水泥混凝土路面瀝青加鋪層設(shè)計(jì)研究

孔慶峰

摘 要 水泥混凝土路面在長時(shí)間使用后容易出現(xiàn)裂縫、坑洞、剝落、板角斷裂以及拱起等質(zhì)量病害，可以通過鋪設(shè)瀝青加鋪層的方式保證路面保持良好的使用性能。實(shí)踐證實(shí)，在水泥混凝土路面瀝青加鋪層設(shè)計(jì)中要結(jié)合路面性能進(jìn)行加鋪厚度計(jì)算，同時(shí)依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)方法的選擇，以有效提升瀝青加鋪層設(shè)計(jì)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 水泥混凝土路面；瀝青加鋪層；設(shè)計(jì)

作為常用的一種路面修復(fù)技術(shù)，瀝青加鋪層在改造破損水泥混凝土路面工程得到廣泛應(yīng)用，具有修復(fù)便捷、效率高等優(yōu)勢(shì)，如果設(shè)計(jì)或施工不合理，那么就容易形成反射裂縫等影響路面使用壽命質(zhì)量的病害。因此，如何才能科學(xué)地設(shè)計(jì)水泥混凝土路面瀝青加鋪層值得深入探討。

1 水泥混凝土路面瀝青加鋪層厚度設(shè)計(jì)的基本要求

1.1 評(píng)定水泥混凝土路面的性能

瀝青加鋪層設(shè)計(jì)之前，先仔細(xì)地評(píng)定水泥混凝土路面的實(shí)際性能，這決定是否需要開展改造設(shè)計(jì)。在實(shí)際的性能評(píng)定中，評(píng)定內(nèi)容主要包括路面承載性能、抗滑性能、平整度、破損情況以及結(jié)構(gòu)性能（彎沉值、接縫處傳荷能力和板底脫空情況）等。比如，其中路面破損評(píng)定中，主要是看水泥混凝土路面是否存在裂縫、坑洞或剝落等病害；平整度評(píng)定中是借助連續(xù)式平整度儀等相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行平整度測(cè)量；抗滑性能則是通過調(diào)查路面和車輪輪胎之間的摩擦系數(shù)；彎沉調(diào)查則是調(diào)查荷載作用下公路路面的彎沉量；板底脫空則是檢測(cè)道路板下唧泥或塑性變形的情況。通過對(duì)水泥混凝土路面的各種性能進(jìn)行評(píng)定，若發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量問題，再展開瀝青加鋪層設(shè)計(jì)工作。

1.2 明確瀝青加鋪層設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在評(píng)定混凝土路面損壞情況以及使用性能后，如果最終評(píng)定的等級(jí)為中或優(yōu)良，那么可進(jìn)行瀝青加鋪層設(shè)計(jì)工作。在鋪筑瀝青加鋪層期間，要對(duì)出現(xiàn)破碎的面板進(jìn)行更換，裂縫進(jìn)行填封和修補(bǔ)，錯(cuò)臺(tái)進(jìn)行磨平，將面層表面存在的擦痕、油跡和碎屑等徹底清除，板底存在的脫空部位進(jìn)行注漿填封處理，同時(shí)將接縫部位處已經(jīng)失效的雜物或填縫料進(jìn)行剔除，之后即可進(jìn)行封縫隙。但是最為關(guān)鍵的是做好反射裂縫減緩的設(shè)計(jì)控制工作，比如可以適當(dāng)?shù)卦黾訛r青加鋪層厚度，同時(shí)在其中適當(dāng)?shù)靥砑右恍┩凉た椢飱A層、玻璃纖維格柵和橡膠瀝青應(yīng)力吸收夾層，或者以配瀝青碎石作為瀝青加鋪層下層設(shè)計(jì)原料等。

1.3 科學(xué)設(shè)計(jì)加鋪層厚度

在設(shè)計(jì)瀝青加鋪層厚度期間，要基于減緩反射裂縫的設(shè)計(jì)要求合理確定。對(duì)于一級(jí)或高速公路，相應(yīng)的厚度不可小于100mm，其他等級(jí)公路的瀝青加鋪層厚度適宜控制在70mm。舊水泥混凝土板的厚度、基層頂面回彈模量標(biāo)準(zhǔn)值、混凝土彈性模量與彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值等均需要以相應(yīng)路面的實(shí)測(cè)值為主[1]。

2 水泥混凝土路面瀝青加鋪層設(shè)計(jì)中的常用方法

2.1 彎沉法

根據(jù)美國瀝青協(xié)會(huì)的實(shí)踐研究可知，瀝青加鋪層出現(xiàn)開裂的重要因素和豎向彎沉值（水平方向）之間具有密切聯(lián)系，如果水泥混凝土公路路面接縫部位處存在彎沉差值，瀝青加鋪層也容易出現(xiàn)開裂問題。有關(guān)調(diào)查結(jié)果表明，輪載的作用頻率一般要比面板層所對(duì)應(yīng)的位移伸縮速率要高，所以要對(duì)公路路面的允許垂直應(yīng)力及相應(yīng)的彎沉值進(jìn)行有效控制。在彎沉法設(shè)計(jì)瀝青加鋪層期間，要適當(dāng)?shù)貙⒐仿访娴膹澇亮拷档停话惆凑彰?cm厚度的瀝青混凝土路面，要相應(yīng)地降低2%左右瀝青加鋪層的彎沉量，需確保設(shè)計(jì)配比的準(zhǔn)確性。在相應(yīng)的彎沉量滿足規(guī)定設(shè)計(jì)要求后，為了減少所設(shè)計(jì)加鋪層中可能出現(xiàn)的反射裂縫數(shù)量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整加鋪層的厚度值，具體的調(diào)整幅度適宜和面層板的水平伸縮幅度保持一致。根據(jù)美國瀝青協(xié)會(huì)的研究結(jié)果，建議瀝青加鋪層的最佳厚度為100mm。如果所設(shè)計(jì)的瀝青加鋪層厚度>100mm，在設(shè)計(jì)加鋪層期間采取一些減少反射裂縫的措施來確保瀝青加鋪層設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

2.2 補(bǔ)足厚度缺額法

自20世紀(jì)50年代起，補(bǔ)足厚度缺額法被首次提出，并在瀝青加鋪層設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，這種加鋪層設(shè)計(jì)方法主要是基于新建水泥混凝土路面，綜合考慮原有公路路面的實(shí)際使用壽命以及其他對(duì)路面使用性能產(chǎn)生影響的因素，結(jié)合強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)路段所獲得的觀察數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，對(duì)瀝青加鋪層厚度進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，具體的厚度設(shè)計(jì)計(jì)算公式如下：

在計(jì)算公式中，指瀝青加鋪層設(shè)計(jì)厚度值；，和分別指水泥混凝土路面所需厚度值、實(shí)際厚度和實(shí)際狀況系數(shù)；A指混凝土厚度和瀝青層厚度的當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)；F指加鋪層設(shè)置后面板裂縫擴(kuò)大的發(fā)展系數(shù)，其會(huì)伴隨著道路強(qiáng)度以及交通狀況而發(fā)生改變，具體控制在0.5～1.0范圍內(nèi)。

2.3 經(jīng)驗(yàn)法

在20世紀(jì)50年代初起，歐美國家的一些科研人員通過實(shí)踐研究，提出了經(jīng)驗(yàn)法這種路面加鋪層設(shè)計(jì)法。該種瀝青加鋪層設(shè)計(jì)方法主要是基于傳統(tǒng)加鋪層設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，相應(yīng)的設(shè)計(jì)實(shí)用性更強(qiáng)，具體設(shè)計(jì)中需要對(duì)混凝土板處理、厚度計(jì)算、可行性研究以及反射裂縫防范措施等進(jìn)行綜合考慮，相應(yīng)的設(shè)計(jì)公式為：。公式中的指瀝青加鋪層設(shè)計(jì)厚度值；指混凝土路面的有效厚度值；指實(shí)際交通需求和地基承載力等條件下混凝土路面所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)厚度值；A指混凝土厚度和瀝青層厚度的當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，是體現(xiàn)混凝土厚度缺額的重要函數(shù)體現(xiàn)，具體計(jì)算按照以下公式：

隨著研究的深入，奧斯丁研究工程師基于力學(xué)視角，對(duì)經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行了研究，具體就是采用靜力分析平衡模型對(duì)瀝青加鋪層進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法認(rèn)為，在溫度應(yīng)力和車輛荷載的共同作用下，舊水泥混凝土板接縫部位處會(huì)相應(yīng)地形成水平/垂直相對(duì)位移，以至于使得瀝青加鋪層中出現(xiàn)了剪應(yīng)力和拉引力，容易造成加鋪層反射裂縫問題。在實(shí)際的瀝青加鋪層設(shè)計(jì)中，要以水泥混凝土路面上所設(shè)置的瀝青加鋪層底部剪應(yīng)變和拉應(yīng)變?yōu)橹饕O(shè)計(jì)控制指標(biāo)。通過將該法的應(yīng)用步驟編程特定的計(jì)算機(jī)程序，就可以對(duì)舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的評(píng)估，設(shè)計(jì)變量輸入和分析加鋪層厚度完成加鋪層厚度設(shè)計(jì)工作[2]。

3 結(jié)束語

瀝青加鋪層是水泥混凝土路面改造中常用的一種施工技術(shù)，可以有效改善水泥混凝土路面的使用性能，延長其使用年限。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，需要在嚴(yán)格遵從設(shè)計(jì)基本要求的基礎(chǔ)上，靈活選用經(jīng)驗(yàn)法和彎沉法等設(shè)計(jì)方法，可以有效保證瀝青加鋪層設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐凱軍.舊水泥混凝土路面加鋪層的設(shè)計(jì)研究[J].交通科技，2016，

（3）：126-128.

[2] 任新濤.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層[J].沈陽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，29（4）：330-334.