面板之间板缝宽度，马蹄形钢筋植入旧混凝土面板底部基层的深度3-5cm。

6.根据权利要求1所述的预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法，其特征在于： 所述步骤g中，沥青碎石纤维封层厚度为0.8cm，粗粒式沥青砼层厚度为8cm，中粒式沥青砼层厚度为5cm，高粘度沥青玛蹄脂碎石层厚度为4cm；所述粗粒式沥青砼保护层采用的标号是AC-25C、中粒式沥青砼保护层中采用的标号是AC-16C，高粘度沥青玛蹄脂碎石层中采用的标号是SMA-13。

说明书

一种预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及道路与交通工程技术领域，特别涉及一种预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法。

背景技术

[0002] 水泥混凝土具有的良好的抗变形能力和水稳定性，19 世纪80、90 年代各地大量建设水泥混凝土路面。目前我国很多地区或城市道路中水泥混凝土路面面临维修改造，采用较多的旧水泥路面改造技术方案是旧水泥路面上加铺沥青罩面。

[0003] 由于旧水泥路面加铺沥青罩面自身结构的特性，使用一段时间后，沥青加铺罩面层在车辆荷载和温度的作用下极易出现裂缝。造成加铺沥青面层反射裂缝的原因是旧水泥板的水平位移和在板缝两侧的相对垂直位移。板缝产生两侧垂直位移的原因是行车荷载。对于存在板底脱空的水泥混凝土路面,下层旧混凝土板块的接缝处，混凝土板快无法跟随基层变形，混凝土板块间不能协同工作。行车荷载作用下混凝土面层板接缝处将产生比较可观的附加应力，使结构处于不利受力状态。在行车荷载的反复作用下, 加铺层受到两种应力的反复作用, 因此随着时间延长, 加铺层对应裂缝位置的上下表面会出现反射裂缝, 并沿着结构厚度方向扩展,最终形成贯通整个加铺层的反射裂缝。对于没有出现脱空, 层间接触条件良好的加铺层路面, 行车荷载对反射裂缝的产生的影响不明显, 但对反射裂缝在加铺层中的扩展产生极大影响。水平位移是由环境温度及湿度变化引起的。季节的温度变化造成水泥板的收缩与膨胀, 昼夜的温度以及湿度变化都会造成就水泥板的变形, 从而引起水泥板接缝处的水平位移, 使加铺层在与旧水泥混凝土路面板接触位置处产生应力集中, 诱发加铺层层底反射裂缝的产生。随后在行车荷载的反复作用下, 裂缝逐渐沿厚度方向贯穿整个加铺层。水平位移的大小与板的大小有关, 板越大, 水平位移也越大。
就旧水泥路面加铺沥青结构而言, 垂直位移应当是大部分水泥路面加铺沥青面层层反射裂缝产生并发展的主要原因。因此采用适当的方法最大程度上减小板间竖向相对位移是延缓反射裂缝出现的主要手段。

[0004] 现有防止反射裂缝的技术措施主要集中在加铺层结构的设计，有（：1）加大沥青加铺层厚度（；2）加设土工格栅或土工布作为防水层；（3）利用被加筋材料的粘结嵌锁作用，增设网状加强筋；（4）增设应力吸收层，如设置开级配大粒径沥青碎石应力吸收层。方案（1）、（4）通过增加加铺层的厚度可以影响反射裂缝出现的位置和形态，却不能有效地减缓裂缝的扩展速度防止反射裂缝的产生和发展。同时，增加沥青加铺层厚度的方法一方面受到路面标高的限制，另一方面必将增加路面造价，而且在夏季高温情况下沥青混合料高温蠕变易产生车辙，也就失去了由于旧水泥混凝土板作基层所产生的强基薄面的优势。方案（2）、（3）对荷载型反射裂缝的效果有限，但施工工艺比较复杂，且不利于加铺复合结构的层间抗剪。

[0005] 水泥混凝土路面板块间设置接缝是为了消除温度变化所引起的温度应力，防止温度变化所产生的路面损坏，但是从水泥凝土路面板承受荷载的角度来看，板间接缝的存在削弱了混凝土板的整体性，特别是在车轮荷载行驶经过板间接缝时，板缝两侧的相对垂直位移越大，旧水泥板块的应力集中越明显，反射裂缝病害也越严重。

[0006] 行车荷载的反复作用是旧水泥路面沥青加铺结构反射裂缝出现的重要诱因. 数值计算分析结果发现，在车辆荷载作用过程中, 原水泥路面接缝处两侧板边弯沉差过大导致沥青层底面应力过大而开裂, 而后裂缝向加铺层表面扩展形成路表裂缝. 针对沥青加铺层的这种破坏模式, 设计时应将重点放在对原水泥路面弯沉差和平均弯沉的控制上. 在不同加铺层厚度情况下, 随弯沉差变化, 加铺层底面接缝处剪应力有基本相同的变化规律。 即弯沉差较小, 随弯沉差增大, 面层剪应力迅速增加; 当弯沉差增加到一定程度以后, 剪应力呈现缓慢增加趋势. 这种变化规律说明, 加铺沥青层时, 若原水泥路面接缝处传荷情况非常好, 沥青加铺层反射裂缝开裂寿命主要依赖原水泥路面接缝处传荷能力衰减的速率; 若弯沉差处于较高水平, 那么沥青加铺层的剪应力从开始加铺就处于持续较高的水平, 反射裂缝出现的速率就会比较快, 此时加铺层的开裂寿命主要依赖于加铺层的厚度。但通过增加加铺层的厚度来延缓剪切型反射裂缝的出现是不经济的。因此, 加铺沥青层之前严格控制原水泥路面接缝处弯沉差是延缓反射裂缝出现的最有效措施。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法，以控制原水泥路面接缝处弯沉差，防止和减缓旧水泥路面加铺沥青罩面反射裂缝的出现。

[0008] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法，其特征在于，所述步骤为：

[0009] a)旧混凝土面板的弯沉预处理：对需要接缝加固的两块旧混凝土面板进行板间弯沉差测定，挑选出弯沉差测定超0.04mm以上的旧混凝土面板；

[0010] b)植筋预处理： 对弯沉差测定值在0.04mm以上的旧混凝土面板进行植筋预处理，在两块旧混凝土面板接缝处的车辆荷载作用附加应力集中区域跨缝切割出等间距的条形凹槽，并将各条形凹槽定为植筋部位；对条形凹槽端部进行垂直钻孔，且该孔一直延伸至位于旧水泥混凝土面板下端基层的内部，形成垂直方向的钻孔；

[0011] c)清理：利用吹风机对条形凹槽以及钻孔进行吹扫进行清槽、清孔处理；

[0012] d)马蹄形钢筋成型：根据孔深、凹槽长度和板间接缝宽度，将螺纹钢筋两端折弯成马蹄形，完成马蹄形钢筋成型；

[0013] e)植筋：沿着条形凹槽方向垂直植入马蹄形钢筋，马蹄形钢筋两端折弯部分插入钻孔内；

[0014] f)灌胶：向钻孔内灌入环氧树脂植筋胶，直至孔深的2/3位置处；

[0015] g)植筋保护层制作：拌合水泥碎石浇筑进条形凹槽内并封堵钻孔，最终形成植筋保护层，并养护；

[0016] h)后续沥青加铺罩面结构：在两块旧混凝土面板的上层自下而上依次铺上乳化沥青透层油层、沥青碎石纤维封层、粗粒式沥青砼层、乳化沥青粘层油层、中粒式沥青砼层、乳化沥青粘层、沥青玛蹄脂碎石层。

[0017] 优选的，所述步骤a中对于弯沉差测定值超过0.06mm的旧混凝土面板，在进行步骤b前进行板灌浆处理；灌浆材料选用水泥砂浆，抗压强度≥15Mpa，水泥砂浆的级配组成为：水泥：水=1.0:5， 再以水泥砂浆总质量为基准，添加铝粉0.001wt%，早强剂0.01wt%。

[0018] 优选的，所述步骤b中，条形凹槽切割方向为平行于旧混凝土面板上车辆行驶的方向，其纵向长度为旧混凝土面板长边的1/25，宽度与马蹄形钢筋的直径相配，深度为旧混凝土面板厚度的1/3-1/4，相邻的条形凹槽之间的间距为100-120cm，最外侧的条形凹槽距离旧混凝土面板板边为30-45cm。

[0019] 优选的，所述步骤b中，钻孔的直径比马蹄筋直径大4-6mm，钻孔伸入旧水泥混凝土面板下端基层4-6cm。

[0020] 优选的，所述步骤d中，马蹄形钢筋为直径20-35mm的螺纹钢筋， 马蹄形钢筋总长 L筋=L条+2*H板+2*5cm+L缝，其中，L条为条形凹槽的长度，H板为旧混凝土面板板厚，L缝为两旧混凝土面板之间板缝宽度，马蹄形钢筋植入旧混凝土面板底部基层的深度3-5cm。

[0021] 优选的，所述步骤g中，沥青碎石纤维封层厚度为0.8cm，粗粒式沥青砼层厚度为8cm，中粒式沥青砼层厚度为5cm，高粘度沥青玛蹄脂碎石层厚度为4cm；所述粗粒式沥青砼保护层采用的标号是AC-25C、中粒式沥青砼保护层中采用的标号是AC-16C，高粘度沥青玛蹄脂碎石层中采用的标号是SMA-13。

[0022] 本发明的优点在于：通过在两块旧混凝土路面板的接缝处之间植入马蹄形螺纹钢筋，能够和旧混凝土路面板紧密粘接在一起，形成“栓锁”效应，一方面可以控制旧混凝土路面板接缝处裂痕的宽度，另一方面有效抑制板间裂缝向上部沥青加铺层扩展，降低旧板板缝两侧的相对垂直位移，预防反射裂缝的产生和发展，进而减少或阻止加铺沥青面层反射裂缝的出现 。

[0023] 在旧水泥路面上还加铺沥青碎石纤维封层、粗粒式沥青砼、中粒式沥青砼保护层、高粘度沥青玛蹄脂碎石面层及改性乳化沥青粘结层，通过加强旧水泥路面板块间接缝的防水、层间粘结性以及弯沉性能，从而实现预防旧水泥路面加铺沥青铺面反射裂缝的目的。

[0024] 本方法在进行植筋前，先对旧混凝土路面板的弯沉差进行测定，对测定值在0.04-0.06mm的旧混凝土路面板进行植筋，而对于测定值超过0.06mm的旧混凝土路面板先进行板灌浆处理后再植筋，通过上述处理，从而保证待植筋的旧混凝土路面板的强度，确保植筋的有效进行。

[0025] 对条形凹槽的长度、宽度和间距，马蹄形钢筋的直径、长度，沥青碎石纤维封层的厚度等这些数据进行合理的设计，以确保最大限度的防止和减缓旧水泥路面加铺沥青罩面反射裂缝的出现。

[0026] 在垂直钻孔孔壁、凹槽槽壁与马蹄形钢筋之间的间隙中填充环氧树脂固结胶及水泥碎石保护层，环氧树脂胶层增强了马蹄形钢筋协同工作性能，而水泥碎石保护层保护并加强了马蹄形钢筋的结构。

附图说明

[0027] 图1为本发明的预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法的植筋平面布置位置示意图。

[0028] 图2为本发明的预防旧水泥路面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法的接缝处构造布置示意图。

具体实施方式

[0029] 实施例1

[0030] 本实施例中，首先旧混凝土面板的弯沉预处理，对需要接缝加固的两块旧混凝土面板进行板间弯沉差测定，挑选出弯沉差测定超0.04-0.06mm之间的旧混凝土面板。

[0031] 对于弯沉差在0.04-0.06mm之间的旧混凝土面板，其面加铺沥青反射裂缝的接缝构造方法通过以下几个步骤实现：

[0032] 第一步，植筋预处理：在两块旧混凝土面板8的接缝10处的车辆荷载作用附加应力集中区域跨缝切割出等间距的条形凹槽13，该条形凹槽13即为植筋部位，再使用冲击钻对条形凹槽13的端部进行垂直钻孔，且该孔一直延伸至位于旧混凝土面板8下端的基层9的内部，形成垂直方向的钻孔。

[0033] 条形凹槽13的结构具体如示意图1所示，条形凹槽切割方向为平行于旧混凝土面板上车辆行驶的方向，条形凹槽13的长度为旧混凝土面板板块长边的1/25，条形凹槽13的宽度与马蹄形钢筋的直径相配，条形凹槽13的深度为旧混凝土面板厚度的1/3-1/4，[0034] 有限元分析和实验结果表明，旧混凝土面板行车荷载影响最不利位置为靠近板边缘位置为板跨度1/10，也就是说真正起到防护作用的主要是在板边缘区域；就植筋间距及数量而言，植筋越密集对板的削弱越明显，植筋数量过多既浪费材料又费工时，防护效果却不理想。因此，本发明中，相邻的两个条形凹槽13之间的间距控制在100-120cm，最外侧的条形凹槽13距离旧混凝土面板8的板边为30-45cm。

[0035] 上述步骤中，在对条形凹槽13以及端部孔11进行成型时，应尽量减少对两块旧混凝土面板8板块的损伤，避免板块开裂和保证板块的整体性，条形凹槽13的底部要修平、侧面宜修整接近垂直，冲击钻的钻头的直径比马蹄形钢筋12的直径大4mm-6mm，钻孔的孔深比开槽后旧混凝土面板厚>4cm，一般钻孔的孔深比开槽后旧混凝土面板厚4-6cm，[0036] 第二步，清理：利用吹风机对条形凹槽以及钻孔进行吹扫进行清槽、清孔处理；

[0037] 第三步，马蹄形钢筋成型：根据孔深、凹槽长度和板间接缝宽度，将螺纹钢筋两端折弯成马蹄形，完成马蹄形钢筋成型；

[0038] 马蹄形钢筋12的具体结构如示意图2所示，其采用直径20-35mm的螺纹钢筋， 马蹄形钢筋总长 L筋=L条+2*H板+2*5cm+L缝，其中，L条为条形凹槽的长度，H板为旧混凝土面板板厚，L缝为两旧混凝土面板之间板缝宽度，马蹄形钢筋植入旧混凝土面板底部基层的深度3-5cm。

[0039] 第四步，植筋：沿着条形凹槽方向垂直植入马蹄形钢筋，马蹄形钢筋两端折弯部分插入钻孔内；

[0040] 第五步，灌胶：向钻孔内灌入环氧树脂植筋胶，直至孔深的2/3位置处；应保证插入植筋后胶充满孔壁与钢筋之间的空隙部分，保证良好的抗渗水性能。

[0041] 第六步，植筋保护层制作：拌合水泥碎石浇筑进条形凹槽13内并封堵钻孔，最终形成植筋保护层，并养护；在本步骤中，浇筑用的水泥碎石砼采用的是为标号C20-C40的水泥。

[0042] 第七步，后续沥青加铺罩面结构：具体分布如示意图2中所示，在两块旧混凝土面板8的上层自下而上依次铺上乳化沥青透层油层7、沥青碎石纤维封层6、粗粒式沥青砼层5、乳化沥青粘层油层4、中粒式沥青砼层3、乳化沥青粘层2、高粘度沥青玛蹄脂碎石层板1。其中，较为关键的各保护层中：沥青碎石纤维封层厚度为0.8cm，粗粒式沥青砼层厚度为8cm，中粒式沥青砼层厚度为5cm，高粘度沥青玛蹄脂碎石层厚度为4cm。

[0043] 在本步骤中，粗粒式沥青砼保护层5采用的标号是AC-25C、中粒式沥青砼保护层3中采用的标号是AC-16C，高粘度沥青玛蹄脂碎石混凝土面层1中采用的标号为SMA-13。

[0044] 实施例2

[0045] 本实施例中，对需要接缝加固的两块旧混凝土面板进行板间弯沉差测定，挑选出弯沉差测定值超过0.06mm的旧混凝土面板。

[0046] 对于弯沉差超过0.06mm之间的旧混凝土面板，其在进行加铺沥青反射裂缝的接缝处理时，需要在实施例1的基础上，在对旧混凝土面板进行植筋预处理之前，先对就混凝土面板进行板灌浆处理，使得板间弯沉差小于弯沉差容许值，便于满足设计标准要求，以及确保后续植筋的有效性和成功率。灌浆材料选用水泥砂浆，抗压强度≥15Mpa，水泥砂浆的级配组成为：水泥：水=1.0:5， 再以水泥砂浆总质量为基准，添加铝粉0.001wt%，早强剂0.01wt%。 若添加外加剂，则水按产品要求及可参照《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2013 执行。

[0047] 本发明的方法的原理为：植入筋（植入的筋即为马蹄形钢筋）的刚度大于水泥混凝土的刚度，在旧混凝土面板5在接缝处产生微小的竖向位移差，即测定板间弯沉差超过一定限值（>0.04mm），植入筋在板间接缝处具有传递弯矩和剪力的作用，提高板间的协调工作能力，有助于减少板边的变形和附加应力，植入筋将行车方向前、后相邻板联结在一起，使得植入筋和旧混凝土面板5的板块之间进行应力重分布和协调变形，提高旧水泥路面加铺沥青罩面结构的整体抗剪和整体抗拉强度。

[0048] 马蹄形钢筋12能和旧混凝土面板8紧密粘结在一起，形成“栓锁”效应，可以控制水泥混凝土接缝处裂缝的宽度，有效抑制板间裂缝向上部沥青加铺层扩展，防止加铺层表面形成反射裂缝。

[0049] 对于板间已经产生弯沉差超过0.06mm，要进行旧板灌浆处理，调整至板间弯沉差低于0.06mm，减少板底脱空带来的附加应力。

[0050] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。