新老路基拼接处反射裂缝防治技术应用分析

许佳霄

（泉州市洛江城建国有资产投资有限公司，福建 泉州 362000）

0 引言

为满足交通行车需求，对旧水泥混凝土道路的改造提升是城市建设的重要内容。在道路改扩建过程中，由于新老路基之间的特性差异，其搭接处的各种病害问题难以避免。受温度变化和行车荷载的综合作用，新老路基搭接处的不均匀沉降尤为明显，导致新旧路面板块产生相对位移，并在板块接缝处上方的沥青加铺层中产生反射裂缝。反射裂缝的出现，直接影响到市政道路工程的改造效果。本文依托泉州万虹路道路改造提升工程，分析新老路基搭接处上方的沥青混凝土面层出现反射裂缝的机理和影响因素，并介绍板块拼接加固技术及其用于试验路段的效果。

1 试验路段施工概况

1.1 改造概况

现有水泥混凝土路面改造道路全长13.12km，红线宽度50m。路段施工内容包括道路横断面重新布置，双向6车道改造成双向8车道、现状道路破损的修复和补强、道路路面加铺沥青、局部路段管线破损改造、现状路灯箱式变电站迁移等。

通过对万虹路的道路路面现状进行调查，归纳调查所得的原始资料，发现大部分道路的路面状况良好，局部路段机动车道路面出现病害，主要表现为：面板破碎、纵横裂缝、错台、脱空等现象，需对原路面进行修复拓宽并加铺沥青混凝土面层。

1.2 路面改造方案

道路改造前后红线保持50m未变化，试验路段采用在新旧路面基层交界处纵向铺设一层玻纤土工格栅，同时在水泥混凝土面层内设置传力杆和拉杆的加固方法。为比较试验效果，在试验路段左幅路面拓宽段采用该施工方法，试验路段右幅则直接进行拓宽道路的新建施工，不采取其他加固措施。

试验路段加铺沥青混凝土面层结构共计4层，由上到下分别为5cm厚（AC-13C）细粒式改性沥青混凝土抗滑上面层、8cm厚（AC-25C）粗粒式改性沥青混凝土下面层，0～6cm厚（AC-25C）粗粒式改性沥青混凝土调平层，2cm橡胶沥青应力吸收层。

2 反射裂缝产生机理及影响因素分析

2.1 产生机理

反射裂缝的产生是由于水泥混凝土面板间的相对位移导致。路面拓宽改造后，新老路基受失水、温度变化或荷载作用影响可能发生不均匀沉降，导致基层板块移动，进而造成新旧水泥混凝土板的接缝处出现应力集中现象[1]。此后，因不断受到行车荷载的作用，应力集中向上扩展并传递给沥青混凝土面层，当拉应力超过了沥青混凝土的极限强度，就会导致面层开裂，产生反射裂缝。

2.2 影响因素

为了防治试验路拓宽段出现的反射裂缝，必须确保道路的平整度、压实度、结构层厚度及弯沉等数据指标达到设计要求。对此，不能忽略影响这些指标的相关因素，比如地质条件、材料特性、施工质量等。

2.2.1 地质条件

当新路基与老路基所处的地层条件不同时，由于不同地层的地基承载力不同，受到车辆荷载等因素影响后，地基的差异会导致两者产生不同沉降，进而导致错台等情况的发生，使路面产生开裂。

水文地质条件也对新老路基搭接处病害的产生具有一定影响。当新建路基范围内的地下水位较高时，路面拓宽开挖可能导致地下水出露，此时新建路基的含水率变大，导致其强度下降，为后期路面开裂、不均匀沉降等病害的发生埋下了隐患。

2.2.2 材料特性

由于新旧路基修建的时间不同，并不是一个整体结构，且新建路基填料选用材料的各项指标也无法做到和老路基完全一致，材料上的不同使新老路基搭接处必然存在特性差异，当受到外部因素影响时，新老路基结合面是最容易产生病害的位置，这也是搭接处病害产生的最主要的影响因素[2]。

2.2.3 施工质量

施工质量与人的行为关系极大。施工过程中，路基填料较差、填筑时间过短、压实不到位或未采取相应的处治措施，都会导致新老路基搭接处出现质量问题，进而造成沥青加铺层反射裂缝的产生[3]。

3 反射裂缝产生的数值模型分析

建立的力学模型（见图1所示），并采用数值分析软件ansys对拓宽路面拼接处的结构建立3D有限元模型（见图2所示），对新旧水泥混凝土板块间的传荷能力进行分析。基于我国对沥青加铺层路面结构的有限元模型研究，归纳了以下几点建模假设：

图1 力学模型

图2 3D有限元模型

（1）地基作为无限大的弹性半空间体，建模时尺寸应相对扩大，地基各侧面水平方向没有相对位移且底部为完全约束[4]；

（2）各结构均为连续、均匀、各向同性的连续弹性体，各层层间竖向、水平位移均连续；

（3）半刚性基层与水泥混凝土板间不产生滑动摩擦；

（4）试验路段原有水泥混凝土板块尺寸为5m×4m，结构层厚度22cm，接缝宽度为1cm，沥青加铺层厚度15cm。

通过有限元模型可知，当沥青混凝土摊铺于水泥混凝土板时，在板块接缝处产生了明显的应力集中，当接缝处的拉应力和剪切应力超过沥青加铺层的抗拉强度和抗剪强度，便可能产生反射裂缝[5]。因此，对板块接缝处采取加固处理措施可以有效预防反射裂缝。

4 新旧板块拼接加固技术及其施工效果

基于反射裂缝的产生机理和数值理论模型，提出对新旧水泥混凝土板块间的不均匀沉降进行控制来防治沥青加铺层反射裂缝的发生。即在原水泥混凝土面板中加设传力杆和拉杆，嵌入新建水泥混凝土板块，并在新旧基层交界处铺设玻纤土工格栅提高路面拼接处的整体抗变形能力，减少板块间不均匀沉降。

4.1 拼接加固技术

提高新旧路面板块拼接处整体性的接缝加固方式见图3所示，具体施工技术如下。

图3 土工格栅及拉杆设置示意图

（1）现状分隔带拆除：采用挖机将路缘石、分隔带内的种植土挖除，开挖至旧路面路基区域，经人工整平后进行压实处理。

（2）级配碎石垫层施工：采用推土机配合平地机进行级配碎石摊铺，松铺系数暂取经验值1.18，压实后根据压实厚度调整松铺系数。

（3）水泥稳定碎石层施工：所铺路段碎石垫层经验收合格后，进行水泥稳定碎石的拌和、运输、摊铺、碾压及养生施工。

（4）玻纤土工格栅铺设：在新旧路面基层交界处铺设一层宽1m 双向50kN/m 玻纤土工格栅，沿交界处纵向铺设[6]。

（5）传力杆及拉杆布置：用植筋或打入膨胀螺栓的方法在未破除的水泥混凝土面板内设置好传力杆和拉杆。拉杆采用Ф25mm螺纹钢筋，长度70cm，间距40cm，嵌入相邻保留板内；传力杆采用Ф25mm 螺纹钢筋，长度45cm，间距40cm，嵌入相邻保留板深22.5cm。安装时在板厚1/2处钻出比杆件直径大约2～4mm的孔，杆件采用环氧砂浆固定。

（6）水泥混凝土面层浇筑：基层加固处理后，采用水泥标号为C40的水泥混凝土进行面板浇筑，形成拓宽路面后养护。

4.2 施工效果检验

泉州市洛江区万虹路道路改造提升工程试验路段采用上述板间接缝加固方案后，目前已实现通车。由于路面的平整度标准差和弯沉差是影响沥青加铺层反射裂缝产生的重要因素，故对通车后新旧水泥混凝土板块拼接加固位置上方的沥青混凝土面层反射裂缝产生情况及路面平整度、弯沉差进行跟踪检测。

试验路段左右幅路面拓宽段分别采用测平仪检测平整度，连续检测每100m计算标准差，采用弯沉仪每20m检测一点并计算相邻板间弯沉差，检测结果见表3所示。

表3 试验路段改造检测结果（单位：mm）

由表3可知，试验路段左幅拓宽路面采用板块拼接加固技术后对沥青混凝土面层有明显的加强作用，相对于试验路段右幅拓宽路面的平整度标准差减少了31.3%，弯沉差减少了49%，通车以来路面状况良好，未发现沥青混凝土面层有反射裂缝现象的发生。

5 结束语

该工程试验路段对路基拼接加固技术的应用结果表明：路面拓宽改造施工中，对旧水泥混凝土路面进行修复处理可以有效提高路面结构强度和稳定性，同时，在新旧水泥混凝土板块拼接处植入传力杆和拉杆，并在路面基层交界处铺设玻纤土工格栅的加固方式是可行有效的，能够较好地提高路面结构整体性和抗变形能力，对新旧水泥混凝土板块拼接处上方的沥青混凝土面层反射裂缝的发生具有较好的防治作用。