關(guān)于路面加鋪設(shè)計(jì)的一些探討

李贊榮（福建省港航勘察設(shè)計(jì)研究院，350002）

關(guān)于路面加鋪設(shè)計(jì)的一些探討

李贊榮（福建省港航勘察設(shè)計(jì)研究院，350002）

以縣道山舊線南靖山城至平和紅瀨口段公路路面改造設(shè)計(jì)為例，分析、探討了路面加鋪方案選擇及路面結(jié)構(gòu)計(jì)算的一些問題。

加鋪方案選擇；加鋪面層結(jié)構(gòu)計(jì)算

路面使用過程中，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)狀況或表面功能不能滿足使用要求時(shí)，需采取修復(fù)措施以恢復(fù)或提高其使用性能。在舊混凝土路面上鋪設(shè)加鋪層，是一項(xiàng)充分利用舊路面剩余強(qiáng)度，可在較長時(shí)期內(nèi)恢復(fù)或提高其使用性能的有效技術(shù)措施。

本文對(duì)縣道山舊線南靖山城至平和紅瀨口段公路路面改造設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，分析、探討路面加鋪方案選擇及路面結(jié)構(gòu)計(jì)算上的一些問題。

1 加鋪方式選擇

對(duì)混凝土路面結(jié)構(gòu)性能和行車舒適影響最大是斷裂類損壞和接縫錯(cuò)臺(tái)兩種，是決定加鋪層結(jié)構(gòu)形式和厚度設(shè)計(jì)的主要因素。對(duì)于斷板率為主要因素的公路，可僅用斷板率作為評(píng)定指標(biāo)。

根據(jù)使用要求和舊路面評(píng)定可選擇分離式和結(jié)合式水泥混凝土加鋪及瀝青混凝土加鋪方案，本次工程采用混凝土加鋪方案。

結(jié)合式加鋪方案加鋪層較薄，舊路面裂縫和發(fā)展型裂縫都會(huì)反射到加鋪層上只有當(dāng)舊路面結(jié)構(gòu)性能良好，才能使用結(jié)合式加鋪層。

分離式加鋪方案由于與舊面層之間設(shè)置了隔離層，舊路面接縫和發(fā)展型裂縫都會(huì)一般不會(huì)影響到加鋪層使之產(chǎn)生反射裂縫。分離式加鋪層用于損壞較嚴(yán)重的混凝土路面。

當(dāng)調(diào)查評(píng)定的舊混凝土路面的斷板率、平均錯(cuò)臺(tái)量和接縫傳荷能力均處于差級(jí)水平，尤其是當(dāng)舊面層板下出現(xiàn)嚴(yán)重唧泥、脫空及地基沉降時(shí)，對(duì)舊路面進(jìn)行大面積修復(fù)后在鋪設(shè)加鋪層已經(jīng)不是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的手段。此時(shí)，應(yīng)對(duì)舊路面進(jìn)行破碎、沖擊碾壓和打裂壓穩(wěn)等措施，并用做改建路面的基層、底基層或墊層。打裂壓穩(wěn)后的舊混凝土一般可直接作為改建路面的基層；碎石化的舊路面表面可作為改建路面的粒料基層或墊層。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，縣道山舊線南靖山城至平和紅瀨口段公路嚴(yán)重破碎路段占路線總長13.6%，其他為部分破損路段。舊路面部分破損路段的損壞狀況和接縫傳荷能力狀況綜合評(píng)定等級(jí)為次等；舊路面破碎嚴(yán)重路段損壞狀況和接縫傳荷能力狀況綜合評(píng)定等級(jí)為差等，評(píng)定結(jié)果詳見表1～3。

本次工程按舊路面部分破損和舊路面破碎嚴(yán)重兩綜合大類進(jìn)行改建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。綜合考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及道路使用情況，舊路面的綜合評(píng)定結(jié)果次等的部分損壞路段，設(shè)計(jì)采用打裂壓穩(wěn)改建方案；舊路面的綜合評(píng)定結(jié)果差等的破碎嚴(yán)重路段，設(shè)計(jì)考慮挖除補(bǔ)強(qiáng)改建方案。

表1 舊路面斷板率分析評(píng)定表

表2 舊路面錯(cuò)臺(tái)量分析評(píng)定表

表3 舊路面接縫傳荷能力分析評(píng)定表

2 加鋪水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文僅針對(duì)打裂壓穩(wěn)改建方案水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。

打裂壓穩(wěn)后的舊混凝土一般可直接作為改建路面的基層，近似采用彈性地基單層板力學(xué)模型，面層板底面以下部分按彈性地基處理。

水泥混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以面層板在基準(zhǔn)期內(nèi)，在行車荷載和溫度梯度的綜合作用下，不產(chǎn)生疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；并以最重軸和最大溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生極限斷裂作為驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算表達(dá)式采用《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》。

式中：γr取1.11。

（1）設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)

表4 設(shè)計(jì)車道的年平均日貨車交通量（ADTT）單位：（輛/日）

根據(jù)縣道山舊線X561南坪觀測站交通量資料，剔除2軸4輪及以下的客貨運(yùn)車輛交通量，以其中2012年的年平均日貨車交通量作為本項(xiàng)目初期的交通量（雙向），乘以方向分配系數(shù)0.6和車道分配系數(shù)0.75后，得設(shè)計(jì)車道的年平均日貨車交通量（ADTT）如表4，并以此計(jì)算設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。

用代表車型來模擬軸載能滿足車輛按照額定的裝載噸位和均勻的裝載方式進(jìn)行裝載行駛的情況，卻不能考慮車輛的超載和貨物不均勻裝載引起軸載變化，而這種情況在公路運(yùn)營中又普遍存在，而且存在不確定性。故設(shè)計(jì)采用軸載譜方法計(jì)算累計(jì)軸載作用次數(shù)。要獲得實(shí)際軸載數(shù)據(jù)，就必須對(duì)路上出現(xiàn)的軸載進(jìn)行調(diào)查，以得到實(shí)測軸載譜，進(jìn)而計(jì)算累計(jì)軸載作用次數(shù)。由于本項(xiàng)目缺乏相關(guān)實(shí)測資料。分析中借鑒國內(nèi)對(duì)相類似的道路實(shí)測軸載譜的研究成果，對(duì)本項(xiàng)目累計(jì)軸載作用次數(shù)進(jìn)行測算。

根據(jù)本項(xiàng)目道路等級(jí)、交通量、車型組成及功能定位，參考相類似的道路實(shí)測軸載譜的研究成果，采用基于軸載譜的車輛當(dāng)量軸載換算系數(shù)計(jì)算車道的設(shè)計(jì)軸載日作用次數(shù)Ns，如表5。

表5 軸載譜法標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)計(jì)算表

考慮到2012～2016年的車輛增長率為8.08%，換算到2016年設(shè)計(jì)車道的設(shè)計(jì)軸載日作用次數(shù)Ns=1197。

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道所承受的設(shè)計(jì)軸載累計(jì)次數(shù)Ne（軸次/車道），根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》。

式中：t取值20a；η取值0.39；gr取值2.57%；Ns取值1197次。

計(jì)算得設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道軸載累計(jì)次數(shù)Ne= 1101.331×104次。由規(guī)范荷載交通分級(jí)知，累計(jì)作用次數(shù)在2000×104～100×104之間，為重交通。以打裂壓穩(wěn)后的舊混凝土作為改建路面的基層，粗?jǐn)M普通混凝土面層厚0.24m。

（2）設(shè)計(jì)荷載在面層板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》

式中：kr取值 0.92；kc取值 1.05；Ps取值 100kN；hc、Ec、Vc分別取值0.24m、31000MPa、0.15；λ取值0.057。

（3）面層板臨界荷載處的溫度疲勞應(yīng)力，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》。

式中：αc取值11×10-6/℃；Tg取值86℃/m；L，板長，取5m；at、bt、ct分別取0.841、1.323、0.058。

（4）最重軸載在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》。

本工程舊路面的綜合評(píng)定結(jié)果為次級(jí)的部分破損路段，設(shè)計(jì)采用打裂壓穩(wěn)改建方案。

打裂壓穩(wěn)后舊路面直接作為改建路面的基層，打裂后舊路面頂面回彈模量不小于300MPa。面層厚度采用h=0.24m；基層厚h1=0.15m。經(jīng)過計(jì)算得：荷載疲勞應(yīng)力為3.36MPa；計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為0.96MPa；綜合疲勞應(yīng)力4.8MPa；取最重軸載190kN，計(jì)算得最大荷載應(yīng)力2.5MPa；最大溫度應(yīng)力為2MPa；最大綜合應(yīng)力4.95MPa。

綜合計(jì)算結(jié)果分析，打裂壓穩(wěn)改建方案采用0.24m水泥混凝土加鋪面層是可行的。

3 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（1）路面加鋪方案的選擇的合理與否直接影響加鋪路面經(jīng)濟(jì)性和耐久性，應(yīng)正確理解、靈活采用。

（2）應(yīng)根據(jù)舊混凝土路面綜合評(píng)定等級(jí)同時(shí)考慮當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)社會(huì)發(fā)展情況及使用情況來選擇合理的路面加鋪方案。

（3）加鋪混凝土面層結(jié)構(gòu)計(jì)算可將打裂壓穩(wěn)后的舊混凝土路面直接作為改建路面的基層。

［1］《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD40-2011）.

［2］趙鴻鐸.實(shí)測軸載譜道路當(dāng)量軸載換算系數(shù)確定.公路，2002.

［3］毛朝國.水泥混凝土路面加鋪方法對(duì)比分析.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2011.

U416.2

A

2095-2066（2016）29-0213-02

2016-9-17