CN104452519A - 一种寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法，该寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法提出了：在不利荷载位置外，还需要关注横向缩缝位置的荷载疲劳累积效应；采用缩缝传力杆能够有效降低或延缓纵向裂缝出现的几率和出现时间；传力杆优化参数：长度与直径之比和不同路面板厚度时的传力杆推荐最大间距；模拟轮碾冲刷的试验方法与半刚性基层表面抗冲刷技术措施。有利于减少季冻区公路水泥路面的结构性损坏，改善和提高路面结构耐久性及工作状态，降低公路建设和交通运输的周期成本，具有重要的社会意义和良好的社会经济效益。

Description

一种寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法

技术领域

本发明属于交通运输领域，尤其涉及一种寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法。

背景技术

根据公路水路交通运输行业发展统计公报，截止2012年末，国内公路未铺装里程143.89万km。我国是水泥生产与出口大国，水泥供应比较充足，使用国内较为丰富的水泥资源，修筑使用功能和耐久性良好的水泥路面，对交通建设和区域经济的可持续发展具有重要意义。至2012年，我国的公路沥青路面里程已达64.19万公里、水泥路面铺装里程165.32万公里，分别比上年增长5.06万公里和14.1万公里，表明尽管因结构性病害等原因使水泥路面在高等级公路上的应用受到很大影响，但我国对水泥路面的建设需求仍然十分迫切，该项成果的推广应用前景广阔。

目前，寒冷地区公路水泥路面的损坏时间明显早于其它省份，普遍存在开裂、沉陷错台等结构性损坏，同时平整度、舒适性衰减迅速；由于结构性损坏长期存在，给维修养护带来很大困难，严重了影响路面的使用功能和使用寿命，已成为制约公路水泥路面发展应用的技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法，旨在减少季冻区公路水泥路面的结构性损坏，改善和提高路面结构耐久性及工作状态，降低公路建设和交通运输的周期成本。

本发明是这样实现的，一种寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法包括：

(1)在不利荷载位置外，还需要关注横向缩缝位置的荷载疲劳累积效应；在现有渠化交通情况下，横向缩缝位置的路面疲劳应力有超过纵缝边缘疲劳应力的可能，后者会引起横向疲劳开裂，而前者将导致纵向疲劳裂缝。对横向缩缝位置的荷载疲劳累积效应进行必要的验算，有助于消除纵向疲劳开裂的结构性隐患。

(2)采用缩缝传力杆能够有效降低或延缓纵向裂缝出现的几率和出现时间；缩缝传力杆能够使相邻的路面板协同受力，可降低横向缩缝位置的路面疲劳应力、减小缩缝两侧的路面错台，并改善使用期路面的平整度。

(3)传力杆优化参数：长度与直径之比和不同路面板厚度时的传力杆推荐最大间距；

(4)模拟轮碾冲刷的试验方法与半刚性基层表面抗冲刷技术措施。

进一步，传力杆参数优化的具体内容为：

需要有效系数与实际有效系数的验算和分析：

需要有效系数是指实际要求传递的荷载分配到缩缝传荷体系中，需要的总的有效系数，需要有效系数与传力杆的直径、长度以及缩缝宽度等有关；

实际有效系数是指缩缝传荷体系布置完成后，对传力杆所承受的实际车轮荷载按有效系数进行分配，各传力杆分配到的有效系数之和即为实际有效系数，实际有效系数与路面相对刚度半径、传力杆间距等有关；

(1)传力杆直径与需要有效系数的关系

随着传力杆直径的增大，需要有效系数的数值是递减的，传力杆直径的增大将导致该比值的减小，需要有效系数减小，需要有效系数越小，则对应的传力杆体系就越稳定，越容易达到传递荷载的要求，传力杆直径在增大到一定程度后，对需要有效系数的影响有减弱的趋势，传力杆的长度越长则直径的增加对降低需要有效系数的效果就愈加显著；

(2)传力杆长度与需要有效系数的关系

随着传力杆长度的增加，需要有效系数减小，当传力杆长度增加到一定程度后，需要有效系数开始增大，对应于不同的传力杆直径，传力杆长度与需要有效系数的关系曲线近似呈倒抛物线形，而随着直径的增大，曲线的线形逐渐趋向平缓；

各曲线的拐点不在同一位置上，当传力杆的长度与直径之比约为17.5～18.0时，传力杆体系的需要有效系数一般可达到最小值，即曲线出现拐点(图1)，该拐点为最佳点，此时的缩缝传荷体系状态最优；

(3)横向缩缝宽度与需要有效系数的关系

缩缝宽度与需要有效系数呈线性关系，随着缩缝宽度的增大需要有效系数也同时增大，但其增长速度比较缓慢，缩缝宽度的变化对“需要有效系数”的影响很小；

(4)传力杆间距与传力杆实际有效系数的关系

传力杆传荷体系的有效受力范围为1.8倍的路面相对刚度半径，传力杆间距越大，则在这一范围内可布置的传力杆的数量就越少，所分配到的实际有效系数的和就越小；

实际有效系数随缩缝传力杆间距的增大而迅速减小，当路面板厚度在24cm以下时，传力杆间距取30cm能够较好地满足有效系数验算条件，但路面板厚度≥24cm时，实际有效系数比需要有效系数超出很多，且面层板越厚，超出越大，当面层板厚度＞24cm时，应适当增加传力杆的间距，建议传力杆最大间距取40cm，此时实际有效系数与需要有效系数的匹配比较合理，并可减少约27％的缩缝传力杆钢筋用量；

传力杆间距增加对路面板板底弯拉应力的影响：

无硬路肩的情况，当轴载作用在横缝边缘中部(对应的疲劳损坏形式为纵向裂缝)，缩缝传力杆间距为30cm和40cm时，该横断面处混凝土板底的弯拉应力分布曲线非常接近，其中峰值应力相差约0.5％；按我国规范规定的临界荷位，当轴载作用在纵缝边缘中部(对应的疲劳损坏形式为横向裂缝)时，有、无硬路肩的情况基本相同，缩缝传力杆间距30cm和40cm两种情况下的板底弯拉应力相差0.3～1.0％，并且越靠近车道外侧纵缝边缘中部，相差越小，即不利荷载位置处的板底弯拉应力差别微小；

对双车道有水泥混凝土硬路肩的情况，当轴载作用在横缝边缘中部，传力杆间距30cm和40cm时的混凝土板底弯拉应力数值靠近两侧板边附近增加较多，但对应的应力数值较小，而在不利荷载位置处，即峰值板底弯拉应力仅增加1.12％；

进一步，模拟轮碾冲刷的试验的具体方法为：

步骤一、使用平面尺寸149.5mm×300mm，厚度为5mm的有机玻璃板模拟混凝土面层板，两块板之间保留宽度约1.0mm的接缝，试验时采用厚度1mm的嵌入物维持接缝宽度，基层材料试件尺寸为300mm×300mm×47mm；

步骤二、将试件连同试模一起置于车辙试验机上，向试槽内注水至漫过试模顶面，利用车辙试验机的试验轮加载，轮压0.7±0.05MPa，在试件接缝前后往复行驶，试验轮的外径为200mm、轮宽50mm、行程为230±10mm，一式三联的车辙试验仪可同时放置1～3个试件，单个试件试验时，建议置于中间位置加载，并将左右两侧的加载轮升起；

步骤三、使用试模成型基层材料试件，试件筛除大于19.0mm的颗粒，尺寸为300mm×300mm×47mm，试模内侧贴铝箔，以方便试验后脱模，在试模内的试件表面垫上两块厚度为5mm的有机玻璃板，两块有机玻璃板衔接处保留1mm宽的接缝，表面敷设双层土工布，配重养生28天，最后一天浸水后连试模一起安置在车辙试验仪上，利用加荷轮的往复作用，实现压力泵吸和冲刷的模拟；

进一步，模拟轮碾冲刷的试验中传力杆作用的模拟方法为：

选用直径约0.5mm、长35mm的截短钢针，在两块有机玻璃板的横向侧面先用直径0.4mm的钻头打一排间距2.7cm、深度为1.7cm的细长孔，然后一侧用0.45mm的钻头、另一侧用0.5mm的钻头略微扩孔。将钢针直径偏细的一端塞入φ0.45mm的孔中轻轻敲打，然后用电烙铁压入并调齐，再对齐φ0.5mm一侧的有机玻璃板细孔，轻轻敲打，直到两块板之间保留1mm缝隙，装入试模时，可用砂纸打磨拼接好的两块有机玻璃板四边，以便嵌入试模内侧；

试验时试件水位以稍微高于试模顶面为准，加载采用试验轮“行驶3h+静止2h”的方式，共2个循环结束，加载次数为7750次，试验水温22℃，试验结束后，将每个试件的有机玻璃板、防冲刷土工布取下，用水将有机玻璃板、防冲刷土工布、试模与试件在容器内逐一漂洗过滤，水槽中的水也收集起来用预先裁好的土工布分别过滤。

进一步，半刚性基层表面抗冲刷技术措施包括：

乳化沥青透层和土工材料对减少板下冲刷有较好的效果，按抗冲刷效果，乳化沥青透层+土工材料＞土工材料＞乳化沥青透层。综合考虑冲刷、温度翘曲作用，长远来看，高速公路和一级公路基层表面建议采用稀浆封层或沥青混合料联接层作为中间层、沥青粒料类柔性基层等，能够有效减少板下冲刷，而且还有利于减小路面板的应力，有助于降低水泥混凝土路面的全寿命周期成本；

透层沥青一般采用乳化沥青，也可以采用液体沥青(稀释沥青)或煤沥青，其质量须符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的规定要求，喷洒用量一般在0.6～1.5l/m²之间；使用乳化沥青时，用量一般在0.7～1.5l/m²之间，使用石屑保护时可用到1.8l/m²；

用于半刚性基层的透层油最好在基层碾压成型后表面稍有干燥，但尚未硬化的时候喷洒，此时的渗透效果较好，且有利于基层养生；可以用机械喷洒，也可以使用人工喷洒，但在下雨之前、大风天气或气温低于10℃时不得喷洒，喷洒透层油前应清扫基层表面，并遮挡人工构造物等避免污染，透层油须洒布均匀，喷洒遗漏的地方需用人工补洒，为保护透层油不被运输车辆破坏，可以在透层油上面撒上一层石屑或粗砂(此时乳化沥青的用量应采用上限)，喷洒透层油后一破乳立即撒布石屑或粗砂，用量为2～3m³/1000m²，石屑撒布后宜用压路机碾压2～3遍，以采用胶轮压路机碾压为好；

抗冲刷土工布建议采用过滤型无纺土工布，其强度应符合《公路土工合成材料应用技术规范》JTG/T D32-2012中的相关规定，抗冲刷土工布可以在半刚性基层碾压成型后时作养生覆盖使用，同时可正常洒水养生。摊铺面层混凝土前须用人工整平起皱、折叠的地方，如有破损，可使用宽出损坏边缘20cm左右的土工布覆盖，摊铺时预先洒水湿润，如需要局部稳固，可以用人工铲运少量卸下待摊铺的混凝土压住边角及重叠处之后再开始摊铺，土工布下方的基层表面有透层沥青时，应注意减少洒水量，以保持土工材料整体湿润即可。

效果汇总

本发明提出了：在不利荷载位置外，还需要关注横向缩缝位置的荷载疲劳累积效应；采用缩缝传力杆能够有效降低或延缓纵向裂缝出现的几率和出现时间；传力杆优化参数：长度与直径之比和不同路面板厚度时的传力杆推荐最大间距；模拟轮碾冲刷的试验方法与半刚性基层表面抗冲刷技术措施。有利于减少季冻区公路水泥路面的结构性损坏，改善和提高路面结构耐久性及工作状态，降低公路建设和交通运输的周期成本，具有重要的社会意义和良好的社会经济效益。

附图说明

图1是本发明实施例提供的传力杆长度与需要有效系数关系图；

图2是本发明实施例提供的横缝边缘横断面的板底弯拉应力(车轮作用在横缝边缘中部)图；

图3是本发明实施例提供的纵缝边缘中部横断面的板底弯拉应力(右轮作用在外侧纵缝边缘中部)图；

图4是本发明实施例提供的单轴双轮组标准轴载作用在纵缝边缘中部时路面应力与变形情况图，(a)图是轴载作用在纵缝边缘中部示意图，(b)图是水泥路面面层板变形图，(c)图是面层板底面弯拉应力云图；

图5是本发明实施例提供的单轴双轮组标准轴载作用在横缝边缘中部时路面应力与变形情况图，(a)图是轴载作用在横缝边缘中部示意图；(b)图是水泥路面面层板变形图，(c)图是面层板底面弯拉应力云图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是这样实现的，一种寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法包括：

(1)在不利荷载位置外，还需要关注横向缩缝位置的荷载疲劳累积效应；在现有渠化交通情况下，横向缩缝位置的路面疲劳应力有超过纵缝边缘疲劳应力的可能，后者会引起横向疲劳开裂，而前者将导致纵向疲劳裂缝。对横向缩缝位置的荷载疲劳累积效应进行必要的验算，有助于消除纵向疲劳开裂的结构性隐患。

(2)采用缩缝传力杆能够有效降低或延缓纵向裂缝出现的几率和出现时间；缩缝传力杆能够使相邻的路面板协同受力，可降低横向缩缝位置的路面疲劳应力、减小缩缝两侧的路面错台，并改善使用期路面的平整度。

(3)传力杆优化参数：长度与直径之比和不同路面板厚度时的传力杆推荐最大间距；

(4)模拟轮碾冲刷的试验方法与半刚性基层表面抗冲刷技术措施。

进一步，传力杆参数优化的具体内容为：

需要有效系数与实际有效系数的验算和分析：

需要有效系数是指实际要求传递的荷载分配到缩缝传荷体系中，需要的总的有效系数，需要有效系数与传力杆的直径、长度以及缩缝宽度等有关；

实际有效系数是指缩缝传荷体系布置完成后，对传力杆所承受的实际车轮荷载按有效系数进行分配，各传力杆分配到的有效系数之和即为实际有效系数，实际有效系数与路面相对刚度半径、传力杆间距等有关；

(1)传力杆直径与需要有效系数的关系

随着传力杆直径的增大，需要有效系数的数值是递减的，传力杆直径的增大将导致该比值的减小，需要有效系数减小，需要有效系数越小，则对应的传力杆体系就越稳定，越容易达到传递荷载的要求，传力杆直径在增大到一定程度后，对需要有效系数的影响有减弱的趋势，传力杆的长度越长则直径的增加对降低需要有效系数的效果就愈加显著；

(2)传力杆长度与需要有效系数的关系

随着传力杆长度的增加，需要有效系数减小，当传力杆长度增加到一定程度后，需要有效系数开始增大，对应于不同的传力杆直径，传力杆长度与需要有效系数的关系曲线近似呈倒抛物线形，而随着直径的增大，曲线的线形逐渐趋向平缓；

各曲线的拐点不在同一位置上，当传力杆的长度与直径之比约为17.5～18.0时，传力杆体系的需要有效系数一般可达到最小值，即曲线出现拐点(图1)，该拐点为最佳点，此时的缩缝传荷体系状态最优；

以现行规范中规定的传力杆尺寸为例，当面层板厚度为26cm时，则传力杆直径需取32mm，最小长度为450mm。根据上述比例范围，传力杆长度宜取560～580mm；或者传力杆直径取25/28mm(参考国外规范)，则优化匹配长度为(440～450)mm/(490～500)mm。这样既可以满足规范规定的最小长度的要求，又能使缩缝传荷体系处于较优状态。

(3)横向缩缝宽度与需要有效系数的关系

缩缝宽度与需要有效系数呈线性关系，随着缩缝宽度的增大需要有效系数也同时增大，但其增长速度比较缓慢，缩缝宽度的变化对“需要有效系数”的影响很小；

(4)传力杆间距与传力杆实际有效系数的关系

传力杆传荷体系的有效受力范围为1.8倍的路面相对刚度半径，传力杆间距越大，则在这一范围内可布置的传力杆的数量就越少，所分配到的实际有效系数的和就越小；

实际有效系数随缩缝传力杆间距的增大而迅速减小，当路面板厚度在24cm以下时，传力杆间距取30cm能够较好地满足有效系数验算条件，但路面板厚度≥24cm时，实际有效系数比需要有效系数超出很多，且面层板越厚，超出越大，当面层板厚度＞24cm时，应适当增加传力杆的间距，建议传力杆最大间距取40cm，此时实际有效系数与需要有效系数的匹配比较合理，并可减少约27％的缩缝传力杆钢筋用量。

实际有效系数随缩缝传力杆间距的增大而迅速减小，当路面板厚度在24cm以下时，传力杆间距取30cm能够较好地满足有效系数验算条件。但当路面板厚度≥24cm时，实际有效系数比需要有效系数高出很多，图中前者比后者高出24.5％～151％，而且面层板越厚，超出越大。因此，当面层板厚度大于24cm时，应适当增加传力杆的间距。根据验算结果并参考国外有关经验，建议传力杆最大间距取40cm。此时实际有效系数与需要有效系数的配合比较合理，由此可以相对减少约27％的缩缝传力杆钢筋用量。

传力杆间距增加对路面板板底弯拉应力的影响：

无硬路肩的情况，当轴载作用在横缝边缘中部(对应的疲劳损坏形式为纵向裂缝)，缩缝传力杆间距为30cm和40cm时，该横断面处混凝土板底的弯拉应力分布曲线非常接近，其中峰值应力相差约0.5％；按我国规范规定的临界荷位，当轴载作用在纵缝边缘中部(对应的疲劳损坏形式为横向裂缝)时，有、无硬路肩的情况基本相同，缩缝传力杆间距30cm和40cm两种情况下的板底弯拉应力相差0.3～1.0％，并且越靠近车道外侧纵缝边缘中部，相差越小，即不利荷载位置处的板底弯拉应力差别微小；

对双车道有水泥混凝土硬路肩的情况，当轴载作用在横缝边缘中部，传力杆间距30cm和40cm时的混凝土板底弯拉应力数值靠近两侧板边附近增加较多，但对应的应力数值较小，而在不利荷载位置处，即峰值板底弯拉应力仅增加1.12％。

作为水泥混凝土路面板块之间传递荷载的结构组成因素，缩缝传力杆间距的改变将对水泥混凝土路面的荷载应力产生一定的影响。在此采用三维有限元分析程序EverFE对上述两种间距情况下的路面板底弯拉应力进行分析。根据黑龙江省公路水泥路面的实际结构及材料组成，验算所采用的路面主要参数如表1所示。

表1 水泥混凝土路面计算参数

对双车道无硬路肩的情况，单轴双轮组轴载(100kN)作用在路面横缝边缘中部和纵缝边缘中部位置时，对应横断面的板底弯拉应力分别如图2、图3所示。

对双车道有水泥混凝土硬路肩(硬路肩宽度2.0m，厚26cm)的情况(图4)，单轴双轮组轴载(100kN)作用在纵缝边缘中部位置时，对应横断面的板底弯拉应力列入表2。

表2 与传力杆间距对应的板底弯拉应力(纵缝边缘中部位置)

双车道有水泥混凝土硬路肩(硬路肩宽度2.0m，厚26cm)的情况，单轴双轮组轴载(100kN)作用在横缝边缘中部位置时(图5)，对应横断面的板底弯拉应力列入表3。

表3 与传力杆间距对应的板底弯拉应力(横缝边缘中部位置)

由图2可知，当轴载作用在横缝边缘中部时，当其它条件不变，缩缝传力杆间距取30cm和40cm时，该横断面处混凝土板底的弯拉应力分布曲线非常接近，其中峰值应力相差约0.5％。

从图3、图4(表2)可知，轴载作用在纵缝边缘中部(右侧车轮位于行车道外侧纵缝边缘中部)时，如果其它条件不变，缩缝传力杆间距分别为30cm和40cm，则该横断面上的混凝土板底弯拉应力数值也十分接近。总体上看，传力杆间距为40cm时的板底弯拉应力变小，两者相差0.3～1.0％，并且越靠近行车道外侧纵缝边缘中部，相差越小，即不利荷载位置处的板底弯拉应力差别微小。

根据表3中的验算结果，双车道有水泥混凝土硬路肩的情况，当轴载作用在横缝边缘中部(图5)时，如果其它条件不变，传力杆间距分别为30cm和40cm，则该横断面上的混凝土板底弯拉应力数值总体接近。缩缝传力杆间距40cm时的板底弯拉应力与间距30cm时的板底弯拉应力相比有增有减，靠近两侧板边附近增加较多，但对应的应力数值较小，而在不利荷载位置处，即峰值板底弯拉应力仅增加1.12％。

传力杆间距增加对传力杆应力及传荷系数的影响：

在相关试验路的施工期间，为验证传力杆间距增加对接缝传荷系数的影响，在修建30cm传力杆间距的横向预切缩缝时，增设了3道40cm传力杆间距的横向预切缩缝。经过5年多的跟踪调查，前者的接缝传荷系数在0.83～1.00之间变化，后者在0.85～0.98之间变化，两者基本一致。所产生的差别在于30cm间距的传力杆横向预切缩缝数量较多(96道)，因此观测数据变化范围稍大。两者均无错台迹象。而无传力杆缩缝的传荷系数有个别缩缝已经降低到了0.71，并出现了板底脱空(错台)迹象。

进一步，模拟轮碾冲刷的试验的具体方法为：

步骤一、使用平面尺寸149.5mm×300mm，厚度为5mm的有机玻璃板模拟混凝土面层板，两块板之间保留宽度约1.0mm的接缝，试验时采用厚度1mm的嵌入物维持接缝宽度，基层材料试件尺寸为300mm×300mm×47mm；

步骤二、将试件连同试模一起置于车辙试验机上，向试槽内注水至漫过试模顶面，利用车辙试验机的试验轮加载，轮压0.7±0.05MPa，在试件接缝前后往复行驶，试验轮的外径为200mm、轮宽50mm、行程为230±10mm，一式三联的车辙试验仪可同时放置1～3个试件，单个试件试验时，建议置于中间位置加载，并将左右两侧的加载轮升起；

步骤三、使用试模成型基层材料试件，试件筛除大于19.0mm的颗粒，尺寸为300mm×300mm×47mm，试模内侧贴铝箔，以方便试验后脱模，在试模内的试件表面垫上两块厚度为5mm的有机玻璃板，两块有机玻璃板衔接处保留1mm宽的接缝，表面敷设双层土工布，配重养生28天，最后一天浸水后连试模一起安置在车辙试验仪上，利用加荷轮的往复作用，实现压力泵吸和冲刷的模拟；

进一步，模拟轮碾冲刷的试验中传力杆作用的模拟方法为：

选用直径约0.5mm、长35mm的截短钢针，在两块有机玻璃板的横向侧面先用直径0.4mm的钻头打一排间距2.7cm、深度为1.7cm的细长孔，然后一侧用0.45mm的钻头、另一侧用0.5mm的钻头略微扩孔。将钢针直径偏细的一端塞入φ0.45mm的孔中轻轻敲打，然后用电烙铁压入并调齐，再对齐φ0.5mm一侧的有机玻璃板细孔，轻轻敲打，直到两块板之间保留1mm缝隙，装入试模时，可用砂纸打磨拼接好的两块有机玻璃板四边，以便嵌入试模内侧；

试验时试件水位以稍微高于试模顶面为准，加载采用试验轮“行驶3h+静止2h”的方式，共2个循环结束，加载次数为7750次，试验水温22℃，试验结束后，将每个试件的有机玻璃板、防冲刷土工布取下，用水将有机玻璃板、防冲刷土工布、试模与试件在容器内逐一漂洗过滤，水槽中的水也收集起来用预先裁好的土工布分别过滤。

进一步，半刚性基层表面抗冲刷技术措施包括：

乳化沥青透层和土工材料对减少板下冲刷有较好的效果，按抗冲刷效果，乳化沥青透层+土工材料＞土工材料＞乳化沥青透层。综合考虑冲刷、温度翘曲作用，长远来看，高速公路和一级公路基层表面建议采用稀浆封层或沥青混合料联接层作为中间层、沥青粒料类柔性基层等，能够有效减少板下冲刷，而且还有利于减小路面板的应力，有助于降低水泥混凝土路面的全寿命周期成本；

透层沥青一般采用乳化沥青，也可以采用液体沥青(稀释沥青)或煤沥青，其质量须符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的规定要求，喷洒用量一般在0.6～1.5l/m²之间；使用乳化沥青时，用量一般在0.7～1.5l/m²之间，使用石屑保护时可用到1.8l/m²；

用于半刚性基层的透层油最好在基层碾压成型后表面稍有干燥，但尚未硬化的时候喷洒，此时的渗透效果较好，且有利于基层养生；可以用机械喷洒，也可以使用人工喷洒，但在下雨之前、大风天气或气温低于10℃时不得喷洒，喷洒透层油前应清扫基层表面，并遮挡人工构造物等避免污染，透层油须洒布均匀，喷洒遗漏的地方需用人工补洒，为保护透层油不被运输车辆破坏，可以在透层油上面撒上一层石屑或粗砂(此时乳化沥青的用量应采用上限)，喷洒透层油后一破乳立即撒布石屑或粗砂，用量为2～3m³/1000m²，石屑撒布后宜用压路机碾压2～3遍，以采用胶轮压路机碾压为好；

抗冲刷土工布建议采用过滤型无纺土工布，其强度应符合《公路土工合成材料应用技术规范》JTG/T D32-2012中的相关规定，抗冲刷土工布可以在半刚性基层碾压成型后时作养生覆盖使用，同时可正常洒水养生。摊铺面层混凝土前须用人工整平起皱、折叠的地方，如有破损，可使用宽出损坏边缘20cm左右的土工布覆盖，摊铺时预先洒水湿润，如需要局部稳固，可以用人工铲运少量卸下待摊铺的混凝土压住边角及重叠处之后再开始摊铺，土工布下方的基层表面有透层沥青时，应注意减少洒水量，以保持土工材料整体湿润即可。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法，其特征在于，所述的寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法包括：

(1)在不利荷载位置外，还需要关注横向缩缝位置的荷载疲劳累积效应；

(2)采用缩缝传力杆能够有效降低或延缓纵向裂缝出现的几率和出现时间；

(3)传力杆优化参数：长度与直径之比和不同路面板厚度时的传力杆推荐最大间距；

(4)模拟轮碾冲刷的试验方法与半刚性基层表面抗冲刷技术措施。

2.如权利要求1所述的寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法，其特征在于，传力杆参数优化的具体内容为：

需要有效系数与实际有效系数的验算和分析：

需要有效系数是指实际要求传递的荷载分配到缩缝传荷体系中，需要的总的有效系数，需要有效系数与传力杆的直径、长度以及缩缝宽度有关；

实际有效系数是指缩缝传荷体系布置完成后，对传力杆所承受的实际车轮荷载按有效系数进行分配，各传力杆分配到的有效系数之和即为实际有效系数，实际有效系数与路面相对刚度半径、传力杆间距有关；

(1)传力杆直径与需要有效系数的关系

随着传力杆直径的增大，需要有效系数的数值是递减的，传力杆直径的增大将导致该比值的减小，需要有效系数减小，需要有效系数越小，则对应的传力杆体系就越稳定，越容易达到传递荷载的要求，传力杆直径在增大到一定程度后，对需要有效系数的影响有减弱的趋势，传力杆的长度越长则直径的增加对降低需要有效系数的效果就愈加显著；

(2)传力杆长度与需要有效系数的关系

随着传力杆长度的增加，需要有效系数减小，当传力杆长度增加到一定程度后，需要有效系数开始增大，对应于不同的传力杆直径，传力杆长度与需要有效系数的关系曲线近似呈倒抛物线形，而随着直径的增大，曲线的线形逐渐趋向平缓；

各曲线的拐点不在同一位置上，当传力杆的长度与直径之比约为17.5～18.0时，传力杆体系的需要有效系数一般能达到最小值，即曲线出现拐点，该拐点为最佳点，此时的缩缝传荷体系状态最优；

(3)横向缩缝宽度与需要有效系数的关系

缩缝宽度与需要有效系数呈线性关系，随着缩缝宽度的增大需要有效系数也同时增大，但其增长速度比较缓慢，缩缝宽度的变化对“需要有效系数”的影响很小；

(4)传力杆间距与传力杆实际有效系数的关系

传力杆传荷体系的有效受力范围为1.8倍的路面相对刚度半径，传力杆间距越大，则在这一范围内能够布置的传力杆的数量就越少，所分配到的实际有效系数的和就越小；

实际有效系数随缩缝传力杆间距的增大而迅速减小，当路面板厚度在24cm以下时，传力杆间距取30cm能够较好地满足有效系数验算条件，但路面板厚度≥24cm时，实际有效系数比需要有效系数超出很多，且面层板越厚，超出越大，当面层板厚度＞24cm时，应适当增加传力杆的间距，建议传力杆最大间距取40cm，此时实际有效系数与需要有效系数的匹配比较合理，并能减少约27％的缩缝传力杆钢筋用量；

传力杆间距增加对路面板板底弯拉应力的影响：

无硬路肩的情况，当轴载作用在横缝边缘中部，缩缝传力杆间距为30cm和40cm时，该横断面处混凝土板底的弯拉应力分布曲线非常接近，其中峰值应力相差约0.5％；按我国规范规定的临界荷位，当轴载作用在纵缝边缘中部时，有、无硬路肩的情况基本相同，缩缝传力杆间距30cm和40cm两种情况下的板底弯拉应力相差0.3～1.0％，并且越靠近车道外侧纵缝边缘中部，相差越小，即不利荷载位置处的板底弯拉应力差别微小；

对双车道有水泥混凝土硬路肩的情况，当轴载作用在横缝边缘中部，传力杆间距30cm和40cm时的混凝土板底弯拉应力数值靠近两侧板边附近增加较多，但对应的应力数值较小，而在不利荷载位置处，即峰值板底弯拉应力仅增加1.12％。

3.如权利要求1所述的寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法，其特征在于，模拟轮碾冲刷的试验的具体方法为：

步骤一、使用平面尺寸149.5mm×300mm，厚度为5mm的有机玻璃板模拟混凝土面层板，两块板之间保留宽度约1.0mm的接缝，试验时采用厚度1mm的嵌入物维持接缝宽度，基层材料试件尺寸为300mm×300mm×47mm；

步骤二、将试件连同试模一起置于车辙试验机上，向试槽内注水至漫过试模顶面，利用车辙试验机的试验轮加载，轮压0.7±0.05MPa，在试件接缝前后往复行驶，试验轮的外径为200mm、轮宽50mm、行程为230±10mm，一式三联的车辙试验仪能同时放置1～3个试件，单个试件试验时，建议置于中间位置加载，并将左右两侧的加载轮升起；

步骤三、使用试模成型基层材料试件，试件筛除大于19.0mm的颗粒，尺寸为300mm×300mm×47mm，试模内侧贴铝箔，以方便试验后脱模，在试模内的试件表面垫上两块厚度为5mm的有机玻璃板，两块有机玻璃板衔接处保留1mm宽的接缝，表面敷设双层土工布，配重养生28天，最后一天浸水后连试模一起安置在车辙试验仪上，利用加荷轮的往复作用，实现压力泵吸和冲刷的模拟。

4.如权利要求1所述的寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法，其特征在于，模拟轮碾冲刷的试验中传力杆作用的模拟方法为：

选用直径约0.5mm、长35mm的截短钢针，在两块有机玻璃板的横向侧面先用直径0.4mm的钻头打一排间距2.7cm、深度为1.7cm的细长孔，然后一侧用0.45mm的钻头、另一侧用0.5mm的钻头略微扩孔。将钢针直径偏细的一端塞入φ0.45mm的孔中轻轻敲打，然后用电烙铁压入并调齐，再对齐φ0.5mm一侧的有机玻璃板细孔，轻轻敲打，直到两块板之间保留1mm缝隙，装入试模时，用砂纸打磨拼接好的两块有机玻璃板四边，以便嵌入试模内侧；

试验时试件水位以稍微高于试模顶面为准，加载采用试验轮“行驶3h+静止2h”的方式，共2个循环结束，加载次数为7750次，试验水温22℃，试验结束后，将每个试件的有机玻璃板、防冲刷土工布取下，用水将有机玻璃板、防冲刷土工布、试模与试件在容器内逐一漂洗过滤，水槽中的水也收集起来用预先裁好的土工布分别过滤。

5.如权利要求1所述的寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法，其特征在于，半刚性基层表面抗冲刷技术措施包括：

乳化沥青透层和土工材料对减少板下冲刷有较好的效果，按抗冲刷效果，乳化沥青透层+土工材料＞土工材料＞乳化沥青透层；综合考虑冲刷、温度翘曲作用，长远来看，高速公路和一级公路基层表面建议采用稀浆封层或沥青混合料联接层作为中间层、沥青粒料类柔性基层，能够有效减少板下冲刷，而且还有利于减小路面板的应力，有助于降低水泥混凝土路面的全寿命周期成本；

透层沥青一般采用乳化沥青，也能采用液体沥青或煤沥青，喷洒用量一般在0.6～1.5l/m²之间；使用乳化沥青时，用量一般在0.7～1.5l/m²之间，使用石屑保护时用到1.8l/m²；

用于半刚性基层的透层油最好在基层碾压成型后表面稍有干燥，但尚未硬化的时候喷洒，此时的渗透效果较好，且有利于基层养生；能用机械喷洒，也能使用人工喷洒，但在下雨之前、大风天气或气温低于10℃时不得喷洒，喷洒透层油前应清扫基层表面，并遮挡人工构造物避免污染，透层油须洒布均匀，喷洒遗漏的地方需用人工补洒，为保护透层油不被运输车辆破坏，在透层油上面撒上一层石屑或粗砂，喷洒透层油后一破乳立即撒布石屑或粗砂，用量为2～3m³/1000m²，石屑撒布后宜用压路机碾压2～3遍，以采用胶轮压路机碾压为好；

抗冲刷土工布建议采用过滤型无纺土工布，抗冲刷土工布能在半刚性基层碾压成型后时作养生覆盖使用，同时能正常洒水养生。

6.如权利要求5所述的寒区公路水泥路面结构性损坏的预防方法，其特征在于，摊铺面层混凝土前须用人工整平起皱、折叠的地方，如有破损，使用宽出损坏边缘20cm左右的土工布覆盖，摊铺时预先洒水湿润，如需要局部稳固，需用人工铲运少量卸下待摊铺的混凝土压住边角及重叠处之后再开始摊铺，土工布下方的基层表面有透层沥青时，应注意减少洒水量，以保持土工材料整体湿润即可。