一种水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法

摘要

本发明涉及一种水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法，包括：根据水泥混凝土桥面沥青铺装下面层的材料类型确定基准抛丸深度；根据水泥混凝土桥面沥青铺装层总厚度，确定沥青铺装层厚度修正系数；根据最小曲线半径，确定曲线半径修正系数；根据前期交通调查得到的最大轴载，确定轴载修正系数；根据水泥混凝土桥面板上是否设置调平层，确定调平层修正系数；考虑上述因素的影响，对基准抛丸深度进行修正，由此确定不同工况下水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸深度；根据确定的抛丸深度，在推荐抛丸参数组合的基础上，再通过现场试验进一步确定适宜的钢丸尺寸、抛丸速度和抛丸遍数。本发明可精准确定不同工况下水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸参数。

权利要求

1.一种水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据水泥混凝土桥面沥青铺装下面层的材料类型确定基准抛丸深度h0；基准抛丸深度h0取沥青铺装下面层集料公称最大粒径Rm的1/3～1/2；

S2、根据水泥混凝土桥面沥青铺装层总厚度，确定沥青铺装层厚度修正系数kha；沥青铺装层厚度修正系数kha的计算公式为：2

kha＝0.005ha‑0.143ha+1.485           (1)式中：ha‑沥青铺装层总厚度，cm；

S3、根据设计路段的最小曲线半径，确定曲线半径修正系数kr；曲线半径修正系数kr的计算公式为：kr＝‑0.13ln(r)+1.727         (2)式中：r‑设计路段最小曲线半径，m；

S4、根据前期交通调查得到的最大轴载，确定轴载修正系数kp；轴载修正系数kp的计算公式为：

0.003p

kp＝0.721e           (3)式中：p‑最大轴载，kN；

S5、根据水泥混凝土桥面板上是否设置调平层，确定调平层修正系数kt；当水泥混凝土桥面板上设置调平层时，不进行调平层修正，调平层修正系数kt取1.0；当水泥混凝土桥面板上未设置调平层时，调平层修正系数kt取1.5；

S6、考虑沥青铺装层厚度、曲线半径、轴载及调平层的影响，对基准抛丸深度进行修正，由此确定不同工况下水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸深度hp；hp的计算公式为：hp＝kha·kr·kp·kt·h0       (4)S7、根据确定的抛丸深度，在推荐抛丸参数组合的基础上，再通过现场试验进一步确定适宜的钢丸尺寸、抛丸速度和抛丸遍数。

2.根据权利要求1所述的水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法，其特征在于，步骤S3中，当桥梁最小曲线半径≥250m时不进行曲线半径修正。

3.根据权利要求1所述的水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法，其特征在于，步骤S4中，当设计路段的最大轴载≤100kN时不进行轴载修正。

4.根据权利要求1所述的水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法，其特征在于，步骤S7中，推荐的抛丸参数组合见下表：抛丸深度 钢丸尺寸 抛丸速度 抛丸遍数

1～3mm 2～3mm 15～20m/min 1遍

3～5mm ＞3mm 10～15m/min 2遍

5～8mm ＞3mm 5～10m/min 2～3遍。

说明书

一种水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法

技术领域

[0001] 本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法。

背景技术

[0002] 水泥混凝土桥面沥青铺装是目前国内外桥面铺装的主要结构形式之一。近年来，很多水泥混凝土桥面沥青铺装出现了一些病害，其中以沥青面层推移、拥包、剥落表现最为严重，究其原因，主要在于车辆超载及沥青面层与桥面板或水泥混凝土调平层之间的黏结状态不佳。当前为了加强水泥混凝土桥面沥青铺装的层间黏结状态，除了在层间设置防水黏结层，通常还对水泥混凝土桥面板进行抛丸打毛处理，处理后要求桥面板具有一定的构造深度，其中《公路沥青路设计规范》(JTG D50‑2017)规定处理后桥面板的构造深度宜为0.4～0.8mm。然而实践中发现构造深度过浅的“浅抛丸”对层间黏结强度的影响非常小，这主要是由于桥面板的浮浆层厚度最大可达4mm±1mm，“浅抛丸”仅仅清除掉了桥面板表面的部分浮浆和其他污染物，使桥面板表面“见新”、浮浆层未清除，沥青混合料中的集料棱角与桥面板不能很好咬合，仅依靠增加接触面积来改善黏结效果，对层间接触状态的改善作用有限。

[0003] 当前的桥面铺装抛丸工艺(CN202110254936.7、CN202110000952.3、CN202021047759.2)均无针对所处的不同工况提出相应的抛丸深度要求及抛丸参数组合，因此，针对不同工况如何确定适宜的抛丸参数是当前水泥混凝土桥面沥青铺装层间处治技术领域的难题。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法，该方法可以解决现行规范没有针对不同工况的层间抛丸处理控制参数的问题，确定的水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸参数可用于指导设计和施工，对科学合理地设计、施工水泥混凝土桥面沥青铺装具有重要意义。

[0005] 本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

[0006] 一种水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法，包括以下步骤：

[0007] S1、根据水泥混凝土桥面沥青铺装下面层的材料类型确定基准抛丸深度h0；

[0008] S2、根据水泥混凝土桥面沥青铺装层总厚度，确定沥青铺装层厚度修正系数kha；

[0009] S3、根据设计路段的最小曲线半径，确定曲线半径修正系数kr；

[0010] S4、根据前期交通调查得到的最大轴载，确定轴载修正系数kp；

[0011] S5、根据水泥混凝土桥面板上是否设置调平层，确定调平层修正系数kt；

[0012] S6、考虑沥青铺装层厚度、曲线半径、轴载及调平层的影响，对基准抛丸深度进行修正，由此确定不同工况下水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸深度hp；

[0013] S7、根据确定的抛丸深度，在推荐抛丸参数组合的基础上，再通过现场试验进一步确定适宜的钢丸尺寸、抛丸速度和抛丸遍数。

[0014] 上述方案中，步骤S1中，基准抛丸深度h0取沥青铺装下面层集料公称最大粒径Rm的1/3～1/2。

[0015] 上述方案中，步骤S2中，根据水泥混凝土桥面沥青铺装层总厚度，沥青铺装层厚度修正系数kha的计算公式为：

[0016] kha＝0.005ha2‑0.143ha+1.485   (1)

[0017] 式中：ha‑沥青铺装层总厚度，cm。

[0018] 上述方案中，步骤S3中，当桥梁最小曲线半径≥250m时不进行曲线半径修正。

[0019] 上述方案中，步骤S3中，根据设计路段的最小曲线半径，曲线半径修正系数kr的计算公式为：

[0020] kr＝‑0.13ln(r)+1.727   (2)

[0021] 式中：r‑设计路段最小曲线半径，m。

[0022] 上述方案中，步骤S4中，当设计路段的最大轴载≤100kN时不进行轴载修正。

[0023] 上述方案中，步骤S4中，根据前期交通调查得到的最大轴载，轴载修正系数kp的计算公式为：

[0024] kp＝0.721e0.003p   (3)

[0025] 式中：p‑最大轴载，kN。

[0026] 上述方案中，步骤S5中，当水泥混凝土桥面板上设置调平层时，不进行调平层修正，调平层修正系数kt取1.0；当水泥混凝土桥面板上未设置调平层时，调平层修正系数kt取1.5。

[0027] 上述方案中，步骤S6中，考虑沥青铺装层厚度、曲线半径、轴载及调平层的影响，不同工况下水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸深度hp的计算公式为：

[0028] hp＝kha·kr·kp·kt·h0   (4)。

[0029] 上述方案中，步骤S7中，推荐的抛丸参数组合见下表：

[0030]抛丸深度 钢丸尺寸 抛丸速度 抛丸遍数
1～3mm 2～3mm 15～20m/min 1遍
3～5mm ＞3mm 10～15m/min 2遍
5～8mm ＞3mm 5～10m/min 2～3遍

[0031] 本发明的有益效果在于：

[0032] 1、本发明提供了一种水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸参数确定方法，这种方法可以解决现行规范没有针对不同工况的水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸处理控制参数的问题，确定的水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸参数可用于指导设计和施工，可有效解决水泥混凝土桥面沥青铺装层间糙化处理设计施工无据可依的问题，具有非常大的工程实用价值。

[0033] 2、本发明计算公式推导过程中，采用有限元分析与室内斜剪试验相结合的方式，采集了大量的试验及理论数据，通过极差分析和显著性评价判断各影响因素的敏感性和影响水平的显著性，并在实体工程中进行了现场扭剪试验验证。

[0034] 3、本发明步骤简单、公式明确，充分考虑了各种内外部因素，能准确确定不同工况下水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸参数。

附图说明

[0035] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0036] 图1是本发明水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法的流程图。

具体实施方式

[0037] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

[0038] 温度变化会影响沥青混合料的模量，通过对比不同温度、模量下层间剪应力计算结果发现，沥青层模量变化对水泥混凝土桥面沥青铺装层间剪应力影响很小。纵坡对水泥混凝土桥面沥青铺装层间剪应力有较大影响，但现行规范要求桥面纵坡不宜大于4％，此时影响层间剪应力的水平力系数一般小于0.15，因此可不考虑桥面纵坡的影响。同时已有研究表明，沥青面层材料类型、沥青面层厚度、道路线形(曲线半径)、车辆最大轴载、是否设置调平层等因素对水泥混凝土桥面沥青铺装的层间黏结能力影响显著。在不同工况时，水泥混凝土桥面沥青铺装对层间黏结能力的要求不同，相应的可采用不同的抛丸参数来满足其层间黏结要求。

[0039] 为实现上述目的，本发明采用抛丸处理对水泥混凝土桥面沥青铺装层间黏结状态进行改良，提供了一种水泥混凝土桥面沥青铺装抛丸参数确定方法，包括以下步骤：

[0040] S1、根据水泥混凝土桥面沥青铺装下面层的材料类型确定基准抛丸深度h0。

[0041] 水泥混凝土桥面沥青铺装下面层的材料类型有AC‑20、AC‑16、SMA‑16等，为了避免沥青混合料中集料棱角与水泥混凝土层完全“点接触”，保证集料与桥面板或调平层表面形成嵌挤作用，经室内试验发现抛丸深度宜为与之接触的集料公称最大粒径的1/3～1/2，此时水泥混凝土层与沥青层材料之间的黏结强度处于最高水平。考虑尽可能减小抛丸对桥面板或调平层强度和完整性的影响，基准抛丸深度h0取沥青铺装下面层集料公称最大粒径Rm的1/3。

[0042] S2、根据水泥混凝土桥面沥青铺装层总厚度，确定沥青铺装层厚度修正系数kha。

[0043] 水泥混凝土桥面沥青铺装有单层或双层结构，通常有5cmAC‑16、5cmSMA‑16、6cmAC‑16、6cmSMA‑16、4cmAC‑16+3cm AC‑10、4cmSMA‑16+4cmSMA‑13、4cmAC‑16+4cm AC‑13、
5cmSMA‑16+4cmSMA‑13、5cmAC‑16+4cm AC‑13、6cmAC‑20+4cm AC‑13、6cmAC‑20+4cm SMA‑13等结构组合设计类型，沥青铺装层总厚度范围一般在5～10cm。

[0044] 水泥混凝土桥面沥青铺装层总厚度会影响层间水平力的扩散范围，根据不同沥青铺装层总厚度数进行有限元数值分析，得到不同厚度情况下层间最大剪应力值，采用室内斜剪试验测试层间黏结强度，通过调整试件厚度来模拟不同沥青铺装层厚度情况，进而反向验证层间最大剪应力值水平，经室内试验修正后的数值计算结果拟合后可以得到沥青铺装层总厚度修正系数kha的计算公式：

[0045] kha＝0.005ha2‑0.143ha+1.485   (1)

[0046] 式中：ha‑沥青铺装层总厚度，cm。

[0047] S3、根据设计路段的最小曲线半径，确定曲线半径修正系数kr。

[0048] 桥梁最小曲线半径随道路等级、设计速度的不同，有不同的设计要求，通常范围在40m～650m之间，当最小曲线半径≥250m时横向水平力系数基本稳定，可不进行曲线半径修正。

[0049] 曲线半径决定了横向水平力的分布，根据最小曲线半径对应的横向水平力系数进行有限元数值分析，得到不同曲线半径情况下层间最大剪应力值，采用室内斜剪试验测试层间黏结强度，通过调整斜剪角度来模拟不同曲线半径情况，进而反向验证层间最大剪应力值水平，经室内试验修正后的数值计算结果拟合后可以得到最小曲线半径修正系数kr的计算公式：

[0050] kr＝‑0.13ln(r)+1.727   (2)

[0051] 式中：r‑设计路段最小曲线半径，m。

[0052] S4、根据前期交通调查得到的最大轴载，确定轴载修正系数kp。

[0053] 根据交通调查得到的设计路段可能通行的最大轴载，当最大轴载≤100kN时换算标准轴载累计作用次数较小，可不进行轴载修正。

[0054] 最大轴载直接决定了水平力分量的大小，根据最大轴载对应的水平力进行有限元数值分析，得到不同轴载情况下层间最大剪应力值，采用室内斜剪试验测试层间黏结强度，通过调整最大破坏荷载大小来模拟不同轴载情况，进而反向验证层间最大剪应力值水平，经室内试验修正后的数值计算结果拟合后可以得到最大轴载修正系数kp的计算公式：

[0055] kp＝0.721e0.003p   (3)

[0056] 式中：p‑最大轴载，kN。

[0057] S5、根据水泥混凝土桥面板上是否设置调平层，确定调平层修正系数kt。

[0058] 当水泥混凝土桥面板上设置调平层时，调平层厚度通常在80～150mm，且布设了钢筋网，其振捣相对充分、平整度较好，表面浮浆层较薄，容易露骨，利于抛丸后的层间黏结，此时可不进行修正，调平层修正系数kt取1.0。当水泥混凝土桥面板上未设置调平层时，综合考虑桥面板平整度及浮浆层厚度影响，调平层修正系数kt取1.5。

[0059] S6、考虑沥青铺装层厚度、曲线半径、轴载及调平层的影响，对基准抛丸深度进行修正，由此确定不同工况下水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸深度hp，hp的计算公式：

[0060] hp＝kha·kr·kp·kt·h0   (4)

[0061] S7、根据确定的抛丸深度，在推荐抛丸参数组合的基础上，再通过现场试验进一步确定适宜的钢丸尺寸、抛丸速度和抛丸遍数。

[0062] 经过大量室内外试验及理论计算分析，推荐的抛丸参数组合见下表：

[0063]抛丸深度 钢丸尺寸 抛丸速度 抛丸遍数
1～3mm 2～3mm 15～20m/min 1遍
3～5mm ＞3mm 10～15m/min 2遍
5～8mm ＞3mm 5～10m/min 2～3遍

[0064] 下面结合具体实施例对本发明的上述方法进行具体解释说明。

[0065] 某三级公路项目有一座长30m中桥，上部构造采用1×20m普通钢筋混凝土曲线现浇箱梁，该中桥桥面采用沥青铺装，水泥混凝土桥面板上设置80mmC50防水混凝土调平层，沥青铺装层结构组合为4cmAC‑16+3cm AC‑10，桥梁段曲线半径为100m，根据交通调查得到的最大轴载为140kN。采用本发明水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸参数确定方法，包括以下步骤：

[0066] 步骤一、根据水泥混凝土桥面沥青铺装下面层的材料类型确定基准抛丸深度：

[0067] 该项目水泥混凝土桥面沥青铺装下面层的材料类型为AC‑16，其公称最大粒径Rm为16mm，基准抛丸深度h0＝Rm/3＝5.33mm。

[0068] 步骤二、根据水泥混凝土桥面沥青铺装层总厚度，确定沥青铺装层厚度修正系数：

[0069] 该项目水泥混凝土桥面沥青铺装层总厚度为7cm，根据计算公式计算沥青铺装层厚度修正系数

[0070] kha＝0.005ha2‑0.143ha+1.485＝0.005×72‑0.143×7+1.485＝0.729

[0071] 步骤三、根据桥梁段的最小曲线半径100m，确定曲线半径修正系数

[0072] kr＝‑0.13ln(r)+1.727＝‑0.13ln(100)+1.727＝1.128

[0073] 步骤四、根据前期交通调查得到的最大轴载140kN，确定轴载修正系数

[0074] kp＝0.721e0.003p＝0.721e(0.003×140)＝1.097

[0075] 步骤五、该中桥水泥混凝土桥面板上设置有80mmC50防水混凝土调平层，调平层修正系数kt取1.0。

[0076] 步骤六、考虑沥青铺装层厚度、曲线半径、轴载及调平层的影响，对基准抛丸深度进行修正，确定不同工况下水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸深度

[0077] hp＝kha·kr·kp·kt·h0＝0.729×1.128×1.097×1.0×5.33＝4.8mm

[0078] 因此，在确定的工况下，该项目水泥混凝土桥面沥青铺装层间抛丸深度为4.8mm。

[0079] 步骤七、根据确定的抛丸深度，在推荐抛丸参数组合的基础上，初步确定本项目抛丸选用直径在3mm以上的大尺寸钢丸，抛丸速度10～15km/h，抛丸遍数2遍。再通过现场试验进一步确定适宜的钢丸尺寸、抛丸速度和抛丸遍数。

[0080] 为了验证本发明方法的有效性，采用现场扭剪试验对该项目水泥混凝土桥面沥青铺装层间不同抛丸深度的层间黏结强度进行测试，结果如下：

[0081]

[0082] 通过上述结果比对可见，本方法可有效确定不同工况下水泥混凝土桥面沥青铺装层间处治适宜的抛丸参数，可保证层间黏结强度大于计算层间最大剪应力，避免水泥混凝土桥面沥青铺装出现层间推移、拥包、剥落等病害。

[0083] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。