刚柔复合式路面技术难点与存在问题

刚柔复合式路面技术难点与存在问题

述，分析了RCC+AC和CC+AC两种典型的复合式路面结构在我国的应用前景，并对其存在的问题进行了探讨，给出了解决问题的可行之途径，最后针对刚柔复合式路面研究现状提出了须着重研究解决的技术难点和问题。

1. 概述

随着社会经济的不断发展，公路尤其是高速公路在带动区域经济发展中扮演越来越重要的角色。随着筑路技术和水平的不断提高，各种新材料、新设备、新工艺、新结构层出不穷，人们对路面的要求也越来越高。高速公路不仅要求满足快速、安全、舒适，还要求具有足够的耐久性和良好的经济性。广东地处东南沿海，经济发达，交通需求量大，超载超限运输屡禁不止。从实践来看，常规沥青路面在应对重载交通（超载、超限）能力有限，虽然采用了改性沥青，沥青高温等级也逐步提高（如采用PG82），采用骨架密实型混合料，通过不断优化混合料级配以提高混合料抗剪强度，减少车辙，但实际效果均不十分理想。采用水泥路面其舒适性又难以保证，一旦出现断损坏将严重影响高速公路行车安全，且维修困难，对路面交通影响较大。因此，研究一种新的路面结构以适应当前交通发展的需要迫在眉睫。新路面结构既要满足结构承载力要求，能够抵抗重载交通，又要满足高速行车安全性和舒适性要求，且养护维修方便，路面主体结构的使用寿命长，全寿命周期费用少。结合

本公司多年从事路面研究和实践的经验和成果，借鉴国内外长寿命路面研究成果，笔者认为采用水泥刚性基层+沥青柔性面层的复合式路面结构来实现以上目的。

2. 目前国内外研究现状

2.1 复合式路面概念

目前，研究较多的复合式路面包括：刚性+刚性、柔性+刚性、刚性+柔性+刚性三类，分别如下：刚性+刚性（RCC+CC、PCC+PMCC、RCC+CRCP）；柔性+刚性（RCC+AC、CC+AC、CRC+AC、PMCC+ AC）；刚性+柔性+刚性（RCC+ISAC+CC），从目前国内外研究和实践情况来看，采用最多的还是RCC+AC和CC+AC。

2.2 国内外主要研究成果综述。

（1）刚性基层+柔性面层复合式路面实际上是指在水泥混凝土刚性基层上铺筑沥青混合料柔性面层形成的刚柔复合式路面（以下简称CC+AC）。事实上，CC+AC复合式路面在国外有相当长的发展历史。早在20世纪30年代，英国就修筑连续配筋混凝土上加铺沥青层的路面结构，并把这种结构称为连续配筋混凝土路面承重层，20世纪40~50年代用于一些城市道路。美国于20世纪50年开始采用沥青层修复旧水泥路面（CC）和连续配筋混凝土路面（CRC）。西班牙（1984~1989）

在高等级干线公路上，将碾压混凝土（RCC）用作路面结构下面层，其上铺沥青层，修筑面积达30万平方米。巴西一些城市在市区中等交通和重交通道路上成功地修建了这种路面。1988年，日本在一些停车场对RCC作为沥青路面底层（下面层或上基层）的适应性进行了研究，并将这种路面结构形式写入《RCC路面技术指南（草案）》中，加拿大、美国、法国、澳大利亚等国随着对RCC路面研究的深入开展，为了解决平整度问题，也开始倾向于修筑这种新型路面结构形式。近年来，我国江苏、广东、陕西、河南、安徽、重庆等地也陆续在修建这种复合式路面。

（2）目前，国内外针对这种刚柔复合式路面的研究主要集中在力学计算、结构设计、反射裂缝防治等几个方面。在力学计算方面，国外Gregory曾建议将CRC板厚做相关计算，用弹性理论分析沥青表层复合结构的作用。日本将沥青层表面作用的荷载按照450角扩散到混凝土板上，按阿灵顿半经验公式计算板底应力。前苏联按照应力扩散角考虑沥青层作用之后，用弹性地基无限大板理论计算荷载应力。Luther等人运用线弹性断裂理论对层间拉应力进行了分析计算，提出了反射裂缝增长速率的计算模型。Majidzadeh等人应用二维有限元法对沥青加铺层内的应力进行了分析，他们认为这种路面的裂缝主要是由于温度变化引起混凝土板水平位移和翘曲产生的，通过分析提出了计算面层拉应力的方法。B.Franck等人分析研究了因温度变化罩面层底部引起拉应变及车辆荷载通过接缝时，两块板产生不同挠度而引起罩面层内剪应变，提出了

相应的控制指标。Nanjimchen等人应用三层弹性体系对此进行求解，并考虑了应力消解层的效应。C.Clauwaort利用有限差分法对沥青加铺层进行了荷载与温度综合作用下的力学分析，提出了以加铺层底面的弯拉应变为控制指标的设计法。

（3）近年来，力学计算又有了新的发展。1988年T.Krauthammer 等人利用二维有限元计算了CC+AC复合式路面结构接缝的传荷能力，分析了沥青层中垂直与水平的拉、压应力，最大弯沉及最大剪应力，接缝处引入了杆与梁单元。1990年Mshmoud等人对水泥混凝土基层上的沥青层利用八面体应力进行了分析研究，提出了沥青层的临界厚度，并建议对此种路面结构进行车辙研究。

（4）关于复合式路面结构设计方面，国内外目前仍无统一的认识。国外方法概括起来包括：Ta法、Sn法、弯沉法和最小厚度法。这些方法都基于旧水泥路面评价的基础上提出的沥青层加铺厚度设计法。即将旧水泥路面进行结构强度评价，这算为一定厚度的沥青层，再与新建沥青路面厚度相比较，二者差值作为沥青加铺层设计厚度。这种方法在实际应用时缺乏充分的理论依据，对旧水泥路面结构强度的评价是关键。在美国很多地区，加铺层设计采用最小厚度法，着重考虑沥青混合料最大公称粒径与施工和易性，加铺层厚度必须与之相适应。总之，截至目前位置，未见有统一公认的复合式路面力学分析模型及结构设计方法，复合式路面结构设计带有很多的主观经验性。

国内，西安公路学院、同济大学、空军工程学院等单位利用空间等参元、有限层、层状体系理论、断裂力学等对CC+AC层复合式路道面结构进行了初步分析，取得了一定成果。

北京交通大学任大鹏针对城市旧水泥路面加铺沥青层复合式路面结构的使用性能预测开展了研究，提出了复合式路面使用性能模糊综合评价模型及方法。

长安大学王朝辉对复合式路面的养护维修技术开展了研究，着重研究了复合式路面的功能性与结构性评价方法，同时利用BISAR程序，从整个设计参数范围、不同层间状态出发，对复合式路面沥青层的压缩量进行了系统研究，并对在役路面结构的剩余寿命进行了预估。

重庆交通大学王火明对刚柔复合式路面界面层强度特性开展了研究，运用ANSYS有限元分析软件对界面层剪应力进行了计算，提出了界面层抗剪强度标准、对比研究了不同界面防水粘结层材料的力学特性和不同刚性板界面处理方式对界面层抗剪强度和粘结强度的影响。

长沙理工大学的李文科针对连续配筋混凝土复合式路面（CRC+AC）的层间结合及施工技术展开了研究，分析计算了层间最大剪应力，采用直剪仪测试了不同界面条件、不同粘结材料、不同温度条件下的界面层抗剪强度。从保证高粘度复合改性沥青粘结层施工质量的角度出发，对材料质量、施工技术、工艺进行了探讨和分析，并提出了