冲击压实后旧水泥混凝土路面作为垫层及其回弹模量的试验研究.doc

冲击压实后旧水泥混凝土路面作为 垫层及其回弹模量的试验研究 苏卫国, 卢 辉 ( 华南理工大学交通学院 广州市 510640) 摘 要: 在提出冲击压实后旧水泥混凝土路面作为加铺结构层之一的设计思路的基础上, 阐述实测回弹模量 的重要性; 通过对大量实测承载板数据进行分析, 获得了实施冲击压实处理后旧水泥混凝土板及板下基层回弹模 量的量值范围和变化规律, 作为加铺层设计的计算参数, 并用来评价其残余承载能力。 关键词: 冲击压实; 设计思路; 承载板; 回弹模量; 旧水泥混凝土路面; 破裂稳固 采用冲击压实技术将旧水泥混凝土路面破裂稳 固后作为底基层或垫层, 再加铺水泥混凝土或沥青 混凝土路面结构层, 实践证明, 这是一种有效处理旧 水泥混凝土路面的方法。 既然底基层或垫层作为新 加铺层的结构层之一, 在路面结构设计时, 其回弹模 量值就应有一个可靠的取值范围, 因为它会影响到 路面面层的厚度。 但目前在国内还没有人进行这方 面的试验研究工作, 本文试图利用经典的承载板测 试方法, 现场获得冲击压实破裂稳固后的旧水泥混 凝土路面的回弹模量, 并对旧板残余承载能力进行 评估, 以期为新加铺层设计提供可靠的计算依据。 中, 各结构层参数如图 1 所示。 规范指出, 当基层和垫层同时存在时, 可将底基 层和垫层换算成具有当量回弹模量和当量厚度的单 层, 然后再与基层一起计算基层顶面当量回弹模量。 据此, 我们将冲击压实后旧路面及其加铺层结构进 行等效, 参照新建路面计算方法设计加铺层。可分为 如下 4 种情况考虑。 第 1 种情况, 冲击压实后旧路面做底基层。根据 现场或实验室获得的各种破裂效果的旧水泥混凝土 板的回弹模量值, 作为 E 2 计算 E x 值。 第 2 种情况, 冲击压实后旧路面做垫层, 其上还有 一层底基层。这里, 相当于规范中所述底基层和垫层同时 存在的情况, 把 E 2 ′( 底基层) 和 E 2 ( 冲击压实后旧水 泥混凝土板) 换算成单层, 即 h x 相当于新建路面计算 中的 h 2 , E x 相当于 E 2 , 再按新建路面计算方法计算。 第 3 种情况, 冲击压实后路面与旧基层或土基 混合体做路床 (基础)。这时, 可以将冲击压实后旧板 碎块与原基层混合体的回弹模量值作为路床顶面的 回弹模量值 E 0 , 用新建路面计算式设计。 第 4 种情况, 加铺沥青混凝土路面结构。将冲击 压实后发裂稳固的旧水泥混凝土面板作为底基层或 垫层, 最好再铺设应力吸收层 (裂缝缓解层) 等。 以上思路都牵涉到冲击压实后旧水泥混凝土板 的回弹模量取值问题, 如何获得准确的回弹模量值 显得特别重要。 1 冲击压实处理后旧路面作为加铺结构层之一的 设计思路 《公路水泥混凝土路面设计规范》(J T G D 40 - 2002) 81115 规定: 旧水泥混凝土路面层损坏状况等 级为差时, 宜将混凝土板破碎成小于 40 cm 的小块, 用作新建路面的底基层或垫层, 并应按新建水泥混 凝土路面或沥青混凝土路面类型进行设计。 由此可 见, 将破裂后的水泥混凝土板定位成底基层或垫层 已经达成共识。而且, 经过冲击压实处理后的旧水泥 混凝土板, 不仅可以达到规范所规定的破裂块度, 更 重要的是与旧基层形成稳固的整体, 可以为新加铺 层提供均匀、稳定的支承。 在新建水泥混凝土板应力分析及厚度计算流程  图中: E t 为基层顶面的当量回弹模量 (M P a) ; E 0 为路床顶面的回弹模量 (M P a) ; E x 为基层和底基层或垫层的当量回弹模量 (M P a) ; E 1、E 2 为基层和底基层或垫层的回弹模量 (M P a) ; hx 为基层和底基层或垫层的当量厚度 (m ) ; h 1、h 2 为基层和底基层或垫层的厚度 (m ) 。 图 1 水泥混凝土路面设计图式 冲击压实处理后的旧水泥混凝土路面, 沉降显 著, 且原有旧水泥混凝土被破裂为若干块, 板块整体 性基本丧失, 破裂块之间靠参差不齐的裂缝形成相 互嵌锁的状态。部分板块下有脱空的, 则该处的破裂 板块与旧板下的基层紧密接触, 甚至有部分破碎块 嵌入旧基层中而形成稳定的结构。这样的结构层, 顶 层为破裂块度大小不等的水泥混凝土板, 下层为差 异性很大的旧基层或土基, 其组成一般都相当不均 匀, 更谈不上为各向同性的弹性体, 因此, 在车轮荷 载作用下其表面无法形成较为理想的弯沉盆, 采用 弯沉测试的方法来评价这种结构的承载能力或得到 回弹模量值是不合适的。 量, M P a; Λ0 为土的泊松 比, 根 据 相 关 规 范 规 定 选 用; D 为承载板的直径 ( 3115 cm ) ;