水泥路面加铺层设计方法-《铺面工程学（第2版）》

旧水泥路面上的加铺层也可选用水泥混凝土或沥青混合料方案［4，5］。

1.设计过程

与沥青路面加铺层设计过程基本相同，主要区别如下：

（1）调查路面损坏状况时，应重点调查破碎板块、开裂板块、板边角的破损状况，并逐个记录破损板块的位置和数量或按车道绘出破损状况草图，计算每公里断板率。调查纵、横向接缝拉开宽度、错台位置与高度，计算错台段的平均错台高度；调查脱空位置等；

（2）视路况每块板或每2～4块板选一测点，在横向接缝板边距板角30～50 cm处测定弯沉，用以全面了解水泥混凝土路面的承载能力情况；

（3）根据测定弯沉值或弯沉盆资料，选择典型路段测量横向接缝或裂缝两侧板边的弯沉值，以评价原混凝土板的承载能力、接缝传荷能力，并结合平均错台高度判断板底脱空情况；

（4）选择典型路面状况，分层钻芯取样，测定旧混凝土强度、模量等，分析破坏原因。

2.旧水泥路面处理

根据破损调查和承载能力测试资料，旧水泥路面可按表13-16进行处理。若路面结构承载能力不满足现有交通荷载要求，应采取补强措施。

表13-16　旧水泥路面处理方法

表13-16中，为横向接缝两侧板边的平均弯沉值，按式（13-9）计算。

式中　——平均弯沉值，0.01 mm；

Du——未受荷板接缝边缘处的弯沉值，0.01 mm；

De——受荷板接缝边缘处的弯沉值，0.01 mm。

ΔD为横向接缝两侧板边的弯沉差，按式（13-10）计算。

式中　ΔD——弯沉差，0.01 mm；

Du——未受荷板接缝边缘处的弯沉值，0.01 mm；

De——受荷板接缝边缘处的弯沉值，0.01 mm。

3.水泥混凝土加铺层设计

1）结构形式

根据现有水泥混凝土面层的结构损坏状况、接缝类型和布置、加铺层设计标高和横坡等条件，水泥混凝土加铺层可采用以下三种不同的形式铺设：

（1）结合式加铺层

该法系在经过彻底清理的旧面层上，涂以水泥砂浆或环氧树脂混合物组成的结合剂，然后铺筑水泥混凝土加铺层。由于加铺层同旧面层完全结合成整体，如果不采取措施，旧面层上的接缝和裂缝通常会反射到加铺层上。因此，加铺层的接缝位置必须同旧面层的接缝位置相吻合，并且采用同样的接缝类型和缝隙宽度。同时，这种结构形式仅适用于旧面层结构完整或者虽有一些不再继续发展的初期裂缝但已修复的情况。

（2）部分结合式加铺层

该法是直接在表面经过清理的旧面层上铺筑加铺层。由于新旧面层之间存在着部分结合，旧面层上的接缝和裂缝通常仍会反射上来。新旧面层的接缝位置要求相互配合，但接缝类型或缝隙宽度可以不要求完全相同。当旧面层的结构已严重损坏或虽然损坏而不太严重但尚未修复时，不可采用这种加铺层结构形式。

（3）部分结合式加铺层

该法是在旧面层和加铺层之间铺设2.5 cm以上的沥青混合料以分离新、旧面层。分离层可防止旧面层上的接缝和裂缝反射到加铺层上。因此，可以不要求新、旧面层的接缝位置相对应，也可适用于旧面层的结构严重损坏的情况。对于路面的标高和横坡需要调整的情况，也常采用这种结构形式。

2）厚度设计方法

水泥混凝土加铺层厚度的设计方法可采用经验法或解析法。

（1）经验法

经验法的基本思路是：先不考虑旧水泥混凝土面层，而是按新建水泥混凝土路面设计方法确定旧混凝土路面基层上需铺设的新混凝土面层的厚度；之后，按旧混凝土面层的损坏情况和加铺层的结构形式，确定旧面层的有效厚度；二者相减，即为所需的加铺层厚度。

依据上述基本思路，通过试验和使用经验总结，按式（13-11）计算加铺层所需厚度。

式中　h0——所需混凝土加铺层厚度，cm；

hd——按新建设计方法确定的旧基层上所需的新混凝土面层厚度，cm；

he——旧混凝土面层的厚度，cm；

n——指数，对于结合式加铺层，n=1.0；对于部分结合式加铺层，n=1.4；对于分离式加铺层，n=2.0；(www.xing528.com)

Cr——旧面层损坏状况系数。无结构缺陷，仅有少量初期裂缝，路面状况良好时，Cr=1.0；有初期角隅断裂，无进展性裂缝或接缝错台时，Cr=0.75；路面结构状况不良，严重断裂和接缝错台时，Cr=0.35。

结合式加铺层仅适用于旧面层的Cr=1.0的情况；部分结合式加铺层适用于Cr≥0.75的旧面层；分离式加铺层适用于Cr=0.75～0.35的旧面层。

设计结合式加铺层时，选用旧面层混凝土的弯拉强度作为设计强度。设计部分结合式加铺层和分离式加铺层时，则选用新的加铺层混凝土的弯拉强度作为设计强度。如果新混凝土弯拉强度同旧面层混凝土的弯拉强度相差0.7 MPa以上时，则要求对式（13-11）中的he进行修正，改为。其中，hb为以旧面层混凝土弯拉强度作为设计强度时，按新建设计方法确定的面层所需厚度。

旧面层的厚度和混凝土弯拉强度，通过钻取圆柱体试件确定。对板边、板中和板角隅不同部位处钻取的试件（至少20个）量取其高度后，按式（13-12）计算he。

式中　——旧面层的平均厚度，cm；

s——厚度量测值的标准偏差，cm；

λ——保证率系数，通常可取为1.0，也即85%的保证率。

对圆柱体试件进行劈裂试验，可量测到混凝土的劈裂强度，并按式（13-13）确定旧面层的设计劈裂强度fsp。

式中　——旧面层的平均劈裂强度，MPa；

s——劈裂强度量测值的标准偏差，MPa；

λ——保证率系数，通常可取为1.0，即85%的保证率。

旧面层的设计弯拉强度fr可按式（13-14）计算。

旧基层顶面的回弹模量可通过旧面层表面上的弯沉测定后，利用弹性地基板的挠度公式反算得到。为了避免温度梯度作用引起的板底脱空对弯沉测定结果的影响，测定工作应在夜间板顶温度等于或低于板底温度时进行。

结合式、部分结合式和分离式加铺层的最小厚度相应为10 cm，12 cm和16 cm。

（2）解析法

解析法是应用弹性地基板理论分析板内的应力，据此确定所需的加铺层厚度。

分离式加铺层能相对于旧面层板自由滑动。应力分析时，可把设加铺层后的结构看作是绕着各自的中和面弯曲的双层薄板。假设上、下两层板的曲率相同，则双层板所承受的总弯矩为上、下两层板各自承受的弯矩的总和。由此，可列出有关的弯矩和应力计算公式，见式（13-15）—式（13-17）。

式中　he，Me，De，σe——分别为旧面层的厚度、弯矩、板刚度和板底拉应力；

h0，M0，D0，σ0——分别为加铺层的厚度、弯矩、板刚度和板底拉应力；

E1，E2——分别为旧面层和加铺层的混凝土弹性模量；

Ds——双层板的叠加刚度；

Ms——双层板的总弯矩，按刚度为Ds的单层板确定。

结合式加铺层同旧面层完全黏结成整体。荷载作用下，双层板绕着一个中和面弯曲，由于上、下面层的E和h不同，各层内的应力分布不相同。

按弯曲刚度相等的原则，可以将双层板换算成单层板，其当量弯曲刚度Ds和中和轴位置hs可按式（13-18）和式（13-19）计算。

上述应力分析公式中均包含了加铺层厚度h0，因此，加铺层所需厚度的确定需采用试算法，即先假设加铺层厚度，按上述诸式算得上、下层底面的拉应力后，同容许弯拉应力相比较；在相差过大时，重新假设层厚，直到计算应力同容许应力相接近为止。

4.沥青加铺层设计

1）结构设计

沥青加铺层可设单层或双层沥青面层，视具体情况增加调平层或补强层等。加铺层设计应根据公路等级和使用要求、交通量、环境条件和纵、横向调坡设计，在处理破损原水泥混凝土板使其稳定的基础上，综合考虑防止反射裂缝措施，结合已有经验确定。

（1）在稳定的原水泥混凝土板上加铺沥青层时，对高速公路、一级公路（或中等及中等以上交通）厚度不宜小于100 mm，其他公路不宜小于70 mm。

（2）在原水泥混凝土路面上加铺沥青层时宜用热沥青或改性乳化沥青、改性沥青做黏层。为防止渗水、减缓反射裂缝及加强层间结合，宜设置20～25 mm厚的聚合物改性沥青应力吸收层、应力吸收膜，或铺设长纤维无纺聚酯类土工织物等。

（3）增加或完善路面结构排水系统和防水措施。

2）破碎板补强设计

（1）当原路面板接缝或裂缝处平均弯沉大于45（0.01 mm）以上时，宜采取打裂措施，消除原水泥混凝土板脱空，使其与基层紧密结合，稳定后再加铺结构层。

（2）当原路面板接缝或裂缝处平均弯沉大于70（0.01 mm）或水泥混凝土板较破碎时，可将板破碎成小块或碎石，作为下基层或底基层用。采用贝克曼弯沉仪或落锤式弯沉仪测定其当量回弹模量，按前文所述设计补强层和沥青层。