南山区赤湾一路赤湾三路赤湾四路赤湾七路黑化修缮提升工程路面检测与沥青加铺层设计方案优化研究报告.docx

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南山区赤湾一路赤湾三路赤湾四路赤湾七路黑化修缮提升工程路面检测与沥青加铺层设计方案优化研究报告

南山区赤湾一路、赤湾三路、赤湾四路、赤湾七路

黑化修缮提升工程路面检测与沥青加铺层设计方案优化

研究报告

深圳市天健工程技术有限公司

二O一七年一月

第一章绪论

1.1工程概况

南山区赤湾一路、赤湾三路、赤湾四路、赤湾七路黑化修缮提升工程路面检测。

具体包括以下4条道路的黑化修缮提升工程的路面检测业务：

①　赤湾一路黑化修缮提升（赤湾六路-赤湾壳牌石油公司），总投资630万元；

②　赤湾三路黑化修缮提升（港航路-赤湾二路），总投资450万元；

③　赤湾四路黑化修缮提升（赤湾五路-右炮台路），总投资661万元；

④　赤湾七路黑化修缮提升（少帝路-赤湾二路），总投资239万元。

为充分掌握现状路面的运行状况，为路面改造提供准确依据。

因此，对现状路面损坏状况、承载能力、板底脱空状况和材料强度进行检测。

1.2工作依据

1．《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ073.1-2001）；

2.《公路技术状况评定标准》JTGH20-2007；

3．《公路路基路面现场检测规程》（JTGE60-2008）；

4.《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30-2005）；

5．《公路沥青路面设计规范》（JTG050-2006）；

6.《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）；

7.《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30-2003）。

1.3工作内容

（1）原沥青路面、水泥路面机动车道路面损坏状况调查；

（2）原沥青路面机动车道弯沉检测；

（3）原水泥路面机动车道接缝弯沉差检测；

（4）原水泥路面机动车道板底脱空测定；

（5）原水泥路面机动车道芯样强度测定；

（6）沥青加铺层设计方案的优化建议。

1.4实施方案

1.4.1原机动车道路面损坏状况调查

路面损坏调查采用目测、手工丈量测定。

对路面使用状况进行分类描述和评价。

共调查1200块水泥面板。

水泥路面损坏分类：

A.纵向、横向、斜向裂缝；B.交叉裂逢和破碎板；C.板角断裂；D.错台；E.沉陷；F.拱起；G.接缝碎裂；H.坑洞；M.脱空板块；N板块局部破碎。

调查记录：

分类统计；在道路测量中注明损坏位置、损坏类型以及相应数据，并画在板块示意图中。

1.4.2原水泥路面机动车道接缝弯沉差检测

水泥混凝土路面承载能力检测主要以弯沉仪测定。

每组弯沉数据为如下测点：

板角、相邻板块共2个弯沉点（主点、副点弯沉），测量位置靠行车方向右侧板缝处，如下图所示。

每块板布设1个主测点和1个副测点。

共检测2400个点。

采用AI法测量弯沉点（美国沥青协会测量法）。

测量车采用黄河车（后轴10T），弯沉仪采用5.4m贝克曼梁杠杆弯沉仪2台。

图1弯沉检测位置示意图

1.4.3原水泥路面机动车道板底脱空测定

声振检测是激励被测试件产生机械振动（声波），测量其振动的声学特征来判定质量的技术。

水泥混凝土路面声振脱空评定仪的原理为：

采用固定高度自由降落的落锤敲击刚性路面而发声，通过传声器（麦克风）采集该声音信号，然后提取声信号的频域特征，再输入神经网络判别路面是否脱空。

声振脱空评定仪具有操作方便、灵活、快速、准确、费用低等诸多优点。

本项目采用声振脱空评定仪检测和评价现状水泥混凝土板底脱空情况，每块板布设5个测点，其中板角4个，板中1个。

共检测6000个点。

1.4.4原水泥路面机动车道芯样强度测定

水泥路面结构强度采用钻孔取样，通过劈裂试验测定芯样的劈裂强度。

共取芯样30个。

1.4.5沥青加铺层设计方案的优化

综合考虑现状水泥路面板底脱空、板角弯沉和接缝传荷能力的检测结果，提出相应的处治方案；依据“重交通道路旧混凝土路面加铺沥青层研究”（获得2005年度广东省科技进步二等奖）成果及其在深圳宝安城市道路和广州北环高速公路成功应用的工程经验，着重考虑反射裂缝的防治措施，对本项目沥青加铺层的设计方案提出优化建议。

第二章现状水泥路面检测结果评价与病害处治措施建议

2.1现状水泥面板破损调查结果

现状水泥路面病害调查结果见附件1。

其中，板块编号与行车方向相反。

损坏分类为：

A.纵向、横向、斜向裂缝；B.交叉裂逢和破碎板；C.板角断裂；D.错台；E.沉陷；F.拱起；G.接缝碎裂；H.坑洞；M.脱空板块；N板块局部破碎。

典型病害照片如图2-1~图2-12。

图2-1严重破损下沉的水泥路面板块

图2-2断板率高的机动车道

图2-3破碎严重的水泥板块

图2-4破碎严重的水泥板块

图2-5破碎错台下沉的水泥板块

图2-6断板率高的机动车道

图2-7断板率高的机动车道

图2-8水泥面板上连续的纵向裂缝

图2-9水泥面板上连续的纵向裂缝

图2-10严重破损下沉的水泥面板

图2-11严重破损下沉的水泥面板

图2-12严重破损下沉的水泥面板

2.2现状水泥面板接缝弯沉差、板底脱空检测结果

逐板接缝弯沉差、板底脱空的检测结果和建议的处治措施见附件2。

板块编号顺序与行车方向相反。

脱空检测每块板布置了5个测点，如图2-14所示。

对板块表面完整但板角脱空的板底和基层底面进行压浆处理，压浆孔深度应低于路基顶面3~5cm。

图2-14测点位置示意图

2.3水泥混凝土芯样劈裂强度试验结果

按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30-2005）规定的试验方法检测了现状水泥面板芯样的劈裂强度。

共取芯30个。

试验结果见表2-1~表2-4。

（试件编号：

“车道-板号”，指从0+000开始，1车道为行车方向）

表2-1赤湾一路现状水泥面板芯样劈裂强度试验结果

试件编号

直径/mm

高度/mm

荷载/kN

劈裂强度/MPa

1-020

100

295

193.4

5.24

1-060

100

315

161.0

4.36

1-100

100

290

155.7

4.22

1-140

100

220

153.2

4.15

1-180

100

275

145.1

3.93

1-220

100

290

138.6

3.75

1-260

100

240

147.4

3.99

1-280

100

245

159.5

4.32

2-130

100

225

140.5

3.80

2-150

100

250

141.2

3.82

2-210

100

260

148.9

4.03

2-230

100

265

174.9

4.73

2-250

100

240

160.2

4.34

2-270

100

220

132.3

3.58

2-290

100

220

158.5

4.29

平均值

4.17

表2-2赤湾三路现状水泥面板芯样劈裂强度试验结果

试件编号

直径/mm

高度/mm

荷载/kN

劈裂强度/MPa

1-002

100

235

145.0

3.93

2-050

100

270

158.8

4.30

平均值

4.12

表2-3赤湾四路现状水泥面板芯样劈裂强度试验结果

试件编号

直径/mm

高度/mm

荷载/kN

劈裂强度/MPa

1-040

100

265

176.7

4.78

1-060

100

245

145.2

3.93

1-080

100

200

158.5

4.29

1-120

100

235

150.4

4.07

1-160

100

240

137.4

3.72

2-020

100

225

130.8

3.54

2-070

100

255

131.1

3.55

2-120

100

230

168.2

4.55

2-167

100

250

149.2

4.04

平均值

4.05

表2-4赤湾七路现状水泥面板芯样劈裂强度试验结果

试件编号

直径/mm

高度/mm

荷载/kN

劈裂强度/MPa

1-055

100

245

165.9

4.49

1-070

100

230

153.4

4.15

2-050

100

270

147.5

3.99

2-065

100

255

155.4

4.21

平均值

4.21

2.4水泥混凝土板病害处治原则

2.4.1碎石化原则

水泥路面碎石化是一种旧水泥路面破碎处治技术，是对旧水泥路面大修或改造的重要手段。

在路面破碎之前，对因基层强度不足而产生的唧泥、沉陷、断裂严重病害板块挖除，采用C15素混凝土更换基层，若发现底基层损坏，应一起更换底基，然后重新铺筑C35混凝土面板。

针对调查的结构物资料在现场做出明确标记，以确保这些构造物不会因施工造成损坏。

（1）埋深在1m以上的构造物（或管线）不易因路面碎石化受到破坏，这种路段可以正常破碎；埋深在0.5~1m的构造物（或管线）可能因路面碎石化而受到一定影响，这种路段可以降低锤头高度进行轻度打裂；埋深不足0.5m的构造物（或管线）以及桥梁等，应禁止破碎，避让范围为结构物端线外侧3m以内的所有区域。

（2）距路肩10m以外的建筑物不易因路面碎石化受到破坏，这种路段可以正常破碎；对于路肩外5~10m范围存在建筑物的路段，施工时应降低锤头高度对路面进行轻度打裂；对于路肩外5m以内存在建筑物的路段，应禁止破碎。

（3）为避免对上跨桥、人行天桥位于中分带的桥墩的震动影响，上跨桥段两侧各5m范围内不予破碎。

（4）对于不同埋深的建筑物、地下管线、房屋等，应采用不同标志的红色油漆标注清楚，用以区别破碎，保证安全。

2.4.2换板原则

（1）断裂面板

凡是板块属于裂缝类，不论破坏程度怎样，均必须用C35混凝土换板，在不破坏相邻板块的前提下进行该板的凿除，如果发现基层强度不足或松散，应先进行基层补强；用C20贫混凝土代替6%水泥稳定石屑处理基层，然后重浇C35混凝土板块。

新换板块必须设置传力杆和拉杆。

（2）板底脱空

当脱空板实测接缝弯沉差>10（0.01mm）时，整板破碎，同时用C20贫混凝土代替6%水泥稳定石屑处理基层，然后重浇C35混凝土板块。

（3）接缝类

对高差大于1.0cm的严重错台，C20贫混凝土代替6%水泥稳定石屑处理基层，然后重浇C35混凝土板块。

2.4.3压浆原则

对表面完整，但板底脱空的板块进行压浆处理，判定标准如下：

（1）声振脱空仪检测板底脱空状况

（2）弯沉判断

当接缝弯沉差大于5（0.01mm），且小于10（0.01mm）时，可判定为面板脱空，对脱空板应采用压浆稳板的处理办法。

（3）错台判断

在接缝处，缝两边的路面形成了台阶，对于高差小1.0cm的错台，应先采用浅层灌浆稳板处治，钻孔以钻穿面板1-2cm为宜，当面板抬升高度达到0.5mm，应换下一个孔压浆，如此反复压浆，直到板抬升到相应的高度。

（3）竖向位移判断

面板下沉的采用深层灌浆处治，压浆孔深度应低于路基顶面3~5cm。

2.5水泥混凝土板病害处治措施与工艺

对于裂缝病害的处理，在经济条件允许的条件下换板是较好的处理方案。

否则对于初等级的裂缝需进行深层注浆加固基层和底基层，并对面层的裂缝进行处理。

具体的处理方法如下：

2.5.1表面裂缝处理方法

对于仅存板表面尚未贯穿的裂缝，可在裂缝两边各30-40cm范围内凿一条深度为裂缝深度（如裂缝深度小于6cm，则取6cm）的槽，槽内各面保持粗糙。

将槽清理干净，先涂刷一层水泥净浆（起膨胀作用），水泥净浆的稠度以涂刷后用于指刮有痕无槽为宜。

约15分钟后，在槽内浇筑比原路面设计标号高一级的混凝土。

示意图见图2-18。

砼板裂缝60-80cm高一级标号砼

h≥h

处理前处理后

图2-18表面裂缝处理

2.5.2贯穿裂缝的处理方法

裂缝虽已贯穿板厚，但基层尚未受到影响（裂缝处无翻浆）。

其处理方法与表层裂缝基本相同，只是槽的深度缩为混凝土板厚。

槽内浇筑混凝土时加铺两层φ6间距20cm×25cm钢筋网，并在两边设缝缝，缝内填充沥青胶防止雨水渗入浸蚀基层。

贯穿裂缝处理示意图见图2-19。

砼板裂缝60-80cm

高一级标号砼

处理前　　　处理后

图2-19贯穿裂缝处理

2.5.3换板

将旧水泥混凝土板破碎，运走，清扫基层；用C20贫水泥混凝土修复松散基层，如有松软的淤泥块，还应切槽挖坑至坚硬基层。

基层表面要平整，要具有一定的横坡坡度，然后重新浇筑C35水泥混凝土板。



新浇筑的水泥混凝土面板应具有足够的强度及平整度。

水泥宜采用42.5级硅酸盐、普通硅酸盐或道路硅酸盐水泥，混凝土的设计强度以龄期28天为标准，抗压强度不得低于35MPa，抗折强度不得低于5.0Mpa。

粗骨料碎石最大公称粒径应不大于31.5mm，碎石中粒径小于75µm的石粉含量应不大于l％，经碱集料反应试验后，试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.10％。

技术指标见表2-5。

粗集料不得使用不分级配的统料，应按最大公称粒径的不同采用2～4个粒级的集料进行掺配，并应符合表2-6合成级配的要求。

表2-5水泥混凝土路面用粗集料技术指标

项目

技术要求

碎石压碎指标（%）小于

24

坚固性（按质量损失计%）小于

8

针片状颗粒含量（按质量计%）小于

15

含泥量（按质量计%）小于

1.0

泥块含量（按质量计%）小于

0.2

有机物含量（比色法）

合格

硫化物及硫酸盐（SO3质量计%）小于

1

岩石抗压强度

火成岩不应小于100MPa；变质岩不应小于80MPa；水成岩不应小于60MPa

表观密度（kg/m3）大于

2500

松散堆积密度（kg/m3）大于

1350

空隙率（%）小于

47

表2-6水泥混凝土路面用粗集料级配组成

筛孔尺寸（mm）

方筛孔尺寸（mm）

31.5

26.5

19.0

16.0

9.5

4.75

2.36

合成级配

通过率（以质量计）（%）

95～100

65～80

40～60

25～40

10～25

0～10

0～5

砂应洁净、坚硬，细度模数应在2.0～3.5，含泥量不大于2%，硫化物与硫酸盐含量不大于0.5%，其余技术指标应满足《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30-003）的有关要求。

级配应符合表2-7要求。

表2-7细集料级配组成

筛孔尺寸（mm）

方筛孔尺寸（mm）

4.75

2.36

1.18

0.60

0.3

0.15

通过率（%）

90～100

75～100

50～90

30～59

8～30

0～10

施工前还应对混凝土配合比进行严格试验，使其满足规范要求。

处理旧水泥混凝土板换新板应注意以下几点：



①破碎机械建议不用冲击锤，因其冲击力对周围板块基层有振动影响，最好用人工配合空压机，小型凿岩机也可；

②新浇的水泥混凝土板块的强度不小于原来板块的设计强度，其材料要求、配合比、施工工艺、质量标准等应符合有关设计与施工规范的规定要求；

③对于行车道与超车道之间纵缝内的传力杆钢筋，应予以保留或恢复；对于横缝（胀缝或缩缝）中的拉杆钢筋也应保留；

④对于连续换板也应对应于旧板留出纵、横缝。

2.5.4板角修补

板角断裂是从板角到斜向裂缝两端的距离的小于边长一半，裂缝面竖直并贯穿整个板厚。

按断裂的大小确定切割范围，用切割机切割边缘，用风镐凿除破损部分，打成规则的垂直面。

对有钢筋的，不应切断钢筋，若钢筋难以全部保留，需保留20~30cm，且要长短交错，原有的传力杆如果有缺陷应予以更换，然后浇筑混凝土。

与原有路面板的接缝面，应涂刷沥青，如为胀缝，应设置接缝板。

2.5.5板底压浆工艺与技术要求

压浆处治技术，是针对砼路面在使用过程内出现的板块脱空危害而提出的修复板底基层密实，确保板底均匀支撑的技术措施，其作用为：

通过压浆处治，可以充实板底脱空，恢复密实，改善面板的支撑状况，使砼板的受力状态符合设计原理，避免砼路面板过早损坏。

通过对板底脱空的压浆处治，由于压浆材料本身稳定性好，强度大，加上浆体的流动性能好，在压力作用下，有较强的渗透力，因而能够改善基层和路基的密实度和水稳定性，从而增加基层的稳定性，增强路面的使用寿命。

（1）材料要求

一般宜采用水泥砂浆，由水泥、粉煤灰、外加剂和水拌和而成，推荐使用的配合比为水泥：

粉煤灰：

外加剂：

水=l：

0.5：

0.12：

0.7；其3天抗压强度必须大于3MPa。

a.水泥：

为了提高硬化浆体的强度，特别是早期强度，应选用标号42．5级普通硅酸盐水泥，禁止采用矿渣水泥。

b．粉煤灰：

不得低于二级。

c.膨胀剂UEA：

膨胀率不得对灌浆材料功能产生影响，一般控制膨胀率为0.03～0.05％。

d.HZ型复合早强剂：

各项指标不得低于国家标准一等品的技术要求。

e.水：

宜采用天然纯净或自来水。

（2）施工工艺

a.定位：

根据外观及弯沉检测相结合的方法调查脱空板，标画钻孔位置。

如图2-4所示。

图中，d-灌浆孔孔直径；L-板长；b-板宽。

b.钻孔：

按标定的位置钻孔，钻孔深度到路基顶面。

图2-20灌浆孔布置（单位：

cm）

c.制浆：

按配合比将材料在灰浆拌和机中拌和，防止沉淀。

d.灌浆：

压力控制在0.5~1.0MPa左右，防止土路肩开裂破坏，注浆孔在灌浆头拔除后及时用木塞封堵，防止灰浆反流，所用木塞应保护8～10分钟即可拔除。

e.灌浆孔封堵：

木塞拔除后，用灰浆或取出的混凝土芯将灌浆孔封严。

（3）钻孔定位

每块混凝土板应钻4～5个孔，轻微裂缝板应钻5～6个孔，钻孔位置距砼板自由边和裂缝不得大于50~100cm。

（4）压浆施工技术要求

a.严格控制水灰比，各种材料的计量应准确无误，不得随意变更水灰比。

b.搅拌机在压浆过程中应保持搅拌状态，避免水泥浆沉淀与泌水，同时每次投料量应与灌浆量大致相适应，防止灰浆在搅拌机中存放时间过长。

c.灌浆时若发现灰浆已从压过或未压过的孔溢出时，应及时用木塞塞紧，10分钟后拔出木塞，且此孔无需再进行灌浆。

d.灌浆机压力达0.5～1.0MPa，或水泥灰浆从其它孔溢出，或从边缝、裂缝等处溢出时，将自动停机或人工停机，视为压满。

e.搅拌机、储浆筒内的存料数量不宜过多，应相互协调好。

储浆筒内的灰浆一旦出现离析应停止灌浆并查找原因，解决后才能继续灌浆。

（5）交通控制

灌浆完成后的板块，禁止车辆通行，待灰浆强度大于3MPa以上时方可开放交通，一般需要3天。

（6）灌浆质量检测方法

a．强度检测

每工作日随机制作灰浆试块3块，试模采用三联带底砂浆试模，试块7天（正常养护6天，饱水l天）的抗压强度不得低于5MPa，否则为不合格。

对于不合格的混凝土板应该重新压浆处理或换板。

b．弯沉差检测

压浆完成后3天，承包人应用JN-150黄河车及贝克曼梁对灌浆板逐板检测板接缝的弯沉值差，每块板测两点，当接缝两侧弯沉差超过0.05mm，或接缝两侧弯沉平均值超过0.20mm时则为不合格。

验收时监理工程师应进行抽检，抽检频率20％。

抽检段落内的弯沉差均应小于5（0.01mm），绝对弯沉值应小于20（0.01mm），否则应要求承包人全数检查，对不合格的砼板应重新灌浆处理或换板，直至满足要求。

采用两台5.4m弯沉仪，每块板随机检测一条横缝、一条纵缝，弯沉仪的支点应置于相邻未检测的砼板上，同时应避免前轴对弯沉仪的影响。

横缝检测时，后轴一侧双轮其位置在横缝边缘中部，后轴轮胎中心距横缝距离25～30cm，纵缝检测时，其位置在纵缝边缘中部，后轴一侧双轮轮隙距纵缝25～30cm。

第三章沥青加铺层设计方案的优化

依据“重交通道路旧混凝土路面加铺沥青层研究”（获得2005年度广东省科技进步二等奖）成果及其在深圳宝安城市道路和广州北环高速公路成功应用的工程经验，着重考虑反射裂缝的防治措施，对本项目沥青加铺层的结构和材料提出优化建议。

3.1反射裂缝防治措施

为了减少反射裂缝的数量和减缓反射裂缝的发展速度，20世纪60年代起国外即展开防治沥青加铺层反射裂缝的研究。

我国自20世纪80年代以来也进行过诸多研究。

这些研究主要集中在针对控制反射裂缝产生和发展的力学分析上，并提出了多种延缓反射裂缝的工程技术措施：

①合理的沥青加铺层厚度；②改善沥青加铺层性能；③设置中间应力吸收层；④处治好旧水泥混凝土路面等技术。

采用这些技术，可以延缓反射裂缝的出现。

其中，在旧水泥混凝土路面与加铺层之间设置中间夹层结构的处治措施效果最为明显。

使得温度作用下板长变化引起的接缝变化及车辆荷载作用下相邻板边的竖向位移被大变形率的材料所吸收，从而起到降低裂缝应力峰值的作用，同时还具有应力吸收层的作用。

烧毛土工布可应用于旧沥青路面、旧水泥混凝土路面的沥青加铺层底部或新建道路沥青面层底部，可减少或延缓沥青加铺层的反射裂缝，或半刚性基层、贫混凝土基层、碾压混凝土层上沥青面层的反射裂缝。

同时还可以减少沥青路面车辙和低温开裂，提高路面的使用寿命。

采用烧毛土工布应力吸收夹层来减少或延缓反射裂缝的出现。

有研究表明：

使用土工合成材料防止反射裂缝，沥青面层厚度可减薄36%，可减少车辙50%，延长道路使用寿命3~6年。

设置烧毛土工布应力消减夹层是防止旧水泥混凝土路面沥青罩面层反射裂缝的有效措施。

国内外对此有较多的研究，加铺烧毛土工布后，沥青罩面层反射裂缝明显降低。

在实施过程中可根据旧路面路况情况确定满铺或缝铺方案。

用于路面结构防止反射裂缝的烧毛土工布应具有以下一些工程特性：

1、良好的耐温性

沥青混合料热铺时温度达160℃左右，改性沥青温度更高，要求烧毛土工布在此施工温度下不仅不能熔化或软化，且能保持正常工作，故要求能耐170℃以上的高温;采用以聚酯为主要成份的长丝土工布能耐230℃的高温，是一种理想的路用土工材料。

2、强度要求

抗拉强度与单位面积质量等指标应满足表3-1的技术要求。

表3-1　烧毛土工布技术性能要求

试验项目

抗拉强度（kN/m）

单位面积质量（g/m2）

指标要求

≥8

≤200

根据《公路工程土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》JT/T519-2004规定，150g/m2产品基本能满足此要求。

3、良好的沥青浸渍性

一般施工是先均匀喷洒粘层沥青，再铺烧毛土工布，然后再均匀喷洒沥青透层，烧毛土工布应能吸收沥青并达到饱和，要求烧毛土工布有良好的沥青浸渍能力。

4、良好的柔性、抗蠕变性及耐磨性

柔性包括韧性与表面硬度两重含义。

韧性反映烧毛土工布吸收冲击能量的能力，它可以近似地以材料的抗拉强度与延伸率衡量;一般以CBR试验顶破强度来表示其表面硬度;抗蠕变性反映材料在长期荷载作用下的力学性能，在道路工程应用中是一个不可忽略的重要指标;耐磨性反映材料在重交通作用下的抗疲劳能力。

5、良好的均匀性

无纺土工布为