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江苏大学硕士学位论文
摘要
本文在调查了解国内许多旧路改造实践工程的前提下，结合盐城市解放路的改造实践，对水泥混凝土路面改造进行了系统的分析研究。主要内容如下：
（１）采用８结点三维等参元方法计算分析了带接缝的旧水泥混凝土路面上沥
青罩面层内的应力分布状况。计算表明，旧水泥混凝土板的模量、板长、板厚对
沥青面层中的荷载影响较小，但板接缝的宽度对罩面层荷载应力的影响不可忽
略，因此在对旧水泥混凝土路面进行处治时，水泥混凝土板接（裂）缝宽度应予以
充分的考虑，而有关水泥混凝土板的其他因数可作一般考虑。
（２）综合对比分析论证了目前国际上几种重要的水泥混凝土路面沥青罩面设计方法的特点、适用范围和不足之处，包括ＡＲＥ法、Ⅳ法、ＡＡＳＨＴＯ法、加州
大学伯克利分校的分析体系和寿命周期费用分析模型等。
（３）沥青罩面层中的反射裂缝取因于荷载应力和温度应力。影响反射裂缝的
因素除荷载因素和温度因素之外，路面结构特性对反射裂缝也有一定的影响，其
中罩面层与旧路面的粘性特性、罩面层模量、板的长度、罩面层厚度等对温度反
射裂缝有较大的影响：路面板接缝的传荷能力、罩面层模量、罩面层厚度等对荷
载性反射裂缝有较大的影响。
（４）通过对反射裂缝的产生机理进行详细的分析，研究聚脂玻纤、土工布和
玻璃纤维格栅在防治与控制反射裂缝中的作用机理，对其施工工艺进行详细的介
绍，并对比研究了聚脂玻纤、土工布和玻璃纤维格栅在旧路面改造工程中的优劣。通过环道实验对比分析，玻纤格栅在防止反射裂缝、抑制车辙的形成方面比土工
布更有效。
（５）经过盐城市解放南路水泥混凝土路面沥青罩面工程从旧路况的检测、沥青罩面层结构设计至施工各个环节控制的全过程实践，验证了本文所得出的结论是正确的，按本研究所提出技术要求和工作程序开展旧水泥混凝土路面沥青罩面工作，能够达到规范的要求，实际生产也方便实施，在生产应用方面具有较好的
指导价值。
关键词：旧路改造沥青罩面反射裂缝防治措施
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江苏大学硕士学位论文
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｍａｎｙｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｆａｓｐｈａｌｔｏｖｅｒｌａｙ
ｏｎ
ｏｌｄｃｅｍｅｎｔ
ｃｏｎｃｒｅｔｅ
ｐａｖｅｍｅｎｔｉｎｏｕｒ
ｃｏｕｎｔｙａｎｄｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｏｆＪｉｅｆａｎｇｒｏａｄｉｎＹａｎｃｈｅｎｇｃｉｔｙ，
ｔｌｌｉｓｐａｐｅｒ
ａｎａｌｙｚｅｓａｎｄ
ｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｏｌｄｃｅｍｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅ
ｐａｖｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ，ｉｎｃｌｕｄｅｓ：
（１）ＴｌｌｉＳＰａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｈｏｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｏｌｄｃｏｎｃｒｅｔｅｐａｖｅｍｅｎｔａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｌｏａｄｓｔｒｅｓｓｏｆａｓｐｈａｌｔｏｖｅｒｌａｙｂｙｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｇｒａｍ．ＡＤｒＮＡ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｌｄｃｅｍｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅｓｌａｂｍｏｄｕｌｕｓ，ｐｌａｔｅｌｅｎｇｔｈ，ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅａｓｐｈａｌｔｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｌｏａｄｉｓｓｍａｌｌｂｕｔｔｈｅｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｐｌａｔｅｊｏｉｎｔｌｏａｄｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅｏｖｅｒｌａｙｌａｙｅｒＣａｎｎｏｔｂｅｉｇｎｏｒｅｄ，ＳＯｔｈｅｏｌｄｃｅｍｅｎｔ
ｃｏｎｃｒｅｔｅ
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｐａｖｅｍｅｎｔ．ｔｈｅｃｅｍｅｎｔ
ｃｏｎｃｒｅｔｅｓｌａｂ
ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ（ｃｒａｃｋ）
ｓｌｉｔｗｉｄｔｈｓｈｏｕｌｄ
ｂｅ
ｆｕｌｌｙｔａｋｅｎｉｎｔｏ
ａｃｃｏｕｎｔ．ｗｈｉｌｅ
ｔｈｅｃｅｍｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅｓｌａｂｆｏｒ
ｇｅｎｅｒａｌｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｏｔｈｅｒｆａｃｔｏｒｓ．
（２）Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓｓｅｖｅｒａｌｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
ａｓｐｈａｌｔｃｏｎｃｒｅｔｅ
ｐａｖｅｍｅｎｔｏｖｅｒｌａｙｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｓｃｏｐｅａｎｄ
ｉｎａｄｅｑｕａｃｉｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅ
ＡＲＥ
ｍｅｔｈｏｄ，ＡＩ
ｍｅｔｈｏｄ，ＡＡＳＨＴｏ
ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ
ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣａｌｉｆｏｍｉａｉｎＢｅｒｋｅｌｅｙｍｅｔｈｏｄ．ａｎｄ
ｌｉ士’ｅｃｙｃｌｅａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍｃｏｓｔ
ａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌ，ａｎｄ
ＳＯｏｎ．
（３）Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｒａｃｋｓｏｆａｓｐｈａｌｔｏｖｅｒｌａｙｉｎｔｈｅｌｏａｄｄｕｅｔｏｔａｋｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔａｆｆｅｃｔｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｃｒａｃｋｉｎｇｌｏａｄ
ｆａｃｔｏｒｓ
ａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆａｃｔｏｒｓ．ｓｔｒｕｃｔｕｒａＩｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ｏｆｔｈｅ
ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｓｕｒｆａｃｅ
ｃｒａｃｋｓｈａｖｅｓｏｍｅｅｆｆｅｃｔ．ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｏｌｄｐａｖｅｍｅｎｔｏｖｅｄａｙｌａｙｅｒａｎｄｔｈｅｖｉＳＣＯＨＳ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｏｖｅｒｌａｙｌａｙｅｒｍｏｄｕｌｕｓ，ｐｌａｔｅｌｅｎｇｔｈ，ｔｈｉｃｋｎｅｓｓＯｖｅｒｌａｙ
ｏｎ
ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｈａｓｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅ
ｏｎ
ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｃｒａｃｋｉｎｇ：ｐａｖｅｍｅｎｔｌｏａｄｔｒａｎｓｆｅｒｊｏｉｎｔｓ，ｏｖｅｒｌａｙｌａｙｅｒ
ｍｏｄｕｌｕｓ，ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｏｖｅｒｌａｙｌａｙｅｒｏｆｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｃｒａｃｋｉｎｇ
ｏｎ
ｔｈｅｌｏａｄｈａｓ
ａ
ｇｒｅａｔｅｒ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ．
（４）Ｂｙ
ｄｅｔａｉｌｅｄ
ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇ，ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｈｏｗｔｈｅｇｅｏｔｅｘｔｉｌｅａｎｄｇｌａｓｓ
ｆｉｂｅｒｇｒｉｄ
ｐｒｅｖｅｎｔｓ
ａｎｄ
ｃｏｎｔｒｏｌｓｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ
ｃｒａｃｋｉｎｇ，ａｎｄ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｉｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｒａｆｔｓｉｎ
ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｉｒ
ａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓａｒｅ
ａｌｓｏ
ａｎａｌｙｚｅｄｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ
ｉｎｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄＣｏｍｐａｒａｔｉｖｅＡｎａｌｙｓｉｓ
ｂｙＲｉｎｇＲｏａｄ．ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓｇｒａｔｉｎｇｔｏ
ｐｒｅｖｅｎｔｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｒａｃｋｓ，ｉｎｈｉｂｉｔｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｏｆｒｕｔｓｍｏｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｈａｎｔｈｅ
ｇｅｏｔｅｘｔｉｌｅ．
（５）Ａｆｔｅｒ
ｔｈｅｌｉｂｅｒａｔｉｏｎｏｆＳｏｕｔｈ
Ｒｏａｄ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ，ａｓｐｈａｌｔ
ｃｏｎｃｒｅｔｅ
ｐａｖｅｍｅｎｔ
ｏｖｅｒｌａｙｐｒｏｊｅｃｔｆｒｏｍ
ｔｈｅｏｌｄｒｏａｄｔｅｓｔｉｎｇ，ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆａｓｐｈＭｔｏｖｅｒｌａｙｔｏ
ｃｏｎｔｒｏｌａｌｌ
ａｓｐｅｃｔｓ
ｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆ
ｐｒａｃｔｉｃｅ．ａｎｄｖｅｉｌｆｙｔｈｅ
ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｄｒａｗｎｉｓｃｏｒｒｅｃｔ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｉｓ
ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄ
ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｏｌｄａｓｐｈａｌｔｃｏｎｃｒｅｔｅｐａｖｅｍｅｎｔｏｖｅｒｌａｙｗｏｒｋｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅａｃｔｕａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｓａｌｓｏｅａｓｙｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔ，ｈａｓｇｏｏｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｕｉｄａｎｃｅｖａｌＤｅ．
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：
ＲｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎｏｆＯｌｄＣｅｍｅｎｔＣｏｎｃｒｅｔｅＰａｖｅｍｅｎｔ，Ａｓ：ｐｈａｌｔＣｏｎｃｒｅｔｅ
Ｐａｖｅｍｅｎｔ，ＤｉｓｔｒｅｓｓＨａｎｄｌｉｎｇ，ＤｅｓｉｇｎＭｅｔｈｏｄ
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江苏大学硕士学位论文
１．１引言
第一章
绪论
我国水泥混凝土路面始建于６０年代中期，８０年代以来，水泥混凝土路面在
全国迅猛发展，到２００８年底，全国水泥混凝土路面总里程已超过１００万公里。
水泥混凝土路面具有强度高，使用寿命长，维护保养费用低，抗磨耗能力强等优点。
但是其缺点也是明显的：①路面有较多的纵、横缝，行车舒适性差：②因为纵横缝较多，目前尚无高效的灌缝材料，投入使用后，灌缝难度大，效果差：③水
分易于渗入，从而损坏基层，及至损坏面层；④路面损坏后修复难度大。
我国现有的水泥混凝土路面，有相当一部分己接近或超过设计年限，有的虽
未达到设计年限，但由于交通量剧增，汽车轴载日益重型化或设计、施工等方面
的原因，出现磨光老化、板块破损断裂、局部沉降、接缝破坏或因局部开挖后回
填修补强度不足造成破损等各种病害，导致旧混凝土路面行车舒适性差，车速难
以提高。为了满足交通运输发展的需要，提高道路服务水平，美化环境，对旧水
泥混凝土路面进行改造处理已经成为一个迫切的任务。
由于沥青混凝土罩面改造施工方便、对交通的影响小，同时有效地改善了原水泥混凝土路面的行车性能，具有良好的经济效益与社会效益，因此得到广泛的
应用。旧水泥混凝土路面沥青罩面改造具有以下几方面突出的特性：
．
（１）由于下层是强度高的水泥混凝土板，提高了沥青路面结构的刚度，可以承受重交通的作用而减少车辙。
（２）显著改善水泥混凝土特别是碾压混凝土路面的平整度，尤其是接缝处的平整度，有利于提高行车速度、行车的舒适性和安全性。
（３）在表面破损较严重但仍具有足够强度的１日水泥混凝土路面上铺筑一层高
质量面层的复合式路面不仅可恢复其使用功能并可显著地延长路面使用寿命。
（４）可以大大降低水泥混凝土路面的噪声和扬尘，改善道路的环境状况。
１．２国内外旧路改造研究概况
在水泥混凝土面板上加铺沥青混凝土面层，原理上讲类似于复合式路面的设计，但由于原有水泥混凝土路面已经过多年的使用，混凝土板产生了许多破损，如：断板、错台、沉陷、啃边等；另一方面，经过长时问的使用，原有混凝土板下的基层和路基状态发生了变化，如：由于雨水的浸泡和行车荷载的作用导致路面承载能力下降、路基沉陷等。因此，在加铺沥青混凝土面层前需要对老路面进
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行全面的调查、评价。这是与一般复合式路面设计最大的不同点，也是设计的难
点。
目前，我国的《沥青路面设计规范》对旧水路混凝土路面加铺沥青面层还没
有明确的设计体系和设计指标。近些年来，国内一些设计单位，根据工程需要并
借鉴国外经验，从不同角度开展了不同深度的研究工作。
从国外的研究情况来看，旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层，只有美国沥青协会有一个比较完善的设计方法。它是通过相邻两块板的位移大小控制沥青混合料加铺层的厚度，认为相邻板的位移（沉降差）大于３ｍｍ就需要将板打碎处理。长安大学也对此进行了研究，通过力学分析和试验认为，位移（沉降差）
标准可改为５ｍｍ。对这个标准目前国内学术界还存在一些不同的看法。
纵观国内外水泥混凝土路面上沥青混凝土加铺层设计，首要之点是对原有混
凝土板的处理问题。目前有２种方案：一是直接将破损的板全部打碎，并将一些
尚完好的板打出裂纹，然后用重型压路机将破碎的板块压入路基，作为新建路面的基层或底基层，再在上面铺设基层和面层；二是对混凝土板进行比较全面彻底
的调查，分析病害的成因，对不同病害进行不同的处理之后再铺设面层（有的也
包括基层）。这２种方法各有优缺点。前者处理比较彻底，但打碎及压实混凝土板的工作量很大，在其上还要重铺基层，因此造价高，工期较长。后者造价和工
期都可减少或缩短，但由于原有路面板下的情况一般很难搞清，在处理时难免会
有些遗漏，因此可能会存在一些隐患。
由于旧的水泥混凝土路面上接缝、裂缝在车辆和温度的作用下极易反射到沥
青加铺层上，使沥青加铺层出现反射裂缝。若处理不当，工程在二、三年后路面
上就会出现开裂。这样，使用不久就需要修复，不仅经济效益受到损失，社会影
响也不好。
对于这种反射裂缝，国外早在３０年代就对其产生的机理开始了研究，并尝
试各种防治措施。最初的结构多为贫混凝土基层上修建沥青混凝土面层，然后是旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土。先后采用的防治措施有：锯切横缝，加厚
沥青面层，铺设应力吸收层，铺设土工织物，处治旧路面板等。
旧水泥混凝土路面上加铺沥青罩面层，包含刚柔两种结构形式，采用土工织物来防止、延缓反射裂缝，形成复杂的复合结构。对于这种结构，目前还没有一
个成熟的研究模型。因此，在设计罩面层厚度时，仍是沿用原有的设计方法和标准，没有考虑到使用土工织物后的变化，即缺少防止反射裂缝措施的旧水泥混凝
土路面上沥青加铺层的设计方法。
１．３反射裂缝的成因与防治措施
对于反射裂缝的产生和发展，一般认为：由于温度变化引起的混凝土板收缩
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和交通荷载驶过接缝、裂缝，在缝端附近的沥青混凝土材料内产生应力集中，由于接、裂缝处的沥青罩面层不能承受拉应力和剪应力，导致反射裂缝的产生和发展。温度变化时混凝土板的长度发生变化，在接缝、裂缝处诱发拉、压应力。若
此处的沥青面层拉伸强度不足，则很快出现裂缝。交通荷载驶过接缝、裂缝时，
除拉、压裂缝处外，缝两边的混凝土板还对加铺层产生剪切作用，也可诱发反射
裂缝的产生和发展。
反射裂缝的扩展模式，根据断裂力学原理可分为三种：张开模式、剪切模式和撕开模式。温度应力对应着张开模式，行车荷载对应着剪切模式。撕开式在罩
面层中不常见。通常认为，温度应力引起反射裂缝的产生，并参与了其最初的扩
展，而荷载应力加速了裂缝的扩展。
几十年的时间里，随着纺织业和材料技术的发展，国内外研究人员先后尝试
了防止或延缓反射裂缝的各种方法和材料。可以分为五种：锯切横缝，加厚沥青面层，铺设应力吸收层，铺设土工织物，处治旧路面板等。
锯切横缝。在沥青面层上，对准水泥混凝土路面上的接缝位置锯切横缝，在
横缝内填入封缝料，保持有效地密封，防止水或异物进入，有效防止了反射裂缝
的产生。在２０世纪９０年代，美国东北部１２个州的锯缝和灌缝的工程实践表明，这种方法对水泥混凝土板状况良好的路面结构，防治反射裂缝效果较好，而且要
求对横缝有效地密封，否则还会引起其他病害。
加厚沥青面层。采用较厚的沥青面层，一方面可以增加路面结构的弯曲刚度，
减少层内的弯曲应力和剪切应力；另一方面，裂缝从底面反射到顶面需要经历的
距离变长，这样可以延长路面的使用寿命。国内外的一些代表性工程实践表明，
采用较厚的沥青面层对延缓裂缝的反射有较好的作用，比如，京津塘高速公路采
用１５－＂－＇２０ｃｍ，日本东名高速采用２０＂－－－，３０ｃｍ，均得到了较好的效果。但采用这种
方案的经济代价高。
铺设应力吸收层。通常采用橡胶沥青混合料的高弹性低劲度夹层，厚度为ｌＯ＂－－＇５０ｍｍ，模量约为ＩＯ＂－＇ＩＯＯＭＰａ。其作用是改善沥青层和水泥混凝土的层间
结合状况，从而减少了由于温度引起的反射裂缝的产生，也减少了应力集中现象。
铺设土工织物。采用聚乙烯、聚丙烯或聚脂无纺织物及玻璃纤维等，置于沥青层底，对沥青混凝土起着加强的作用，而且也是一种防水层。当水泥混凝土板接缝较宽且未填封时，如果没有足够的沥青渗入织物，织物是无法起到防水作用，所用粘层沥青必须能填充织物。
处治旧路面板。主要是将路面板破碎成小块，然后用重型压路机压实稳定，
再铺设沥青加铺层。这样能将可能出现的应力降至最低，是目前较好的一种办法。
但这种方法需要专门的设备，费用较高。
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１．４本文研究的意义与内容
本文在调查了解国内外许多旧路改造工程实践的基础上，结合盐城市解放南
路的改造工程实践，对旧水泥混凝土路面沥青罩面改造工程进行了分析和研究，
主要研究的内容有：
（１）原有路面结构性能的评估
在沥青混凝土加铺罩面之前对旧水泥混凝土路面的损坏情况和结构状况进
行正确的评价是解决反射裂缝和保证加罩成功至关重要的一环，其前提就是要了
解旧水泥混凝土路面的结构特性对沥青罩面层中的应力和反射裂缝的影响。
利用三维有限元分析程序一ＡＤＩＮＡ分析旧水泥混凝土路面结构特性对沥青罩面结构的荷载应力状况的影响，对各种病害进行了详细的分析，并提出处理措
施。
（２）反射裂缝的防治与控制
通过对反射裂缝的产生机理进行详细的分析，研究土工布和玻璃纤维格栅在
防治与控制反射裂缝中的作用机理，对其施工工艺进行详细的介绍，并对比研究
了土工布和玻璃纤维格栅在旧路面改造工程中的优劣。
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第二章旧路面板结构特性分析及病害处理方法
２．１引言
旧水泥混凝土路面加罩沥青面层主要的问题是反射裂缝。而在沥青加罩之前
对旧水泥混凝土路面的损坏情况和结构状况进行正确的评价是解决反射裂缝和
保证加罩成功至关重要的一环，其前提就是要了解旧水泥混凝土路面的结构特性
对沥青罩面层中的应力和反射裂缝的影响。考虑到地基基础的半无限性，采用考
虑扩大基础的三维有限元方法进行旧水泥混凝土路面结构特性对反射裂缝的影
响分析是非常必要的。
本章应用经验证的三维有限元分析程Ｊ争一ＡＤＩＮＡ分析了旧水泥混凝土路面
结构特性对沥青罩面荷载应力状况的影响，包括：
（１）旧水泥混凝土板特性对反射裂缝的影响；（２）基础（基层＋土基）对反射裂缝的影响；
（３）基础脱空对反射裂缝的影响。为建立基于防治反射裂缝的旧水泥混凝土路面评价方法提供理论指导。
２．２复合路面结构三维有限元力学分析模型
本章采用８节点三维等参单元分析带接缝的旧水泥混凝土路面上沥青罩面层内的应力分布状况，旧水泥板接缝宽度为ｌｃｍ，接缝间不传递荷载。为了反映
半空间地基的特性，在分析时采用的扩大基础尺寸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）为１０ｍ×１６．０１ｍ
Ｘ９．０ｍ。单元网络划分的总节点数为６１３５个，罩面层单元数为１１２０个，旧混凝
土路面单元数为７９８个，基础为２５２０个。此外，为了考虑沥青罩面层与旧路面
之间不同的接触条件，以及旧路面板与基础之间的竖向连续、横向滑动的接触条件，分别在沥青罩面层与旧路面板之间、旧路面板与基础之间设置了虚拟的三维８节点正交各向异性单元２６６个，正交各向异性单元材料参数分别为：Ｅｚ、Ｅｘ、
Ｅｙ（弹性模量）、Ｖｘｙ、Ｖｘｚ、Ｖｙｚ（泊松系数）、Ｃ，ｘｙ、Ｇｘｚ、Ｇｖｚ（剪切模量），通过赋予上述９个参数不同的数值，可以模拟不同的层间接触条件。
应力分析时采用黄河ＪＮ．１００标准车型，轴重ｌｏｏＫＮ，轮压０．７ＭＰａ，双轮中
心距３２ｅｍ，轮距１８２ｃｍ。为了便于有限元分析，轮胎与路面接触面积理想化为
１８．９ｃｍ
Ｘ
１８．９ｃｍ的正方形，接触面积为３５７．２１ｃｍ二。荷载作用于临界荷位，如图
２．１。
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Ｉ型
Ｙ
图２．Ｉ荷载作用位置示意图
路面各结构层基本几何尺寸和材料特性参数列于表２．１。
表２．Ｉ路面结构几何尺寸和材料特性参数
Ｘ
几何尺寸锌向同性材料正交各向异性材料
结构层
（Ｘ×Ｙ×Ｚ）ｍ
Ｅ（ＭＰ舢
ｙ
Ｅｘ
Ｅｖ
Ｅｚ
Ｖｘｖ
Ｖｘｚ
Ｖｖｚ
Ｇｘｖ
ＧｘｚＧｖｚ
沥青层４×ｌｏ．０Ｉ×ｏ．０５
１２００
Ｏ．２５
界面层ｌ４ｘ（５＋５）×
０Ｏ
３０
０．０００ｌ
Ｏｏｏ
Ｏ
Ｏ
Ｏ
Ｏ
ＩＯ１０
ＩＵ混凝土
层４ｘ（ｓ＋ｓ）ｘｏ．２２
３００００Ｏ．１５
界面层２４ｘ（５＋５）×
Ｏ
Ｏ
３０
Ｏ
Ｏ
Ｏ
Ｏ
Ｏ０
０．０００ｌ
０００
基础
ｌＯ×１６．Ｏｌ×９８０Ｏ．３０
２．３旧路面结构特性对沥青罩面层荷载应力的影响
２．３．１旧水泥混凝土面板有关参数对沥青罩面层荷载应力的影响
与旧水泥混凝土面板有关的参数包括旧水泥混凝土板的模量、厚度、板的长
度、水泥板接缝宽度等。本章就这些变量对罩面层荷载应力的影响进行了计算分析。各结构因素的变化范围及对罩面层应力的影响结果分别列于表２．２一表２．５。
表中各参数的意义如下：
吒、听、吒一分别为Ｘ、Ｙ、Ｚ方向的应力；锄一ＹＺ方向剪应力；啊、吒、吧一主应力；
‰一最大剪应力；
‰肌一有效主应力。
由表２．２中的数据可知，随着水泥混凝土板模量的增大，罩面层中的荷载应力在逐渐变小，但变化幅度较小，水泥混凝土板模量由２００００ＭＰａ增大到
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４５０００ＭＰａ时，罩面层各应力降低１１％左右。因此，水泥混凝土板模量对罩面层荷载应力影响较小。
表２．２水泥混凝土模量对罩面层荷载应力的影响
模量
（ＭＰａ）
ａｘ
听
吒
锄
ｑ
吒
吒
％。
ｏ谚ｄｉｑｅ
２０００００．８５５１．１７０２．１３９１．１３１３．０１６０．８５２０．４７５１．２７１２．３７６２５００００．８３２１．１２５２．２６４１．１０７２．９４４０．８２８０．４４９１．２４８２．３２９３０００００．８１１１．０８８２．２１１１．０８５２．８７６０．８０７０．４２７１．２２４２．２８３３５００００．７９２１．０５６２．１６０１．０６６２．８１３０．７８７０．４０８
１．２０３２．２４０４０００００．７７４１．０２８２．１１３１．０４８２．７５５０．７６９０．３９０１．１８２２．２００４５０００
０．７５８
１．００３
２．０６９
１．０３２
２．７０２
０．７５３
０．３７５
１．１６４
２．１６３
表２．３
水泥混凝士板厚对罩面层荷载应力的影响
板厚
（ｃｍ）
吒
唧
％
锄
ｑ
吼
ｑ
％。
ｏ黝瞻ｅ
１８０．８７８１．１７８２．３９８１．１４３
３．０８８０．８７４０．４９１１．２９９２．４２９２００．８４６１．１３３２．３０８１．１１６２．９８５
０．８４２０．４６０１．２６３２．３５８２２０．８ｌｌ１．０８８２．２１１１．０８５２．８７６
０．８０７０．４２７１．２２４２．２８３２４０．７７９１．０４５２．１２０１．０５７２．７７３
０．７７４０．３９７１．１８８２．２１２２６０．７４９１．００７２．０３６１．０３０２．６６７Ｏ．７４４０．３６９１．１５４２．１４５２８
０．７２５
０．９７５
１．９６８
１．００７
２．５９８
０．７２０
０．３４９
１．１２５
２．０８８
表２．３中的数据反映了水泥混凝土板的厚度对罩面层荷载应力的影响，对比
各应力数值不难看出，同水泥混凝土板模量的影响相似，随着水泥板厚度的增加，
罩面层应力逐渐减小，但并不显著，水泥板厚度由１８ｃｍ增大到２８ｃｍ时，各应
力降低１８％左右。
表２．４水泥混凝土板长度对罩面层荷载应力的影响
板长（ｍ）
ｏｘ
听
吒
锄
ｑ
吒
ａ３气。
ｏ啦ｄ卧ｅ
４．００．８１５１．１０１２．２１２１．０９１
２．８８５Ｏ．８１００．４３２１．２２７２．２８８４．５０．８１２１．０９３２．２１１１．０８７２．８７９０．８０８０．４２９１．２２５２．２８３５．０Ｏ．８ｌｌ１．０８８２．２１ｌ１．０８５２．８７６０．８０７０．４２７１．２２４２．２８３５．５０．８０９１．０８０２．２ｌＯ１．０８２２．８７ｌ０．８０４０．４２４１．２２３２．２８０６．０
０．８０９
１．０７８
２．２１０
１．０８１
２．８６９
０．８０４
０．４２３
１．２２３
２．２７９
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表２．４的数据表明，当板长大于４．０ｍ时，板长对罩面层荷载应力的影响是
可以忽略的。
表２．５水泥板接缝宽度对罩面层荷载应力的影响
接缝宽度（ｃｍ）
吒
ｅｒｒｃｒｚｒｒｚ
ｑ
ｃｒ２
ｃｒ３ｒｍ“
ｏ伽¨ｅ
０．２１．１３６１．７８５２．７８ｌ２．７９１５．１１８１．１３９．０．５５６２．８３７５．０４５０．４１．０２２１．４６６２．６５８１．９０３４．０６７１．０２２０．０６６１．９９６３．６０９Ｏ．６０．９３５１．２９２２．４９３１．４９３３．５０４０．９３３０．２８７１．６１ｌ２．９５１Ｏ．８０．８６７１．１７５２．３４２１．２４９３．１４ｌ０．８６３０．３７９１．３８ｌ２．５５４１．０Ｏ．８１ｌ１．０８８２．２ｌｌ１．０８５２．８７６０．８０７
０．４２７１．２２４２．２８３１．２０．７６５１．０１９２．０９６０．９６５２．６６９０．７６０
０．４５ｌ
１．１０９２．０８ｌ１．６０．６９００．９１６１．９０７０．８０ｌ２．３６ｌ０．６８５０．４６６０．９４７１．７９５２．Ｏ
０．６３２
０．８４ｌ
１．７５４
０．６９ｌ
２．１４０
０．６２８
０．４６４
０．８３６
Ｉ．５９５
表２．５可以看出，接缝宽度对罩面层荷载应力有较大的影响，尤其当接缝宽
度较小时。随着接缝宽度的逐渐增加，罩面层中的应力逐渐变小，其中ｆ耵、仉、
ｋ。，变化幅度最大，接缝的宽度由０．４ｃｍ变化到０．２ｃｍ时，铴由１．９０３ＭＰａ增大
到２．７９１ＭＰａ，增加了３１．８％；ｑ由４．０５７ＭＰａ增大到５．１１８ＭＰａ，增加Ｔ２０．７％；％。
由１．９９６ＭＰａ增大到２．８３７ＭＰａ，增加了２９．６％。因此，接缝的宽度愈窄，对罩面层将造成愈大的损害。
综上所述，旧水泥混凝土板的模量、板长、板厚对沥青罩面层中的荷载应力
影响较小，但板接缝的宽度对罩面层荷载应力的影响不可忽略，尤其当接缝的宽
度较窄时。因此，在对旧水泥混凝土路面进行处治时，水泥混凝土板上的接、裂
缝宽度应予以充分考虑，有关水泥混凝土板的其他因素可作一般考虑。
２．３．２基础（基层＋土基）对罩面层荷载应力的影响
基础是水泥混凝土路面板的基本支撑体，虽然行车荷载通过水泥混凝土路面结构传至基层、地基的压力要比柔性路面下基础所承受的压力小得多，但基层、
地基的稳定性直接关系到水泥混凝土路面的使用性能，这一点已为广大道路工作者所认同，《公路水泥混凝土路面设计规范》ＪＴＪ０１２．９４中对基础项面的模量给出了适当的建议值。但基础对旧水泥混凝土路面上加罩沥青层的复合路面结构的影
响如何，至今讨论的不多，本章对此进行详细的探讨。
在分析基础对罩面层荷载应力的影响时，采用的基本路面结构同前，基础的
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江苏大学硕士学位论文
模量值由小到大分别进行了计算，结果列于表２．６。
由表２．６可以看出，随着基础模量的增加，罩面层中的各应力分量不断的降低。基础在由弱变强的过程中，基础模量初期的增长对改善罩面层中的应力的效
果是十分显著的，模量由ｌＯＭＰａ增大为４０ＭＰａ时，盯，由２．２４９ＭＰａ减小为１．３６３ＭＰａ，降低了３９．４％，其它各应力分量也都有较大幅度的降低．在基础模量
增大的后期，相应的应力变化并不显著，基础模量由１５０ＭＰａ增大到２００ＭＰａ时，
相应的各应力减小幅度在ｌＯ％左右。
由上述分析可知，当基础的模量很弱时，适当的提高基础的模量对改善复合
路面结构的整体结构强度、降低行车荷载对罩面层的损坏有较大的好处。这种现
象也隐示了在进行加罩沥青混凝土面层之前，对基础脱空进行适量的处治，对改善罩面层应力、有效地防治反射裂缝是十分显著的。同时也反映出了对水泥混凝土板下基础脱空现象分析的必要性。
２．３．３基础脱空对罩面层荷载应力的影响
防治反射裂缝的措施之一就是处治旧路面板，其中处治旧路面板下的脱空是
处治旧路面板类措施中的一项重要内容，许多试验证明其是一种有效的措施。但
处治前后罩面层中应力的变化情况，至今未见涉及。本章对不同脱空状态下的罩面层中的应力情况进行了计算分析，以为工程实践提供更好的理论指导。
在分析脱空范围对罩面层应力的影响时，仍采用了前述的基本路面结构和基
本计算参数。在讨论基础脱空范围的影响时，作了如下的假定：①基础在沿板的宽度方向上均存在脱空，而不是局部脱空；②基础脱空的深度为一个单元格的高
度，即５ｃｍ。基础脱空范围的变化通过不断地释放单元、变单元的模量和泊松比
来实现。
在此仅讨论三类脱空情况：
（１）非加载板底存在宽５ｃｍ的脱空，加载板下的脱空宽度分别为５ｃｍ、１０ｃｍ、
１８．９ｃｍ、３２ｃｍ、４９ｃｍ、７９ｃｍ；
（２）非加载板底存在宽１５ｅｒａ的脱空，加载板下脱空宽度分别为１８．９ｃｍ、３２ｃｍ、
４９ｃｍ、７９ｃｍ：
（３）非加载板底存在宽３５ｅｒａ的脱空，加载板下的脱空宽度分别为３２ｃｍ、
４９ｃｍ、７９ｃｍ。
由表２．７中的数值可以看出，（１）基础的脱空对接缝边缘罩面层内的应力有着较大的影响。随着基础脱生范围的增大，罩面层中的应力也相应地变大。脱空宽度由０变为５＋１８．９（ｃｍ）时，应力万，由Ｏ．８１ｌＭＰａ增大为１．０３６ＭＰａ，增大了２７．７％；巩由１．０８８ＭＰａ增大为１．３２６ＭＰａ，增大了２１．９％；仃７由２．２１１ＭＰａ增
大为２．９０４ＭＰａ，增大了２３．９％；ｆ啊由１．０８５ＭＰａ增大为１．２９７ＭＰａ，增大了１９．５％。
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当脱空范围增大到５＋７９（ｃｍ）时，仃，的增幅为６６．２％，巩的增幅为５２．３％；仃，的增幅为７４．４％，ｒｒｚ的增幅为４７．８％。（２）随着非加载板板底脱空范围的扩大，罩面层中相应的应力在逐渐变小。当加载板板底脱空宽度为３２ｃｍ时，非加载板板底脱空宽度由５ｃｍ．１５ｃｍ．３５ｃｍ时，应力仉由１．４１４ＭＰａ－１．３８４ＭＰａ－１．３３７ＭＰａ，降低的幅度非常小。之所以出现略微降低的现象，主要是因为非加载板板底脱空宽度愈大，在旧水泥板接缝两侧所造成的剪切效果愈小，由竖向剪切位移引起的
沥青层与水泥板之间的竖向拉应力（ｔｒｚ）就会相应地降低。
基于以上分析，可以得出如下结论：①旧水泥混凝土板的模量、板长、板厚对沥青罩面层中的荷载应力影响较小，但板接缝的宽度对罩面层荷载应力的影响
不可忽略，尤其当接缝的宽度较窄时。因此，在对旧路面板进行基于反射裂缝的评价时，水泥混凝土板的接、裂缝宽度应予以充分考虑，有关水泥混凝土板的其他因素可作一般考虑。②当基础的模量很弱时，适当地提高基础的模量对改善复合路面结构的整体结构强度、降低行车荷载对罩面层的损坏有较大的好处。③基
础的脱空对接缝边缘罩面层内的应力有着较大的影响，随着基础脱空范围的增大，罩面层中的应力也相应地变大。在加罩沥青面层之前，处治旧水泥混凝土板下的脱空对防治反射裂缝是十分有效的。
表２．７基础脱空范围对罩面层荷载应力的影响
脱空范围
吒听
ｃｒｚｒｒｚ
ｑ
ｃｒ２
ｔｒ３
％。
ｏ移ｄ沁ｅ
Ｏ０．８１１１．０８８２．２ｌｌ１．０８５２．８７６０．８０７０．４２７１．２２４２．２８３５＋５０．９２３１．２１２２．５５１
１．１９０３．２５３０．９１９Ｏ．５１５１．３６９２．５６０５＋１００．９６６１．２５５２．６８７
１．２３０３．４０００．９６２０．５４６１．４２７２．６７０５＋１８．９１．０３６１．３２６２．９０４１．２９７３．６４０１．ｔ）３２０．５９５１．５２３２．８５２５＋３２１．１１９１．４１４３．１５７１．３７８３．９２４１．１１４０．６５２１．６３６３．０６７５＋４９１．２００１．５２２３．４６４１．４７７４．２６９１．２１４０．７２１１．７７４３．３２９５＋７９１．３４７１．６５７３．８５５１．６０４
４．７ｌｌ１．３４１０．８０７１．９５２３．６６６１５＋１８．９０．９８７
１．２９０２．７３８１．２４９３．４６３０．９８３０．５６９１．４４７２．７ｌｌ１５＋３２１．０７２１．３８４２．９５５１．３３２３．７５３１．０６８Ｏ．６３ｌ１．５６ｌ２．９２８１５＋４９１．１７７１．５０１３．３１１１．４３６４．１１４１．１７２Ｏ．７０５１．７０３３．１９８１５＋７９１．３１２１．６５０３．７１９１．５７ｌ４．５７５１．３０７０．７９９１．８８８３．５４９３５＋３２０．９８９１．３３７２．７００１．２５２３．４５００．９８５０．５９０１．４３０２．６８４３５；＋４９１．１００１．４７０３．０２３１．３６３３．８２３１．０９６０．６７４１．５７４２．９６１３５＋７９
１．２４６
１．６４ｌ
３．４５４
１．５ｌＯ
４．３１８
１．２４２
０．７８２
１．７６８
３．３３０
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２．４旧路面结构特性检测
旧路改造检测是补强设计的基础，一般路面性能评价包括：路面破损、平整度、强度和摩擦系数、弯沉值等指标，再由此得到路面计算指数，确定养护方案，而旧路改建工程中的检测就是为补强设计提供基础参数。
在旧路改造的路面检测中，最重要的指标是强度和破损两项指标。因为旧路
的强度等级在经过一定期限的运营之后强度指标变差，必须进行补强。在补强设计之前，除需要了解交通量等指标外，现有路面的强度也是补强设计的依据。只
有对路面强度有一定的数据基础，才能综合考虑原有路面不同路段强度差异的影
响，在补强设计中正确对待。
路面补强之前对原路面进行病害调查的目的不仅仅在于了解路面破损率，更
重要的是为了防止原有路面因自然和行车等因素产生的病害危害加铺的补强层，
因此必须对原路面的破损进行治理。破损调查时不仅注意要调查病害的面积、类型，更重要的是分析其病害程度。
在确定路面破损程度的调查中，钻孔取芯是不可缺少的。用取芯的方法比较
直观，不仅能够查明病害产生的原因及深度，为路面的破损治理提供基础，而且
可以测得路面各结构层厚度、进行压实度试验。用取芯方法检验路面内部情况直
观方便，结果准确明了。但是，由于该种检测手段对路面带有一定的破坏性，因此取样不可能过多、过密，需间断进行，属于抽样检测。
对于路面性能评价中的平整度和抗滑两项指标，在旧路改造的检测中不属重
点考虑之列。
随着科学技术的发展，国内公路现场检测仪器也在不断发展，许多检侧新技
术已广泛应用，使路面检测手段更为快捷、准确、简便和安全。常用的有两种方
法：落锤式弯沉仪和道路雷达。
采用落锤式弯沉仪对路面每半幅行车道每隔５０ｍ进行一次弯沉测量，通过
对路表弯沉及动态弯沉盆的检测，结合路面各结构层的厚度值，反算得到路基及
路面各结构层的回弹模量，作为补强设计的依据。
采用道路探地雷达连续探测路面各结构层厚度及路面各结构层间的密实性、均匀性。探地雷达是近年来应用于浅层地质构造、岩性检测的一项新技术，其特点是快速、无损、连续检测，并以实时成像方式显示地下结构剖面，使探测结果一目了然，分析、判读直观方便。因探测精度高、样点密、工作效率高而倍受相关行业的关注。目前，国内己有部分公路检测开始应用该项技术，取得了较好的效果。运用该项技术对全路段进行连续检测，并结合钻孔进行对比、标定，总结评价全路段的路面结构层内部状况。
采用新技术能够提高工作效率，但为了与习惯上原有的指标相比较，利用新技术检侧时一般选取相同路段与常规检测方法进行对比试验。例如落锤式弯沉仪
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与贝克曼梁检侧结果相比较；钻孔取芯测定的各结构层厚度与道路雷达的检测结果相比较。图２．２是贝克曼梁与落锤式弯沉仪检测结果的比较曲线，从图上可以看出，两条曲线拟合度较高。
“
图２．２贝克曼梁与落锤式弯沉仪检测结果对比曲线
旧路路面的检测是作为设计依据进行的试验检测，对各种检测手段的结果进行综合分析可以确定补强方案。通过采用强度检测和破损调查结果，检侧路段弯
沉值、路面破损情况。根据当前路面状况，应本着尽量利用旧路的原则，提出翻
修和加铺相结合的改建方案。即对破损较重，强度较低的路段进行翻修，强度较
高的路段在对破损部分进行修补之后加铺补强层。翻修和补强的材料及厚度则结
合交通量等其它资料分别计算，达到经济合理改造现有公路的目的。
２．５调平层设置
调平层是指设在水泥混凝土板与沥青混凝土面层之间的一个结构层。
旧水泥混凝土路面大部分板底存在脱空、板缝处传力杆失效、接缝处传荷能
力及板的承载力下降、局部区域出现严重的错台和断板现象。国内外研究表明，
沥青加铺层抵抗反射裂缝的能力为ｌｃｍ／年左右，而目前我国在加铺层设计时一
般采用较薄的沥青面层（５—１０ｃｍ），满足不了设计使用年限的要求。因此，从
抵抗反射裂缝的角度出发，必须设置一定厚度的调平层。
目前，在旧水泥混凝土路面上设计调平层的类型主要有沥青混凝土调平层、
沥青碎石调平层、水泥稳定碎石调平层、级配碎石调平层等几类。
采用沥青混凝土作调平层，具有密水性和抗疲劳性能好的优点。沥青混凝土孔隙率的大小与沥青混凝土的抗疲劳性能有较大的关联，孔隙率小，其抗疲劳性能好，沥青混凝土的用油量大，其抗拉强度较高，低温性能较好，但造价较高。
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采用沥青碎石作为调平层，用沥青材料作为胶结料，可增强矿料的粘接力，提高混合料的强度和稳定性。沥青碎石的强度比级配碎石的高，刚度比水泥稳定
碎石小，是优于级配碎石和水泥稳定碎石的结构。但沥青碎石的抗拉能力小，孔隙率较大，老化很快，疲劳寿命短，水损害严重，影响其路面的耐久性。采用沥
青碎石作为调平层的设计方案，比采用沥青混凝土的水稳性、抗疲劳性能和耐久
性要差，但造价较低。
采用水泥稳定碎石作为调平层，具有良好的整体性、足够的力学特性、抗水
性和耐冻性。其初期强度较高，且随龄期增长而增长，应用范围很广。但由于水
泥稳定碎石是一种半刚性结构层，在强度形成过程中不可避免的会产生收缩裂
缝。裂缝在荷载与温度作用下会形成反射裂缝，在多雨的地区，会使沥青路面产
生水损害，路面出现早期破坏，降低路面的使用寿命。另外，由于水泥稳定碎石的刚度大，变形能力小，对于延缓旧水泥混凝土板的接缝反射是不利的。
采用级配碎石作调平层，具有透水性好、水稳定性好、强度不随温度变化等优点；但其整体强度小，使面层底部的拉应力增大，从而使沥青混凝土的抗疲劳
性能降低，整个结构的疲劳寿命缩短，使用周期降低。同时，由于其刚度小，易
产生永久变形，使面层易形成车辙，降低路面的使用功能。由于水泥混凝土路面有接缝，必须使级配碎石在整个路幅进行铺设，并在级配碎石底部设置防水层，
以免雨水下渗于旧混凝土板中。
以上分析了调平层设置的必要性、调平层类型选择与主要的影响因素。在旧
水泥混凝土路面沥青罩面改造中，如果经费许可，宜尽量选择沥青混凝土作调平层的方案。
２．６病害处理
水泥混凝土路面在长期的使用过程中，不可避免地出现磨光、板块破损断裂、局部沉降、接缝破坏等各种病害。在对旧水泥混凝土路面进行沥青罩面改造工程
中，必须先对原路面的病害进行处理。
２．６．１板块断裂的处理方法
板块断裂的处理应根据其损坏的程度不同而分别对待。处理的方法主要有裂
缝修补法、局部修补法、整板更换法３种。
２．６．１．１裂缝修补法
（１）宽度小于１．５ｒａｍ的裂缝，宜采用聚硫改性环氧树脂（ｍ（聚硫橡胶）：ｍ
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（环氧树脂）＝１６：２＂－＇１６的比例配制而成），其抗拉强度可达３２ＭＰａ。
（２）宽度在１．５．２．５ｍｍ的裂缝，宜采用聚胺脂（ｍ（多元醇和多异氰酸脂预聚体）：ｎｌ（固化剂）＝１００：２７的比例配制而成），这种材料的特点是耐低温、气候适应性强，在潮湿及碱性介面处，能与介面紧密结合，其抗弯拉强度可达６．５ＭＰａ。
（３）宽度在３ｍｍ左右的裂缝宜采用日产ＢＬ．ＧＲＯＵＴ高分子粘结剂（ｍ（主剂）：ｍ（固化剂）－－－２：１的比例配制而成），其抗弯拉强度可达６．５ＭＰａ，具有收缩性小、粘度低、耐老化和延伸性好等优点，但要求介面干燥，不利于雨季施工。
灌注粘结剂前应注意用配有特制喷嘴的空气压缩机等设备将裂缝内的杂物
清除干净。
２．６．１．２局部修补法
（１）对于轻微断裂，裂缝轻微剥落、裂缝宽度在３－５ｍｍ的断板，先沿缝按
３－－５ｍｍ宽画线放样，按画线范围开凿成深５＂－＇７ｃｍ的长方形凹槽，将凹槽洗刷
干净后用快凝聚合物水泥混凝土捣实填平即可。
（２）裂缝宽度在５ｍｍ以上的断板，则应将凹槽凿至贯通整块板，清除掉一块旧板，在凹槽一侧板厚中央打直径４０ｍｍ的孔，孔深１０＂－－＂１５ｍｍ，水平间距３０～
５０ｃｍ，将每个孔内放入一根直径１８＂－＇２２ｍｍ的二级钢筋，然后用快凝高强水泥砂浆灌孔捣实，待砂浆干硬后用快凝早强聚合物水泥混凝土捣实填平。
２．６．１．３整板更换法
对于严重断裂，裂缝处有严重剥落且有错台、裂块已开始活动的断板，需要更换整块混凝土板。新旧板块接缝处应按上述局部修补法设置传力杆。
２．６．２唧泥的处理方法
对于出现唧泥现象的水泥混凝土板可在板下脱空区域填充刚性或半刚性的
材料，以阻止板边产生较大的竖向位移。对于较大的脱空区，为降低处理成本，
可考虑采用快硬早强聚合物水泥砂浆或混凝土（聚合物在水泥砂浆或混凝土中最
佳掺量为１５＇／＇，－．２０％）等刚性材料填充，然后用聚胺脂微孔泡沫等材料封缝。灌注混凝土或粘结剂前应将脱空区域内的泥土等杂物清除干净。对接缝完好的板块宜采用钻孔灌浆法施工，具体方法是沿接缝用冲击电钻打一排直径２０ｍｍ的孔槽，用压缩空气喷枪伸入槽内清除混凝土残渣，然后向脱空区灌注聚合物水泥混凝土，待混凝土凝固后，以ＬＰＣ．８９接缝密封胶等材料封缝。
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２．６．３接缝碎裂的处理方法
接缝是水泥混凝土路面的薄弱环节，接缝两侧易被倾斜剪切挤碎。横向缩缝
一般都设有传力杆，但随着接缝的碎裂，传力杆也相继失效，相邻混凝土板之间
的约束消失，从而增加了板块的自由度。水泥混凝土胀缝因传力杆安装平行度不够、漏装套筒、传力杆沥青涂层过厚或脱落、留缝过宽、缝内填料老化散失等原因而具有相当高的破坏率。由于接缝的破坏，混凝土板上的沥青罩面层出现反射
裂缝的可能性增加。
２．６．３．１缩缝碎裂的处理方法
处理有传力杆碎裂缩缝的方法需解决两个问题：（１）恢复传力杆的传力作用；
（２）满足板块伸缩的要求。具体的处理方法是，沿接缝纵向将缝一侧宽３０＂－－－４０ｃｍ
范围内的混凝土板凿去１／２，－－－３／５板厚（使传力杆一端外露），将缝另一侧的混凝土
碎渣清除干净，剥除外露传力杆的混凝土残体，在传力杆上涂一层１．５ｍｍ厚的
沥青层，在原缝位置设置单层聚氨脂硬泡沫板（规格为４０００ｘ１２００×（２０～
２００）ｒａｍ），然后用略高于原混凝土板强度的快凝早强聚合物水泥混凝土将缺损区域填至与原路面板平齐即可。
２．６．３．２胀缝碎裂的处理方法
在邻近桥梁或其他固定构筑物处、与柔性路面相接处、板厚改变处、隧道口、小半径平曲线和凹形竖曲线变坡处，一般都设置有ｌ～２条胀缝，但由于材料选
用或施工工艺、质量等原因，旧水泥混凝土路面胀缝的破坏率相当高，对于破坏
较严重的胀裂需重新设置。重设胀缝的具体构造可参照《公路水泥混凝土路面设
计规范》ＪＴＪ０１２．９４中所示的滑动传力杆型设置。对于边缘钢筋型，建议采用４根直径１２～１６ｍｍ的钢筋分两层沿与胀缝平行的方向对板边易碎区加固。新浇混
凝土板的宽度不宜小于１．２ｍ，且应在旧混凝土板边采用钻孔灌浆法设置传力杆，
使新旧混凝土板紧密衔接。新浇混凝土时应在缝顶预留深ｌｃｍ、宽３０ｃｍ的槽，
待混凝土凝固后，在槽内铺宽２０＂－－－２５ｃｍ、厚０．８～１．Ｏｃｍ的钢板将胀缝盖住，在
钢板上铺土工织物后加铺ＡＣ罩面层。
在滑动传力杆型胀缝施工过程中应注意：
（１）滑动传力杆应平行安装，施工操作时应设置外侧定位横板，以免传力杆中心线与板面及路面中心线不平行。
（２）传力杆一端必须安装至少１０ｃｍ长的套筒，并留３ｃｍ空隙填充纱头。
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（３）传力杆沥青涂层不可太厚（要小于１．５ｒａｍ），且厚度要均匀。
（４）预留槽（放钢板）的槽底应平整，且在钢板与槽底面间均匀地铺一层厚２ｍｍ沥青涂层。
（５）胀缝内不宜填充任何材料，防止水泥混凝土板块自由伸缩引起上盖钢
板的拱起而导致ＡＣ罩面层产生反射裂缝。
２．６．４错台的处理方法
对于高差大（大于１．５ｃｍ）的错台，应将其高出部分凿除，高差较小的错台可
采用沥青砂填平。如不对错台进行处理就直接在其上面铺土工织物加ＡＣ罩面，
那么土工织物的作用就得不到有效发挥，而且会加速土工织物及罩面层的破坏。
２．７小结
本章运用三维有限元分析程序一ＡＤＩＮＡ分析了旧水泥混凝土路面结构特性
对沥青罩面荷载应力状况的影响，包括：（１）旧水泥混凝土板特性对反射裂缝的
影响；（２）基础（基层＋土基）对反射裂缝的影响；（３）基础脱空对反射裂缝的影
响。为建立基于防治反射裂缝的旧水泥混凝土路面评价方法提供理论指导。以及
对各种病害进行了详细的分析，并提出相应的处理措施。
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江苏大学硕士学位论文
第三章水泥混凝土路面沥青罩面层的设计方法研究
在旧水泥混凝土路面上进行沥青面层罩面，是改善其使用性能和提高其承载
能力的一项常用措施，然而由于旧路面层有接缝和裂缝，沥青路面容易产生反射裂缝问题。反射裂缝是由于旧水泥混凝土面层在接缝、裂缝附近的位移引起接缝、裂缝上方的罩面层内出现应力集中所造成的。我国目前还未制定旧水泥混凝土路
面上沥青路面罩面设计规范，而国外罩面层厚度设计主要应用经验法确定，如美国沥青协会（ＡＩ）的弯沉法，认为旧水泥混凝土面层接缝（或裂缝）处的弯沉量和弯沉
差是引起沥青罩面层开裂的主要原因，因为轮载的施加速度远高于温度变化产生
的面层板伸缩位移的速率。因而，此方法以控制接缝或裂缝处的板边平均弯沉值
和弯沉差为设计要求。地沥青协会根据旧混凝土面板的长度和当地的年平均温度
差（为最热和最冷月的日最高温度与日最低温度差的３０年平均值）提出了地沥青
罩面层厚度建议表；美国陆军工程师部队（ＣＯＥ）的补足厚度缺额法，是为机场罩面层制订的设计方法，该方法按现有地基的承载能力，计算确定满足未来交通要求所需的面层厚度，而旧面层厚度与此厚度的差值便为所需补充的罩面层厚度，旧面层的厚度按面层的结构损坏情况给予不同程度的折减。美国ＡＡＳＨＴＯ的路面设计
指南也采用补足厚度缺额的概念确定沥青罩面层的厚度，但不考虑罩面后旧水泥
混凝土面板的进一步开裂。上述三种设计方法均属经验设计法，是针对某国家或
地区的特殊情况下提出来的，没有推广意义，而且设计方法本身力学概念不明确，
理论分析不充分。
３．１设计指标的提出和设计原则
３．１．１设计指标
通过对破坏形式的分析，考虑到不可能为减少车辙变形量而减少罩面层厚度。针对路面结构特点，通常从选择罩面层材料和进行材料组成设计，提高其抗温缩开裂和车辙的能力。设计过程需考虑的破坏为：因荷载和温度作用而产生反射开裂和层间界面的剪切破坏。
（１）设计指标
直接指标：沥青混凝土罩面层在接缝处产生的竖向疲劳剪应力≤沥青混凝土的抗剪强度。
间接指标：接缝两侧的弯沉差≤容许值。采用旧水泥混凝土板在接缝处的弯沉差来评价反射裂缝产生的可能性，并将其值作为是否应对地基进行处理的依
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据。
（２）验算指标
沥青混凝土罩面层产生的最大荷载和温度型疲劳拉应力≤抗拉强度；沥青混凝土罩面层与１日水泥混凝土界面之间产生的疲劳剪应力≤界面抗剪强度。
３．１．２设计原则
在对旧路面板处理后，进行罩面层厚度设计的目标就是控制和减少沥青面层
反射裂缝的产生。而从其产生的原因来分析：对于张开型反射裂缝主要是由于温
度收缩引起；对于剪切型反射裂缝主要从罩面层厚度设计中来考虑。同时，应保证在沥青罩面层与旧水泥混凝土界面不发生剪切破坏。从罩面层类型和材料组成
设计上，确保其车辙变形控制在要求的范围内。
罩面设计方法力求简单、实用，罩面层设计参数与现行沥青路面设计规范一
致。
３．２设计指标的计算
３．２．１竖向剪应力的近似计算
在荷载作用下，旧水泥混凝土路面上沥青罩面层产生的剪切型反射裂缝，可用
竖向剪切的受力状态来加以分析。车轮作用在裂（接）缝的－－倾ｓｊ，因而在接缝的两侧便会产生不同的弯沉值，从而使沥青面层产生竖向剪应力。在这种剪应力的重复
作用下，如果沥青面层的抗剪切强度不够，会造成沥青面层的反射开裂。本文借助
接缝两侧的弯沉差、轮胎的接地半径、接缝的宽度，提出如下竖向剪应力的计算
公式。计算简图如图３．１所示。
图３．１剪应变计算示意图
竖向剪应力近似计算：ｆ＝Ｇｖ≈Ｇ（ｗＬ一％）／（艿＋△工）
（３．１）
式中，６为标准轮载接地半径，ｃｍ；ＡＬ为旧水泥混凝土路面板的接缝宽度，