旧水泥路面加铺沥青面层反射裂缝防治分析

谌河水，伍昕茹

（1.江西华道工程技术有限公司，江西 南昌 330003；2.江西建设职业技术学院，江西 南昌 330209）

1 引言

旧水泥混凝土路面加铺沥青层反射裂缝防治技术是国内外道路工作者研究的热点问题，主要集中在以下两个方面：一是对加铺沥青层反射裂缝产生的力学机理进行研究；二是对如何延缓反射裂缝的产生、发展进行研究。目前常见的处理沥青加铺层反射裂缝的方法总体上可分为三大类：一是改变沥青混凝土加铺层的材料性能或加铺厚度；二是对旧水泥混凝土路面进行处治，如对旧水泥面板加固或进行碎石化处理；三是设置防裂夹层，如在水泥混凝土面板与沥青之间设置镀锌钢丝网、土工布或者土工格栅等。

国内外众多高校和科研机构的专家学者对旧水泥混凝土路面加铺沥青层反射裂缝展开了多方面的研究。廖卫东将线弹性假设、断裂力学和有限元数值模拟结合后，对应力吸收层的反射裂缝产生与发育进行了研究[1]。齐艳等人应用损伤理论对旧水泥路面沥青罩面的反射裂缝进行研究，模拟了真实荷载作用下沥青罩面中反射裂缝的产生和扩张过程[2]。符冠华对比不同材料加铺层在水泥混凝土板块的运动试验，定量得到了不同材料的结构抗反射能力的数值，提出了合理防治反射裂缝的措施[3]。王秉纲等人重点研究了有沥青上面层的水泥路面的荷载应力与分析方法[4]。Vanelstraete.A 等人基于三维有限元模型模拟了布置钢丝网防裂结构的沥青加铺层在温度和行车荷载作用下的应力分布[5]。

本文依托昌九高速公路共青南至工业园区连接线工程为分析对象，沥青面层与水泥混凝土旧路面之间设置了一层直径2.5mm 的镀锌钢丝网。分析了在汽车和温度荷载作用下的最大应力和最大变形，比较了有镀锌钢丝网沥青加铺层和无镀锌钢丝网沥青加铺层的强度和变形。原水泥混凝土路面和镀锌钢丝网现场铺设照片如图1～2 所示。

图1 水泥混凝土路面

图2 镀锌钢丝网铺设

2 有限元研究方法

本文应用有限元分析了无镀锌钢筋网、有镀锌钢筋网（钢筋网直径2.5mm）在气温20℃时的汽车荷载作用下所能承受的最大应力和最大变形两种工况。几何模型在DesignModeler 中建立，因模型具备对称特征，建立1/2 模型，施加对称边界条件。路面分为五层，路面结构计算参数如表1 所示。

表1 路面结构计算参数

3 计算结果分析

采用中等密度网格尺寸，网格全部采用六面体网格，无镀锌钢丝网沥青罩面和有镀锌钢丝网沥青罩面（钢丝网直径2.5mm）两种工况下划分网格分别如图3～4所示。

图3 无镀锌钢丝网

图4 有镀锌钢丝网（隐藏一半沥青观察）

根据钢丝网路面实际工作情况，分两种工况来计算其结构强度，温度荷载为20℃，需要的边界条件如图5～6 所示。

图5 无钢丝网路面边界约束

图6 有钢丝网路面边界约束

通过有限元分析得到20℃温度和汽车荷载作用下无钢丝网沥青路面整体最大变形为1.8668mm，最大应力为1.4898mpa；变形云图和应力云图如图7～8 所示。

图7 无镀锌钢丝网路面变形云图

图8 无镀锌钢丝网路面应力云图

在20℃温度和汽车荷载作用下有镀锌钢丝网（钢丝网直径2.5mm）整体最大变形为1.4753mm，最大应力为4.8062mpa；变形云图和应力云图如图9～10 所示。

图9 有钢丝网变形云图

图10 有钢丝网应力云图

4 分析结论

本文依托昌九高速公路共青南至工业园区连接线工程，在旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土时，无镀锌钢丝网和有镀锌钢丝网在20℃温度和汽车荷载作用下所承受的应力和变形，两种工况下的计算结果详见表2。

表2 两种工况下路面强度和变形

在相同温度的汽车荷载作用下，有镀锌钢丝网比无镀锌钢丝网夹层的路面变形可减少21%；有镀锌钢丝网比无镀锌钢丝网夹层的路面强度增加了3.2 倍。因此，在就水泥路面加铺沥青混凝土改造过程中，增加镀锌钢丝网夹层可以明显增加路面结构整体强度，有效降低路面结构沉降。