基于路基路面協(xié)調(diào)變形的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)探究

鄭 琪，尚 恒

(江西省公路科研設(shè)計(jì)院)

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基于路基路面協(xié)調(diào)變形的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)探究

鄭 琪，尚 恒

(江西省公路科研設(shè)計(jì)院)

結(jié)合某道路改建工程實(shí)例，就路面協(xié)調(diào)變形理論在水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略進(jìn)行了闡述，并結(jié)合工程實(shí)際條件提出了路面設(shè)計(jì)方案。

路面協(xié)調(diào)變形；水泥混凝土路面；路面設(shè)計(jì)

1 項(xiàng)目概況

某道路改建工程原道路等級(jí)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：道路等級(jí)：一級(jí)公路；設(shè)計(jì)行車速度：60 km/h；道路寬度：22 m (不包括土路肩寬度)；路面類型：水泥混凝土路面，路面標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100；車輛荷載：公路-I級(jí)；地震烈度：基本烈度為7°。

該道路改造范圍內(nèi)老路填土均較低，路面基本平齊兩側(cè)地物。原有道路路基填料(路面以下120 cm范圍)主要以低液限粘土為主。路基長期受大氣、降水及毛細(xì)水上升的影響，路基土為潮濕或過濕狀態(tài)。且本工程由于建成年限相對(duì)較長，道路總體路面狀況一般，現(xiàn)狀路面處于加速破壞的階段，隨著交通量的迅猛發(fā)展，局部路段的路面服務(wù)水平已經(jīng)衰減，現(xiàn)有道路破損有加快趨勢(shì)，矯正性處治及常規(guī)養(yǎng)護(hù)已跟不上病害發(fā)展的速度，路面的整體使用性能大幅下降。綜上所述，老路整體現(xiàn)狀很不適應(yīng)它在路網(wǎng)中的功能、地位，急需改造。經(jīng)過前期勘察和交通量預(yù)測(cè)工作，初步確定老路面板破碎作為新建路面的基層，破碎方式采用多錘頭碎石化(MHB)。下文將主要對(duì)道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路與方法進(jìn)行介紹。

2 路面協(xié)調(diào)變形理論在水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 水泥處治土回彈模量試驗(yàn)

本次設(shè)計(jì)中為了獲得最佳水泥處治劑量，開展了水泥處治土回彈模量試驗(yàn)，經(jīng)分析可得，采用承載板法對(duì)水泥處治路基土的回彈模量進(jìn)行測(cè)定，壓實(shí)度為96%，含水量達(dá)到最佳含水量時(shí)，水泥處治土回彈模量隨著水泥含量增大而增大。

2.2 三維路基路面分析模型

接縫的存在在一定程度上破壞了水泥混凝土路面的整體性，考慮到非對(duì)稱結(jié)構(gòu)問題本研究采用三維有限元方法進(jìn)行分析。經(jīng)過計(jì)算，在路面板四周邊界、基層和路基側(cè)面以及路基底面設(shè)置法向位移約束。這表明在分析過程中可忽略接縫傳荷能力，僅針對(duì)單板模型進(jìn)行計(jì)算和分析。

2.3 不同軸型軸載路基路面結(jié)構(gòu)分析

分析單軸不同軸載作用下路基變形、應(yīng)力沿深度方向的分布規(guī)律為：當(dāng)1/n=0.1時(shí)，不同軸載下路基工作區(qū)深度為2.1～4.3 m；當(dāng)1/n=0.2 時(shí)，不同軸載下路基工作區(qū)深度為0.8～2.3 m。與此同時(shí)，路基淺層荷載盈利的變化速率較大，在0～0.8 m范圍內(nèi)衰減約為75%，在0～1.5 m范圍內(nèi)衰減約為80%。同時(shí)，隨著深度的不斷增加，荷載應(yīng)力迅速衰減。路基頂變形介于85.9-188.0×10 mm，且路基豎向變形隨深度的增加而迅速變小。通過計(jì)算可以看出，路基模量對(duì)路基、路面的結(jié)構(gòu)影響均十分顯著，實(shí)際施工中，應(yīng)對(duì)各個(gè)改造路段的路基采取針對(duì)性的改善對(duì)策，為了兼顧經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性，將處置土回彈模量的建議值確定為65 MPa。

3 路面設(shè)計(jì)方案

在確立路面回彈模量的基礎(chǔ)上，本工程采用圓柱體試件測(cè)定抗壓回彈模量和劈裂強(qiáng)度來確定路面結(jié)構(gòu)參數(shù)。瀝青混凝土在彎沉指標(biāo)計(jì)算中用20 ℃抗壓模量，底層拉應(yīng)力計(jì)算時(shí)采用15 ℃抗壓模量，允許拉應(yīng)力計(jì)算時(shí)采用15 ℃劈裂強(qiáng)度。根據(jù)交通部《瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)與參數(shù)的研究總報(bào)告》，參照室內(nèi)混合料實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)已建成路面調(diào)查情況，確定各層材料設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

注：上、中面層采用SBS改性

路面設(shè)計(jì)彎沉值：道路分類系數(shù)：1.1；面層類型系數(shù)：1；路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)：1.6。

路面設(shè)計(jì)彎沉值: 36.5(0.01 mm)

瀝青加鋪層計(jì)算厚度：根據(jù)上述“交通量和軸載分析”，路面各層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算及層頂彎沉控制指標(biāo)利用交通部推薦專用計(jì)算程序HPDS計(jì)算，路面結(jié)構(gòu)系數(shù)取1.6(柔性基層瀝青路面)，經(jīng)計(jì)算得瀝青加鋪層厚度為19 cm時(shí)滿足要求。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合國內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)、我省現(xiàn)有幾條高速公路改建項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)，確定路面加鋪厚度為19～23 cm，其結(jié)構(gòu)層為：4 cmAC-13 (SBS改性) +6 cm AC-20 (SBS改性)+6～10 cm AC-25+3 cm AC-10 。

驗(yàn)收彎沉值：經(jīng)計(jì)算確定各層驗(yàn)收彎沉值(綜合影響系數(shù)1.25)，見表2所示。

表2 沖壓路段各層頂面驗(yàn)收彎沉計(jì)算結(jié)果

4 總 結(jié)

綜上所述，在本次道路改造工程中，采用路面協(xié)調(diào)變形理論對(duì)路面回彈模量進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并借鑒和參考國內(nèi)已建成的路面結(jié)構(gòu)參數(shù)，確立了本道路的路面結(jié)構(gòu)類型及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)。通過本次實(shí)踐可以看出，路面協(xié)調(diào)變形理論在路面回彈模量的測(cè)定與確立過程中有著重要的作用，對(duì)于提高路面設(shè)計(jì)質(zhì)量有著重要的意義，在今后的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)過程中應(yīng)積極引用該理論及其相應(yīng)的原理與方法。

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2015-03-11

鄭琪(1988-)，助理工程師，研究方向：公路路基路面設(shè)計(jì)。

U415.1

C

1008-3383(2015)12-0070-01