舊瀝青路面加鋪改造設計研究與實踐

劉新權 王羿偉 馬進宇 任亞

摘要：文章以神農架林區(qū)$307省道改擴建工程路面設計為例，制定舊路面的評價與加鋪設計流程，利用平縱面擬合、壓縮評價單元及細化設計段落等手段，以路面損壞狀況指數(shù)（PCI）和路面結構強度指數(shù)（PSSI）為評價指標，以路表面回彈彎沉值作為計算控制指標，制定不同段落的舊路面加鋪設計方案，實現(xiàn)老舊瀝青路面的加鋪利用。

關鍵詞：舊瀝青路面;加鋪設計;評價指標;彎沉

中圖分類號：U418.8文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.011

文章編號：1673-4874（2019）09-0036-04

0引言

舊瀝青路面普遍存在著結構單薄、材料強度低、路面破損嚴重、線性指標差等問題，在改造中經(jīng)常被直接挖除新建，未能得到有效利用，造成一定程度的工程浪費。

湖北省神農架林區(qū)S307省道陽日至松柏段建成于20世紀90年代，路基寬度為8.0m，原有路面結構組成為4cm瀝青碎石+20cm水泥穩(wěn)定礫石，可行性研究報告認為“本項目老路瀝青路面各類損壞均有發(fā)生，主要是龜裂、沉陷、車轍、裂縫等，最大特點是多種破損類型混合伴生，加快了老路路面的破損速度，路面損壞狀況指數(shù)（PCI）處于50-80，評價級別為差一中，建議對老路實行完全新建措施”。

筆者通過分段細化評價，篩選存在加鋪改造可能性的段落，通過理論分析與計算，確定最終的加鋪層結構組成方案，實現(xiàn)對部分舊路面的再利用。

1新建路面結構設計參數(shù)

經(jīng)交通量分析，項目設計年限內的BZZ-100累計標準當量軸次Ne為430.93×104次/車道，屬中等交通等級。根據(jù)公路等級、累計標準當量軸次、路面結構類型等計算路面設計彎沉值I為31.1（0.01mm）。

參照區(qū)域路面結構設計經(jīng)驗，擬定路面結構組成，計算路表彎沉值I，路面結構層的組成及材料參數(shù)列于表1。

通過彈性層狀體系理論設計程序計算，擬定路面結構組成的路表計算彎沉值l為28.6（0.01mm），小于設計彎沉值I，路面結構組成設計滿足規(guī)范要求。

2舊路面評價與設計方法

2.1原有路面狀況

筆者經(jīng)過初步勘察后發(fā)現(xiàn)，原有道路狀況與病害分布存在以下特點：

（1）項目屬中高山嶺地形，部分路段豎曲線指標超規(guī)，平面線性存在大量的小半徑、小偏角曲線，原有路面無法利用，在路面評價中應予以扣除后，再進行分段調查、統(tǒng)計和評價。

（2）舊路面的破損狀況分布不均，起點至K16段路線平、縱面指標較好，路面狀況也較好，而終點段縱坡普遍在7%以上，且鄰近水泥廠和碎石場，路面損壞嚴重。另外，在村鎮(zhèn)和路基垮塌搶修路段，路面存在水損壞、龜裂、沉陷等典型病害集中的情況。

（3）從原有路面的鉆芯取樣結果來看，舊路面水泥穩(wěn)定礫石基層的芯樣基本完整，水泥膠漿填充飽滿，具有一定強度。

（4）路線沿青楊河兩岸布置，多數(shù)為側挖山體路基，填料多為開山毛渣和卵、礫石，路基穩(wěn)定性較好。

（5）規(guī)范要求“一般按1km為單位對路況進行評價”，雖滿足了路面機械化施工的連續(xù)性要求，卻造成評價段落粗糙、精細度不足的問題，筆者取路面攤鋪4-5h的工作量500m為最小評價單位。

2.2路面評價與加鋪設計方法

（1）根據(jù)平、縱面擬合成果，篩選出與原有道路擬合線性較好、縱坡達標、長度≥500m的段落作為調查與評價單元;（2）對細化段落進行路面損壞狀況指數(shù)（PCI）評定，優(yōu)選出中-優(yōu)等級的段落進行路表彎沉檢測，利用檢測結果計算當量回彈模量并進行路面結構強度指數(shù)（PSSI）評價;（3）依據(jù)當量回彈模量擬定加鋪方案，驗算路面彎沉值，同時進行路面結構強度指數(shù)（PSSI）評價，評價為優(yōu)良的方案方可實施，否則重新擬定加鋪方案或放棄加鋪方案.

3路面評價與參數(shù)計算

3.1路面損壞狀況評價

以瀝青路面的路面損壞狀況指數(shù)（PCI）和路面結構強度指數(shù)（PSSI）作為主要評價指標，評價值域為0-100，分為優(yōu)（90-100）、良（80-90）、中（70-80）、次（60-70）、差（0～60）五個等級。

通過對原有路面的龜裂、裂縫、坑槽、松散、沉陷、車轍、擁包等病害進行調查、統(tǒng)計后，可利用路面破損率計算路面損壞狀況指數(shù)（PCI）。

對于部分路段的路面損壞調查統(tǒng)計結果及計算、評價結果列于表2和下頁表3中.

原有山區(qū)公路的平、縱面指標較低，可利用段落多<1000m，可利用率很低，精細劃分后可利用路段大幅增加;同時，在后期統(tǒng)計整理中繼續(xù)優(yōu)化評定段落，對調查段落兩端嚴重破損路段舍棄或拆分細化，進一步增加舊路面的可利用率。如K12+260～K14+522段，全長2.262km，計算破損率DR為5.88%，PCI值為68.9，評定為次級，應采用挖除新建方案;但是調查中發(fā)現(xiàn)，路面損壞多發(fā)生在K13+090-K13+790段（路段Ⅲ），該路段原有擋土墻曾受河水沖刷塌陷，路面塌陷嚴重，且伴有嚴重的縱向裂縫、龜裂、車轍病害，而該路段前后均存在500m以上的良好路段。為此，在路面狀況評價中進行拆分細化，將K12+260～K14+522段拆分為表2中的路段Ⅱ-Ⅳ（對應表3中的6-8號），對中間K13+790～K13+090段采用新建方案，而其他兩段均評價為可加鋪路段。

經(jīng)過段落細化優(yōu)選后，初步判定達到中一優(yōu)級的可利用路段達7.4km，長度大幅增加。

3.2 彎沉測試與當量回彈模量

利用貝克曼梁法檢測各段落的舊路面彎沉值，測試車型為東風-140，車胎氣壓為0.7MPa，測點間隔20m，求取計算彎沉代表值l和舊路面的當量回彈模量E。見表4。

4加鋪層結構組合方案

4.1 路面結構強度評價

利用項目新建瀝青路面結構計算求取的設計彎沉值l和路表彎沉代表值l的比值（SSI值），計算路面結構強度指數(shù)（PSSI），并進行路面結構強度定量評價。

新建瀝青路面結構強度指數(shù)PSSI為94.7，評定為優(yōu)級。舊瀝青路面篩選后的可加鋪改造路段的路面結構強度指數(shù)PSSI值和評價結構列于表5中。

舊路面的結構強度指數(shù)PSSI多在20-30間，評價為差級，與新建瀝青路面的優(yōu)級相距甚遠，所以在擬定瀝青加鋪層結構中應適當增加補強結構層厚度以確保加鋪后的路表強度結構指數(shù)達到優(yōu)級。

4.2擬定加鋪結構驗算

路面結構強度評價結果表明舊路面結構強度明顯不足，單純采用瀝青混凝土罩面的方式加鋪不可行，需設置加鋪補強層。根據(jù)項目新建路面的結構設計成果，擬定保持瀝青面層4cm厚AC-13C+6cm厚AC-20C的結構一致性，設置≥150mm厚的水泥穩(wěn)定碎石基層作為加鋪補強層，以原有路面的當量回彈模量Z真替代規(guī)范公式中對應層的回彈模量，驗算擬定加鋪路面結構，同時進行路面結構強度指數(shù)評價。

采用彈性層狀體系理論設計程序對擬定的加鋪補強結構方案進行驗算，各擬加鋪路段的最小基層厚度及相應的計算和評價結果指標列于表6中。

通過加鋪層結構方案驗算，求取各路段的基層最小加鋪厚度，形成結構層組合方案，彎沉驗算均滿足規(guī)范要求，路面結構強度指數(shù)PSSI值評價達到優(yōu)級，可指導路面加鋪改造設計。

以各路段的路面加鋪補強層組合方案作為路線縱斷面設計的控制參數(shù)，$307省道改擴建工程中實現(xiàn)了80%以上的擬定路段的加鋪補強，全線6.1km的舊瀝青路面采用4cm厚AC-13C+6cm厚AC-20C+15-20cm厚水泥穩(wěn)定碎石的加鋪補強結構，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

5 結語

（1）依據(jù)瀝青路面損壞狀況評價體系，制定舊瀝青路面的調查、評價及設計方法，利用平縱面擬合、壓縮評價單元及細化評級段落等手段，大幅增加中-優(yōu)級達標段，提高舊路面可利用率。

（2）利用路面彎沉檢測結果，求取舊路面當量回彈模量，根據(jù)PSSI評價結果，初步擬定路面加鋪補強技術方案，采用彈性層狀體系理論驗算不同路段的加鋪補強設計方案并在后期的路線縱斷面設計中得以實現(xiàn)。

（3）受地形地貌、技術能力、原始資料等方面的限制，相較于高等級公路，地方道路、山區(qū)公路等低等級公路改擴建工程中，原有路基、路面、橋梁的再利用難度和風險更大，筆者僅以S307省道改擴建設計中的些許觀點與經(jīng)驗形成此文，希望對今后業(yè)內同類工作的開展提供參考。