路面改造工程中瀝青罩面最佳厚度確定研究

摘要 在國(guó)際道路改造工程項(xiàng)目中，要求采用力學(xué)－經(jīng)驗(yàn)法確定路面結(jié)構(gòu)，施工單位應(yīng)會(huì)根據(jù)現(xiàn)狀道路實(shí)際情況統(tǒng)計(jì)分析和現(xiàn)狀道路反算數(shù)據(jù)計(jì)算所需路面結(jié)構(gòu)數(shù)SN，兼顧瀝青路面罩面層厚度經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)層組合要求。文章結(jié)合某國(guó)外道路工程項(xiàng)目，借助AASHTO公式確定最佳罩面層厚度，研究成果旨在為我國(guó)企業(yè)參與國(guó)際道路工程項(xiàng)目施工提供參考。

關(guān)鍵詞 海外工程；瀝青混凝土道路；路面改造工程；罩面層；厚度確定

中圖分類(lèi)號(hào) U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）21-0130-03

0 引言

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）要求[1]，瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度范圍為20～250mm。現(xiàn)有規(guī)范體系基本覆蓋了半剛性基層路面、柔性基層路面等大部分路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型，但針對(duì)路面改造工程的罩面厚度的相關(guān)研究較為缺乏[2]。該文結(jié)合某國(guó)外道路瀝青混凝土路面改造工程，基于AASHTO設(shè)計(jì)方法確定瀝青罩面最佳厚度，旨在為路面改造工程瀝青罩面厚度設(shè)計(jì)、施工提供有益參考。

1 工程概況

某國(guó)際道路工程起止樁號(hào)為PK243+000～PK300+000，道路總長(zhǎng)57 km，工程建設(shè)內(nèi)容包括瀝青混凝土路面工程、排水工程、附屬工程等。工程原路面因周期性洪水淹沒(méi)、交通重載等綜合原因?qū)е侣访娌『?yán)重，出現(xiàn)裂縫、變形、松散、剝落、坑槽等問(wèn)題。本工程內(nèi)容重要為原有路面病害處理和加鋪瀝青罩面層。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察文件，道路所在場(chǎng)地為碟狀盆地，中部、南部為平原，東部、北部和西部為高原和山地環(huán)繞，總體為中間低、向東南敞口的地貌。道路路線范圍內(nèi)無(wú)高山洼地，路線高程變化較小。

工程所在地區(qū)氣候分為干季和濕季，年最高溫度36°C左右，最低氣溫為17°C左右，溫差相對(duì)較小。雨季降雨量大，加之區(qū)域內(nèi)地勢(shì)平緩無(wú)起伏，導(dǎo)致原AC-20瀝青混凝土路面路基受降雨引發(fā)周期性洪水而淹沒(méi)，并在車(chē)輛通行荷載作用下出現(xiàn)路面破壞問(wèn)題。工程施工前，施工單位按每50 m一個(gè)測(cè)點(diǎn)分幅進(jìn)行FWD試驗(yàn)，共計(jì)測(cè)量1 087點(diǎn)。根據(jù)FWD試驗(yàn)結(jié)果：工程PK243+000～PK252+000、PK259+000～PK261+000、PK277+000～PK279+000、K283+000～296+000為嚴(yán)重病害段落?，F(xiàn)狀病害表現(xiàn)為路面裂縫（縱裂、橫裂、龜裂、網(wǎng)裂）、變形（車(chē)轍、推移、波浪、沉陷）、基層缺陷（松散、彈簧、車(chē)轍、坑槽）等。

2 瀝青路面罩面層厚度確定

2.1 瀝青路面罩面層厚度確定方法

該工程路面設(shè)計(jì)要求采用美國(guó)力學(xué)－經(jīng)驗(yàn)法[3]，要求采用AASHTO設(shè)計(jì)方法確定路面結(jié)構(gòu)層厚度。AASHTO計(jì)算公式為：

式中：W18——累計(jì)當(dāng)量軸載作用次數(shù)；ZR——給定可靠度R的正態(tài)分布偏差；S0——交通量預(yù)測(cè)的組合標(biāo)準(zhǔn)差；SN——路面結(jié)構(gòu)數(shù)；ΔPSI——初始設(shè)計(jì)適用性指標(biāo)之間的差；MR——路基彈性模量，psi（磅力/平方英寸）。

SN=a1D1+a2D2m2+a3D3m3 （2）

式中：SN——路面結(jié)構(gòu)數(shù)；a1、a2、a3——面層、基層、底基層結(jié)構(gòu)層系數(shù)；D1、D2、D3——面層、基層、底基層厚度，in（英寸）；mi——排水系數(shù)。

SNoverlay=SNrequired?SNoffective （3）

式中：SNoverlay——瀝青路面罩面層覆蓋所需結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，psi；SNrequired——計(jì)算所需設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（psi）；SNoffective——現(xiàn)有路面剩余有效結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（psi）。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)取值

該工程瀝青路面罩面層設(shè)計(jì)取值和計(jì)算結(jié)果如下：（1）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年為2017年；（2）設(shè)計(jì)使用年限為15年，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)量車(chē)流量數(shù)據(jù)，調(diào)查當(dāng)前道路48 h平均車(chē)流量數(shù)據(jù)，按合同文件提供的車(chē)輛每年增長(zhǎng)率6%測(cè)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)車(chē)流量總數(shù)，按設(shè)計(jì)年限內(nèi)車(chē)流量增長(zhǎng)系數(shù)23.28和AASHTO設(shè)計(jì)指南中“第四動(dòng)力定律”計(jì)算等效單軸載荷（ESAL）為514萬(wàn)次，設(shè)計(jì)15年后等效單軸載荷為355萬(wàn)次；（3）工程為雙向二車(chē)道二級(jí)公路，根據(jù)48 h交通流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析道路雙向負(fù)載不相等，方向分布系數(shù)取值0.58；（5）ΔSPI取值2.2；（4）可靠度R按城市主干道取值90%；（6）ZR計(jì)算取值?1.282，路面交通與性能預(yù)測(cè)綜合標(biāo)準(zhǔn)差S0為0.45；（7）MR按4 d的CBR試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果按最佳經(jīng)驗(yàn)方程反算回彈模量MR，MR（psi）=2 555CBR0.64，CBR為加州承載比（%）；（8）路面結(jié)構(gòu)層系數(shù)a1=0.44，a2=0.23，a3=0.14。

2.2 瀝青路面罩面層設(shè)計(jì)厚度確定

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行為期4 d的試驗(yàn)，路面設(shè)計(jì)采用第10個(gè)百分位值，將CBR值轉(zhuǎn)換為回彈模量MR值（如表1所示）。

根據(jù)已反算回彈模量MR值計(jì)算所需設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度SNrequired（如表2所示）。

根據(jù)式（3）可知，已知SNreq情況下，可通過(guò)SNreq減去FWD撓度獲得現(xiàn)有路面剩余有效結(jié)構(gòu)強(qiáng)度即為瀝青路面罩面層所需的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[4]。根據(jù)AASHTO指南值瀝青覆蓋層系數(shù)0.17 /cm和水泥穩(wěn)定基層0.063/ cm層系數(shù)，計(jì)算SN為：

SN=0.063CSB+0.17ACov （4）

式中：SN——路面結(jié)構(gòu)數(shù)（cm）；CSB——基層最小厚度且與相鄰路面層結(jié)合良好（cm）；ACov——罩面層現(xiàn)有厚度（cm）（如表3所示）。根據(jù)工程設(shè)計(jì)，檢查標(biāo)準(zhǔn)為SN?SNol≥?0.02。

+100、PK285+400～PK288+000段路面病害嚴(yán)重，承包商已挖除現(xiàn)有AC-20瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層。根據(jù)現(xiàn)有路段病害情況和SN結(jié)構(gòu)數(shù)計(jì)算瀝青路面罩面層厚度為3 cm?？紤]現(xiàn)有路段病害全挖除需使用15 cm水穩(wěn)層和5 cm路面層恢復(fù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)（如表4所示），可計(jì)算得出該工程需新鋪瀝青路面罩面層厚度為3.0 cm，病害全幅刨除段罩面層攤鋪厚度為5.0 cm。

3 結(jié)語(yǔ)

該工程計(jì)算結(jié)果表明：瀝青路面罩面層厚度滿足工程設(shè)計(jì)要求。經(jīng)工程試驗(yàn)段施工驗(yàn)證后，施工單位進(jìn)行大面積工程施工并一次通過(guò)工程驗(yàn)收。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，國(guó)外道路工程項(xiàng)目中，采用力學(xué)－經(jīng)驗(yàn)法確定罩面層厚度需綜合考慮路面病害、工程造價(jià)等因素綜合確定罩面層厚度，力求設(shè)計(jì)確定最佳罩面層厚度。同時(shí)，在道路改造工程中，施工單位應(yīng)結(jié)合現(xiàn)狀道路實(shí)際情況反算路面結(jié)構(gòu)數(shù)SN，防止計(jì)算結(jié)果與工程設(shè)計(jì)要求偏差較大影響工程驗(yàn)收。

參考文獻(xiàn)

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