淺析瀝青路面半剛性基層加鋪層的設(shè)計(jì)

章文峰，羅理云

(江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司)

淺析瀝青路面半剛性基層加鋪層的設(shè)計(jì)

章文峰，羅理云

(江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司)

鑒于我國一般采用“強(qiáng)基薄面”的路面結(jié)構(gòu)，因此研究瀝青厚度對半剛性基層路面損壞影響十分必要。基于國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，首先對有效厚度法、彎沉法、力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法3種結(jié)構(gòu)性加鋪層設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了對比。從有效厚度法出發(fā)，并借鑒國外的AASHTO方法，提出一種新的瀝青路面半剛性基層有效厚度計(jì)算法。并按照此方法對工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算，將得到的有效加鋪厚度與其他幾種方法得到的厚度進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)得到結(jié)果與AI法接近，說明本計(jì)算方法符合要求。為今后瀝青路面半剛性基層加鋪層厚度設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

基層;半剛性;瀝青路面;加鋪層

1 結(jié)構(gòu)性加鋪層設(shè)計(jì)方法對比

隨著瀝青路面的使用，其在交通載荷和自然因素作用下就會(huì)出現(xiàn)裂縫、表面損壞、變形等病害。當(dāng)病害達(dá)到最大值時(shí)，就必須對其進(jìn)行罩面或者加鋪等改建，以提升行車舒適度。當(dāng)前的加鋪層厚度設(shè)計(jì)主要依賴于工程經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)加鋪厚度采用的是最小厚度，以保證有效施工。目前，國內(nèi)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性加鋪層主要采用有效厚度法、彎沉法、力學(xué)經(jīng)驗(yàn)等。

有效厚度法是根據(jù)各層情況將現(xiàn)有路面厚度折合成有效厚度，加鋪層的厚度即為現(xiàn)有厚度與有效厚度之差，但是如果路面已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p害并且總壽命有著部分消耗，則有效厚度減薄。利用此方法的有AI和AASHTO等機(jī)構(gòu)。彎沉法是指加鋪層必須有足夠厚度抵消彎沉值，彎沉值一般是由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出。力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法是利用力學(xué)模型分析路面半剛性基層內(nèi)的應(yīng)力分布，評估出路面狀況并得出剩余壽命，在由此確定加鋪層厚度，我國規(guī)范就參用此方法常超限。這3種計(jì)算方法各有優(yōu)劣，將其對比情況列于表1。

彎沉值的計(jì)算方法是

表1 3種加鋪層設(shè)計(jì)方法對比

其中:hi是第i補(bǔ)強(qiáng)層的厚度，cm;Ei為第i補(bǔ)強(qiáng)層的抗壓模量，MPa;En－1為與舊路面接觸層的抗壓模量，MPa。

上述兩種方法都需要用到的性能指標(biāo)是相對彎沉系數(shù)，假設(shè)竣工后的路面彎沉值為L0，通車后各年的彎沉值Lr與L0的比值即為相對彎沉系數(shù)。對工程實(shí)例進(jìn)行分析后得出其相對彎沉系數(shù)隨時(shí)間的變化見圖1。

力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法的公式為

圖1 相對彎沉系數(shù)隨時(shí)間的變化

由圖1可知，彎沉系數(shù)先增加后降低，因此早期彎沉值并不與損害對應(yīng)，前兩年的彎沉值較大，但是路面損害并不嚴(yán)重。由些彎沉值不嚴(yán)重的路段存在大量坑槽和裂縫，所以彎沉值并不能作為加鋪層厚度的唯一參考標(biāo)準(zhǔn)。

2 基于AASHTO方法的有效厚度設(shè)計(jì)

基于AASHTO設(shè)計(jì)方法，建立一種新的回彈模量法計(jì)算路面加鋪層的有效厚度。采用自由度為n－1的t分布進(jìn)行概率計(jì)算，則面層有效厚度

瀝青加鋪層的有效厚度為

其中:hact為舊路面瀝青的厚度，cm;Eact為取芯得到的舊面層的彈性模量，MPa;Enew為新建面層的實(shí)際模量，MPa;hf為額定壽命需要的面層厚度。

依據(jù)上文理論，當(dāng)hact=10 cm時(shí)，其面層有效厚度隨舊路面層實(shí)際模量的變化曲線見圖2。

圖2 有效厚度隨實(shí)際模量的變化曲線

當(dāng)Eact=800 MPa時(shí)，其面層有效厚度隨舊路瀝青面層實(shí)際厚度的變化曲線見圖3。

圖3 有效厚度隨舊路實(shí)際厚度變化曲線

由圖2可知，隨著舊路瀝青面層實(shí)際模量的降低，面層有效厚度不斷減少，其中Eact=1 600 MPa表示舊路面狀態(tài)良好，此時(shí)的有效厚度剛好為舊路面層實(shí)際厚度。由圖3可知，當(dāng)Eact一定時(shí)，隨著面層實(shí)際厚度的增加，有效厚度逐漸降低。

PCI是路面狀況指數(shù)，評價(jià)體系中認(rèn)為PCI大于90的路面狀況指數(shù)是優(yōu)，小于60的路面狀況是差。

舊路面瀝青面層有效厚度:

本實(shí)驗(yàn)路段位于西部地區(qū)，該道路路面已經(jīng)出現(xiàn)破損，表現(xiàn)為車轍、裂縫、松散等。為了消除安全隱患，公路部門已經(jīng)對該高速公路K1194～K1240合計(jì)46 km路段進(jìn)行路面綜合破損情況評價(jià)，現(xiàn)需要根據(jù)評價(jià)結(jié)果對路面進(jìn)行加鋪層設(shè)計(jì)。根據(jù)評價(jià)結(jié)果顯示，對該路段影響最大的病害是麻面，占到了86.52%，其次是車轍占5.07%，其余病害所占比例均小于4%。

該舊瀝青路面的設(shè)計(jì)厚度是10 cm，鑒于實(shí)際厚度變化較大，因此采用式(3)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)對其路面鉆芯取樣得到的參數(shù)為1.644，有這些參數(shù)計(jì)算出的瀝青面層有效厚度為9.641 cm。

但是施工前會(huì)對道路進(jìn)行銑刨處理，因此加鋪層實(shí)際厚度

其中的h'就是銑刨深度，需要根據(jù)不同路段施工情況確定。

將得到的瀝青面層有效厚度9.641 cm帶入式(6)，并結(jié)合評價(jià)情況得出，得到的路面加鋪厚度應(yīng)為3.94 cm。圖4給出了4種不同方法應(yīng)用于本工程實(shí)例得到的路面加鋪厚度。

圖4 不同方法結(jié)果對比

得到的結(jié)果介于AI法與PCI法之間，并且與AI法接近，說明實(shí)際加鋪層厚度應(yīng)該為3.0～5.0 cm，得到結(jié)果符合規(guī)范要求。

3 結(jié)語

隨著瀝青路面的使用，其在交通載荷和自然因素作用下就會(huì)出現(xiàn)裂縫、表面損壞、變形等病害。目前，國內(nèi)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性加鋪層主要采用有效厚度法、彎沉法、力學(xué)經(jīng)驗(yàn)等。首先對這3種方法的優(yōu)劣進(jìn)行探討。并基于有效厚度法，充分借鑒國外的AASHTO等方法，提出了一種新的瀝青路面半剛性基層有效厚度計(jì)算法。并據(jù)此對西部某高速公路加鋪層厚度進(jìn)行計(jì)算，得到的路面加鋪厚度應(yīng)為3.94 cm，發(fā)現(xiàn)得到其與AI法的3.79 cm接近。希望為今后瀝青路面半剛性基層加鋪層設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

［1］ 楊振丹.半剛性基層瀝青路面加鋪層設(shè)計(jì)方法研究［D］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.

［2］ 劉玉龍.半剛性基層瀝青路面養(yǎng)護(hù)評價(jià)指標(biāo)及加鋪層設(shè)計(jì)研究［D］.長安大學(xué)，2013.

［3］ 武建民，杜榮耀，王笑風(fēng).基于有效模量的瀝青路面加鋪層設(shè)計(jì)方法［J］.長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，(4):1－6.

U416

C

1008－3383(2015)10－0006－02

2014－09－15

章文峰(1983－)，男，江西南昌人，助理工程師，研究方向:高速公路建設(shè)。