關于路面加鋪設計的一些探討

李贊榮（福建省港航勘察設計研究院，350002）

關于路面加鋪設計的一些探討

李贊榮（福建省港航勘察設計研究院，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計為例，分析、探討了路面加鋪方案選擇及路面結構計算的一些問題。

加鋪方案選擇；加鋪面層結構計算

路面使用過程中，當路面結構狀況或表面功能不能滿足使用要求時，需采取修復措施以恢復或提高其使用性能。在舊混凝土路面上鋪設加鋪層，是一項充分利用舊路面剩余強度，可在較長時期內(nèi)恢復或提高其使用性能的有效技術措施。

本文對縣道山舊線南靖山城至平和紅瀨口段公路路面改造設計進行總結，分析、探討路面加鋪方案選擇及路面結構計算上的一些問題。

1 加鋪方式選擇

對混凝土路面結構性能和行車舒適影響最大是斷裂類損壞和接縫錯臺兩種，是決定加鋪層結構形式和厚度設計的主要因素。對于斷板率為主要因素的公路，可僅用斷板率作為評定指標。

根據(jù)使用要求和舊路面評定可選擇分離式和結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)展型裂縫都會反射到加鋪層上只有當舊路面結構性能良好，才能使用結合式加鋪層。

分離式加鋪方案由于與舊面層之間設置了隔離層，舊路面接縫和發(fā)展型裂縫都會一般不會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重的混凝土路面。

當調(diào)查評定的舊混凝土路面的斷板率、平均錯臺量和接縫傳荷能力均處于差級水平，尤其是當舊面層板下出現(xiàn)嚴重唧泥、脫空及地基沉降時，對舊路面進行大面積修復后在鋪設加鋪層已經(jīng)不是一個經(jīng)濟有效的手段。此時，應對舊路面進行破碎、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定等級為次等；舊路面破碎嚴重路段損壞狀況和接縫傳荷能力狀況綜合評定等級為差等，評定結果詳見表1～3。

本次工程按舊路面部分破損和舊路面破碎嚴重兩綜合大類進行改建路面結構設計。綜合考慮當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展及道路使用情況，舊路面的綜合評定結果次等的部分損壞路段，設計采用打裂壓穩(wěn)改建方案；舊路面的綜合評定結果差等的破碎嚴重路段，設計考慮挖除補強改建方案。

表1 舊路面斷板率分析評定表

表2 舊路面錯臺量分析評定表

表3 舊路面接縫傳荷能力分析評定表

2 加鋪水泥混凝土路面結構設計

本文僅針對打裂壓穩(wěn)改建方案水泥混凝土路面結構層設計進行討論。

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模型，面層板底面以下部分按彈性地基處理。

水泥混凝土結構設計應以面層板在基準期內(nèi)，在行車荷載和溫度梯度的綜合作用下，不產(chǎn)生疲勞斷裂作為設計標準；并以最重軸和最大溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生極限斷裂作為驗算標準。計算表達式采用《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》。

式中：γr取1.11。

（1）設計軸載累計作用次數(shù)

表4 設計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輪及以下的客貨運車輛交通量，以其中2012年的年平均日貨車交通量作為本項目初期的交通量（雙向），乘以方向分配系數(shù)0.6和車道分配系數(shù)0.75后，得設計車道的年平均日貨車交通量（ADTT）如表4，并以此計算設計車道標準軸載作用次數(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營中又普遍存在，而且存在不確定性。故設計采用軸載譜方法計算累計軸載作用次數(shù)。要獲得實際軸載數(shù)據(jù)，就必須對路上出現(xiàn)的軸載進行調(diào)查，以得到實測軸載譜，進而計算累計軸載作用次數(shù)。由于本項目缺乏相關實測資料。分析中借鑒國內(nèi)對相類似的道路實測軸載譜的研究成果，對本項目累計軸載作用次數(shù)進行測算。

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

表5 軸載譜法標準軸載作用次數(shù)計算表

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

設計基準期內(nèi)設計車道所承受的設計軸載累計次數(shù)Ne（軸次/車道），根據(jù)《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》。

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

計算得設計基準期內(nèi)設計車道軸載累計次數(shù)Ne= 1101.331×104次。由規(guī)范荷載交通分級知，累計作用次數(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，粗擬普通混凝土面層厚0.24m。

（2）設計荷載在面層板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應力，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設計規(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力，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設計規(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)生的最大荷載應力，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》。

本工程舊路面的綜合評定結果為次級的部分破損路段，設計采用打裂壓穩(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)過計算得：荷載疲勞應力為3.36MPa；計算溫度疲勞應力為0.96MPa；綜合疲勞應力4.8MPa；取最重軸載190kN，計算得最大荷載應力2.5MPa；最大溫度應力為2MPa；最大綜合應力4.95MPa。

綜合計算結果分析，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 幾點認識

（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)濟性和耐久性，應正確理解、靈活采用。

（2）應根據(jù)舊混凝土路面綜合評定等級同時考慮當?shù)卦O計社會發(fā)展情況及使用情況來選擇合理的路面加鋪方案。

（3）加鋪混凝土面層結構計算可將打裂壓穩(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計規(guī)范》（JTGD40-2011）.

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

［3］毛朝國.水泥混凝土路面加鋪方法對比分析.交通標準化，2011.

U416.2

A

2095-2066（2016）29-0213-02

2016-9-17