改建公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

文/曾勇、尹利強

1 前言

在應(yīng)用瀝青路面結(jié)構(gòu)的環(huán)節(jié)中，施工單位需要從當前的社會發(fā)展態(tài)勢出發(fā)做好結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的調(diào)整，進而保證設(shè)計效果符合當前的公路建設(shè)需求。在公路質(zhì)量的決定性因素上，設(shè)計方案的科學合理與否至關(guān)重要，施工人員應(yīng)做好系統(tǒng)的勘察工作，及時收集各方面的信息，為各項設(shè)計工作提供有效數(shù)據(jù)。在應(yīng)用設(shè)計技術(shù)方法時，應(yīng)及時改善存在的各項問題，更好地服務(wù)于當前的公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2 改建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

2.1 遵循指標

當前，在公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員會結(jié)合不同類型的公路結(jié)構(gòu)來確定最終的設(shè)計指標參數(shù)。特別是在面對高速公路一級公路和二級公路的設(shè)計上，設(shè)計人員會嚴格參照路面回彈彎沉值和瀝青混凝土的拉應(yīng)值進行處理；與此同時，半剛性材料層的層底拉應(yīng)力也是重要的參考因素。至于三四級公路的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計，路表面設(shè)計彎沉值是重要的設(shè)計指標。如果條件允許，施工人員需要結(jié)合重載交通線路的路面情況對瀝青混合料的抗剪切強度進行檢驗，通過驗算看其是否符合最大的剪應(yīng)力需求[1]。

2.2 設(shè)計標準

2.2.1 在雙輪荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)表面的輪系中心處整體的彎沉值應(yīng)該要小于設(shè)計的彎沉值。

2.2.2 瀝青面層底面混合料的容許拉應(yīng)力應(yīng)該大于最大的拉應(yīng)力。

2.2.3 至于半剛性基層或者底基層的最大抗應(yīng)力，應(yīng)該保持在容許拉應(yīng)力的范圍內(nèi)。在計算分析彎沉和應(yīng)力時，應(yīng)該視路面結(jié)構(gòu)為多層彈性體系，在雙輪組的作用下，體系里面作用力能夠發(fā)揮其應(yīng)有的價值，并按照要求處理相關(guān)的接觸條件[2]。

3 工程概況

某公路工程為一級公路類型，車道設(shè)計為雙向四車道，路基寬度為23.5m，車輛行駛速度設(shè)計為100km/h，屬于瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。由于該工程的通車時間達到了路面結(jié)構(gòu)使用年限，并且在最近幾年受到車輛荷載的不斷影響，該公路出現(xiàn)了大大小小不同類型的病害問題，因此為了提升路面通行功能，強化服務(wù)水平，擬定對其改建。改建后設(shè)計方案為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計使用15年，由4 車道改變?yōu)? 車道，路基加寬為33.5m,行駛速度為120km/h。在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮到結(jié)構(gòu)的類型比較突出，故而需要高度重視，具體內(nèi)容見下文分析[3]。

4 確定瀝青路面設(shè)計標準的措施

4.1 確定彎沉值

在涉及瀝青路面結(jié)構(gòu)的環(huán)節(jié)中，路面的彎沉值與路面結(jié)構(gòu)的承載力兩者之間存在緊密的關(guān)系。假如設(shè)計的回彈彎沉值偏小，那么需要提升整體的荷載能力。在荷載力多次作用下，路面會出現(xiàn)不同程度的損害；假使回彈彎沉值偏大，在使用道路的過程中容易損害路面。因此，在設(shè)計瀝青路面的環(huán)節(jié)中，相關(guān)工作人員應(yīng)該理清路面荷載和回彈彎沉值之間的關(guān)系。在改建公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，設(shè)計人員需要熟悉公路在使用環(huán)節(jié)中可能會出現(xiàn)的回彈彎沉值變化，并掌握相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，結(jié)合獲取的一手資料，合理控制路面回彈彎沉值，進而延長公路使用期限。從以上變化特點出發(fā)，嚴格按照要求設(shè)計合理的參數(shù)。眾所周知，公路建設(shè)后的彎沉值與使用末期的彎沉值之間存在偏差，所以施工單位不能將這些參數(shù)作為最終的驗收標準。通常來說，在進行剛性基層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一般會將其周期控制在半年左右。等公路完工一年左右后，其整體的彎沉值會接近實際的真實效果。我們可以從這個階段的路面剛度狀態(tài)出發(fā)做好設(shè)計狀態(tài)的調(diào)整，這從某種程度上來說，也直接延長了公路的使用壽命[4]。

4.2 確定容許拉應(yīng)力

在改建公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，為了保證公路的應(yīng)用效果，施工單位需要合理控制公路結(jié)構(gòu)層的容許拉應(yīng)力。路面在反復承受荷載的環(huán)節(jié)中，經(jīng)常會達到臨界破壞點，這就是所謂的最大容許拉應(yīng)力。和第1 次承受荷載時相比較，這種拉應(yīng)力整體的抗拉強度相對較小。尤其是在結(jié)構(gòu)層的材料質(zhì)量與性能上，與其內(nèi)部的差異有著緊密的關(guān)系。至于極限抗拉強度的設(shè)計，一般要保持在15 度的極限抗拉強度。至于二灰穩(wěn)定類以及石灰穩(wěn)定類的相關(guān)材料，一般以180d 的極限抗拉強度作為系指齡期。至于水泥粉煤灰穩(wěn)定類材料，其極限抗拉強度為120d[5]。

5 改建公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

5.1 計算公路結(jié)構(gòu)彎沉值

在設(shè)計瀝青路面結(jié)構(gòu)的環(huán)節(jié)中，計算路面彎沉值一般會借助彈性層狀體系理論進行計算。通過大量的實驗數(shù)據(jù)可知，實測完成值和理論計算值之間存在著一定的差異。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這種差異存在一定的規(guī)律性。如果路基高度偏低，那么根據(jù)計算公式算得的面層厚度就會遠遠大于預期水平；假如路基剛度偏高，那么面層厚度在理論上就會偏小。結(jié)合相關(guān)的現(xiàn)象內(nèi)容，我們認為路基路面的材料并非具有非線性彈性體，而是借助評定材料抗變形能力進行測定，無法反映出結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的真實狀態(tài)。為了保證計算值和實際測量值達到平衡，當前在規(guī)范的環(huán)節(jié)中會借助彎沉綜合修正系數(shù)進行計算，從而保證設(shè)計計算路面厚度符合一定的要求。在大量試驗驗證資料的支持下，實際彎成值、土基回彈模量等參數(shù)和彎沉綜合修正系數(shù)之間緊密關(guān)聯(lián)。

5.2 計算層底拉應(yīng)力

在應(yīng)用瀝青路面的環(huán)節(jié)中，無法避免出現(xiàn)疲勞開裂現(xiàn)象。從引發(fā)這種情況的原因來看，主要是由于層底拉應(yīng)力偏大。為了降低這種情況的出現(xiàn)概率，相關(guān)工作人員應(yīng)該隨時檢驗瀝青層和半剛性基層的拉應(yīng)力大小，然后全面掌握各點的拉應(yīng)力情況，進而保證拉應(yīng)力值具有一定的科學性。和路面容許拉應(yīng)力值相比較，看其是否符合設(shè)計要求，只有這樣才能保證設(shè)計方案的科學性。另外，在計算層底拉應(yīng)力的環(huán)節(jié)中，相關(guān)工作人員還應(yīng)該綜合材料的質(zhì)量性能，結(jié)合不同應(yīng)用材料，合理設(shè)計相關(guān)方案。值得注意的是，在改擴建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)中，針對路面結(jié)構(gòu)的層底拉應(yīng)力的計算，需要按照車輛荷載的最大值進行，以保證新舊結(jié)構(gòu)的承載力滿足實際需求。

5.3 路面材料與路基土兩者的設(shè)計參數(shù)

針對公路工程的拉應(yīng)力、沉彎值而言，路基土以及路面材料的參數(shù)以及性能起到直接的影響，因此在設(shè)計環(huán)節(jié)需要對兩者的彈性模量值進行綜合分析。由于路基土以及路面材料在應(yīng)用環(huán)節(jié)，其作用力是呈現(xiàn)非線性變化的，故而會受到特征以及彈性模型的影響出現(xiàn)變化。此外，由于兩者材料在應(yīng)用時會受到環(huán)境因素、技術(shù)因素的影響，因此會出現(xiàn)定性性能不足問題。在設(shè)計時，設(shè)計人員需要考慮到兩者的穩(wěn)定性，明確施工參數(shù)，通過利用模型設(shè)計，達到后續(xù)的應(yīng)用需求。

5.3.1 設(shè)計路基土回彈模量值

在多種因素的影響下，路基土回彈模量值會存在著一定的差異。比方說，應(yīng)力狀態(tài)和荷載方式都會造成影響。與此同時，土質(zhì)的性能、干濕度以及密實度之間也會有一定的關(guān)聯(lián)。在設(shè)計公路瀝青路面結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)，工作人員應(yīng)該結(jié)合惡劣環(huán)境的特征做好試驗工作，進而確定最終的回彈模量值。在尚未修復路基的狀況下，一般會通過經(jīng)驗方法估定相關(guān)的內(nèi)容。

5.3.2 設(shè)計路面材料回彈模量值

如果沒有粒料墊層與基層的回彈模量值作為支撐，工作人員一般會選擇重復加載三軸試驗做好相關(guān)的測定工作。在試驗的環(huán)節(jié)中，根據(jù)基層的實際應(yīng)力狀況在不同的方位施加相關(guān)的限應(yīng)力，進而保證回彈模量值具有可靠性。在現(xiàn)行的公路瀝青路面設(shè)計環(huán)節(jié)中，工作人員一般會根據(jù)回彈模量值進行相關(guān)的設(shè)計，通常借助圓柱體進行彎曲或壓縮試驗，及時測定不同級別的應(yīng)力作用，并計算壓縮應(yīng)變力。

6 其余注意事項

在改建設(shè)計方案的確定環(huán)節(jié)中，工作人員需要從路面結(jié)構(gòu)性能出發(fā)實現(xiàn)良好的節(jié)能減排效果，避免出現(xiàn)嚴重的環(huán)境污染。與此同時，為了降低材料消耗，通過廢物利用的方式實現(xiàn)材料再生；借助動態(tài)設(shè)計理念，實現(xiàn)科學的改建設(shè)計。在施工階段，工作人員要熟悉周圍的路況，同時考慮到項目所在環(huán)境的年降水量偏大，因此其要及時設(shè)置排水系統(tǒng)進行排水，嚴格按照施工期限內(nèi)部的交通組織設(shè)計，設(shè)置臨時安全設(shè)施。

7 結(jié)語

綜上所述，在改建公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)中，施工單位不僅需要考慮到原有路面結(jié)構(gòu)的承載需求，同時還要對新建路面結(jié)構(gòu)的承載能力以及新舊路面結(jié)構(gòu)的承載能力進行研究。在新舊路面結(jié)構(gòu)設(shè)計上，將統(tǒng)一的設(shè)計標準構(gòu)建出來，同時在設(shè)計階段做好相關(guān)設(shè)計參數(shù)以及設(shè)計方案的優(yōu)化，以此滿足改擴建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的原有需求。