公路改扩建工程路面搭接技术研究

1 工程概况

某公路由原先的4 车道扩建至8 车道，从原有的26 m 宽度的路基扩建至42 m，所用的施工方式为双侧拼宽为主，单侧拼宽、分离和双侧分离为辅。 扩建后的公路从原有80 km/h 的行车速度上升到120 km/h，有效提高了道路的通行效率。

2 既有沥青路面病害处理

在处理完既有路面的结构病害后才可搭接面层和基层。从实地调研结果上看，裂缝和车辙是主要的病害类型[2]。

2.1 单条裂缝处治方案

2.1.1 单条轻度裂缝处治

该种方案适合在未铣刨路段或者铣刨后有轻微裂缝出现在下承层的情况下使用；可使用洒布改性乳化沥青黏层的方式处理宽度大于3 mm 的单条轻度裂缝，在改性沥青与碎石封层同步设置后即可施工加铺层[2-3]；针对下承层在铣刨后仍有单条轻微裂缝病害存在的情况，可通过改性乳化沥青对裂缝进行灌缝的方式进行处理，且需要灌满裂缝后才可以停止。 在完成灌缝且做好改性沥青和碎石分层的同步之后即可填补上层。

2.1.2 单条中度裂缝处治

该种方法适合在未铣刨路段或者下承层在铣刨后有裂缝存在时的情况； 针对裂缝宽度在3~5 mm 或者单条中度裂缝宽度在5 mm 以上时，可以通过开槽灌缝的方式进行处治且需设置防裂贴；在处理灌缝时，需先制成U 形槽后再灌缝，具体尺寸可参考20 mm 深度和10 mm 宽度进行设置。深层裂缝可通过密封胶进行灌缝，且需将裂缝灌满后才可以停止；在设置完裂缝贴之后， 需清理干净裂缝两侧各16 cm 的路面并进行干燥处理，对于抗裂贴合位置，应重叠约80~100 mm。

2.1.3 单条重度裂缝（基层完好时）

该种方案适合在未铣刨路段或者下承层在铣刨后有裂缝出现的情况。 针对裂缝有5 mm 以上宽度或者裂缝位置有3 条以上支裂纹且基层在面层铣刨后仍完好的路段， 应先处理挖补面层，最小约2.4 m 宽度，且需确保长度满足要求，保证摊铺机以及压路机保持正常工作；针对挖补病害的位置，在进行混合料的填补时， 需清理干净路面并洒布改性乳化沥青和铺设150 mm 聚酯纤维布，最后再将改性乳化沥青喷洒在槽壁上。

2.1.4 单条重度裂缝（基层破坏）

该种方案适合在未铣刨或下承层在铣刨后有裂缝存在的情况下使用。 针对裂缝有5 mm 以上宽度或有3 条以上支缝且基层在面层铣刨后有单条重度裂缝的情况，需先进行面层和上基层的挖补处理，最小宽约2.4 m，且需确保长度满足要求。

2.2 网裂、龟裂等病害处治方案

2.2.1 轻度网裂、龟裂处治方案

该种方案适合在面层出现病害时使用， 铣刨挖除掉旧沥青层后按照具体情况确定开挖深度， 扩槽宽度应大于2 m，且需符合长度要求，以确保摊铺和碾压施工顺利开展；在完成开挖后，需清理干净槽底，采用黏度较低的热沥青和石屑的组合进行灌缝，再将厚50 cm 的聚酯纤维布对称铺设到原病害上，并在槽壁上喷洒热沥青，回填热拌沥青混凝土压实。

2.2.2 中度网裂、龟裂处治方案

中度网裂或龟裂时适合使用该种方案， 在铣刨挖除掉面层后，需清理干净槽底和裂缝，并使用热沥青进行基层裂缝的灌缝，其余施工工艺跟轻度方案的处治方法相同，区别在于挖槽深度。

2.2.3 重度网裂、龟裂处治方案

按要求将范围内面层或基层出现的病害凿除； 铣刨挖除掉旧路沥青层后，需按顺序挖除基层和底基层，并清理干净槽底；扩槽宽度应大于2 m，并需符合长度要求，以确保后续的摊铺和碾压工作顺利进行。 在处理完缝隙病害后，需将50 cm 宽度的聚酯纤维布铺设到其顶面； 在开挖完基层后需将60 cm宽的聚酯纤维布铺设到挖缝顶面； 在施工加铺层时就可将聚酯纤维布铺设到上面层顶部。 聚酯纤维布应具备125 g/m2单位面积质量和0.8 mm 厚度， 纵横向的抗拉强度应该在8 kN/m 以上，纵横向的断裂伸长率应在5%以下，熔点应大于220 ℃。 在将热沥青涂刷到病害处理的新老路面交界位置时，可以按照1~2 L/m2的尺寸进行涂刷， 具体需结合现场条件确定。 在凿除病害路面时，应按矩形凿除。

3 新旧沥青路面拼接

3.1 面层、基层拼接措施

3.1.1 基层拼接

在新旧基层拼接位置的标高处理中， 因局部沉降等的影响容易使得新旧基层出现不同的标高，因此，建议以顺接的方式处理新旧基层：以新基层作为设计标高，从新基层标高逐步向老基层过渡；在新旧基层层间拼接中，为使两者的连接性能有所增强，需将1∶2 水灰比的水泥浆喷洒到新旧基层的拼接部位，并在喷洒水泥浆后及时摊铺新水稳层。 在沥青层铺筑施工前，需洒入透层油并设置热沥青结合预拌碎石的沥青封层。

3.1.2 面层拼接

在处理拼接处的标高时，应从中面层以下逐步进行调整，新铺路面应在接缝位置顺接老路；在拼接新旧面层时，应将松散颗粒等清理干净， 并将黏层油喷洒到沥青层间以使层间黏结性能有所提高； 可将热沥青和乳化沥青相结合作为黏结材料处理新旧面层的侧向接缝； 碾压施工时， 需先进行侧向推移，再进行跨缝碾压。

3.2 聚酯纤维布的使用

为使基层拼接缝有所加固， 控制新老基层接缝顶面反射裂缝的发展，可将聚酯纤维布铺设到新老基层顶面200 cm 范围内；为加固新路下面层AC-25 和旧路顶面接缝，可将200 cm宽的聚酯纤维布铺设到接缝顶面。 聚酯纤维布结合沥青混合料可以在一定程度上使混合料的抗弯拉强度和抗变形能力等得到有效提高，并延缓反射裂缝的发展，此外，聚酯纤维布浸满沥青黏层油时可以形成防水层，阻止水分出现下渗，有效避免基层和路基的水损害。

在聚酯纤维布铺设之前， 需清理干净新旧基层和面层上的杂物，确保基层干净且干燥，按要求将透层油喷洒到新旧基层结合处，将粘布油喷洒到基层和面层顶的结合位置，具体用量应结合现场条件确定。 铺设聚酯纤维布的方向应和行车方向保持一致，且需沿着接缝进行铺设，聚酯纤维布的边缘应该跟接缝保持100 cm 以上的距离， 纵向接缝应有5~10 cm 的搭接宽度，横向接缝应有10~15 cm 的搭接宽度。 在完成铺设施工后应使用滚筒进行碾压， 确保粘布油紧紧结合聚酯纤维布。在完成碾压且黏层油温度降至常温之前应做好交通管制。

4 新旧路面拼接数值模拟

4.1 有限元模型

在新旧路面搭接中，接缝位置、搭接宽度和荷载作用位置都有一定的影响， 为探讨荷载作用下不同搭接宽度时的结构应力应变情况，共拟订6 种搭接工况；灰土拼接台阶高30 cm、宽100 cm，且台阶整体倾斜向内。 其中，0 cm 的搭接宽度表示新旧路面未能实现有效搭接，仅起对照组的作用。 所建模型如图1 所示。

图1 有限元模型示意图

不同的搭接宽度下， 路面结构内部有不同的荷载扩散范围，应力应变也有不同的变化情况，因此，探讨路面结构在不同搭接宽度下的应力应变情况可以为路面搭接宽度设计提供指引。 因中面层AC-20 沥青混合料直接作用到拼接缝的顶层，路面拼接对其受力产生的影响最明显，也最不利，因此，考虑以中面层AC-20 层为分析对象。 在拼接缝顶面作用车辆荷载，计算模型在搭接宽度不同时，中面层的应力变化情况。

4.2 不同搭接宽度下的拉应力变化

中面层AC-20 层在不同搭接宽度下的拉应力如表1 所示。

表1 AC-20 层拉应力变化情况

从结果上看，对比搭接前后的AC-20 层拉应力变化情况可知，AC-20 层最大拉应力有较大变化，最大拉应力在15 cm的搭接宽度下约有52%的减少，随着不断增大的搭接宽度，最大拉应力表现出趋于稳定的趋势。因此，路面搭接有显著优势，但随着不断增加的搭接宽度，拉应力变化较小。 综合工程量和工程难度的角度进行分析可知，不是越大的搭接宽度越好。

探讨搭接宽度对AC-20 层剪应力的影响， 所得结果如表2 所示。

表2 AC-20 层最大剪应力

对比搭接和不搭接的工况可以看出，AC-20 层的最大剪应力有明显变化，最大剪应力在15cm 的搭接宽度下有18%的减小，随着不断增加的搭接宽度，AC-20 层最大剪应力趋于稳定。 即路面搭接有其必要性，但在搭接宽度达到一定值时，单纯通过增加搭接宽度的方式降低路面剪应力的效果不明显。

4.3 荷载作用位置的影响

以路面顶层拼接缝作为荷载中心，并将0 cm 的位置确定在顶层拼接缝右侧50 cm 的位置，以0.5 cm 作为间隔逐渐向两侧移动荷载。 仍以中面层AC-20 层作为研究对象，探讨荷载位置不同时该层应力变化情况。 限于篇幅，本文直接给出结论。

1）在0 cm 搭接宽度下，拼接模型有最大的拉应力。 当搭接宽度不同时，在0~50 cm 的位置，各模型有最大的拉应力，即顶层拼接缝两侧50 cm 范围是最不利受力位置； 当荷载从左侧移动到右侧时， 其最大拉应力表现出先上升后降低再趋于稳定的规律，因受到其他路面层拼接缝的影响，拉应力稳定时仍有较小波动。

2）在各个搭接宽度下，荷载在0~50 cm 的作用范围内有最大剪应力， 即顶层接缝左右50 cm 范围内有最不利受力情况，其中，0 cm 搭接宽度下，AC-20 层有最大剪应力；当荷载从左侧移动到右侧时， 各模型剪应力表现出先上升后降低再趋于稳定的变化规律，因受到其他层面拼接缝的影响，剪力值出现较小的波动。

综合上述分析，在搭接时，AC-20 层的拉应力和剪应力均小于未搭接的情况；随着不断增加的搭接宽度，AC-20 层应力有所降低，但应力波动较小，效果不明显，即仅通过增加搭接宽度的方式改善路面受力意义较小，此外，增加搭接宽度会使作用面和铣刨量相应增加，不利于施工；顶层拼接缝两侧50 cm范围是AC-20 层最不利受力范围，在拼接缝设置时，应尽可能避开轮迹带范围。 基于上述讨论，建议以15~30 cm 作为面层和基层的搭接宽度。

5 结语