基于長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)的市政道路瀝青路面加鋪研究

胡建強(qiáng)，劉雙祥

（二秦高速公路張家口管理處 張家口市 075000）

基于長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)的市政道路瀝青路面加鋪研究

胡建強(qiáng)，劉雙祥

（二秦高速公路張家口管理處 張家口市 075000）

在借鑒國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)壽命路面的研究與發(fā)展經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，針對(duì)北京氣候、交通情況、原材料技術(shù)性能等，通過(guò)對(duì)比分析，確定了市政道路加鋪路面表面層、下面層、應(yīng)力吸收層的材料；同時(shí)經(jīng)過(guò)應(yīng)力、應(yīng)變分析及驗(yàn)算確定了每層材料厚度。

長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)；瀝青混合料；應(yīng)力；應(yīng)變

1 引言

長(zhǎng)壽命瀝青路面是指在設(shè)計(jì)年限40～50年期間不發(fā)生結(jié)構(gòu)性損壞，僅需要每隔15～20年對(duì)面層進(jìn)行維護(hù)的瀝青路面。從20世紀(jì)末以來(lái)，長(zhǎng)壽命路面已成為世界各國(guó)在道路方面最為熱門的研究對(duì)象。國(guó)外的研究與經(jīng)驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加厚瀝青面層，可以有效地減少瀝青層底的拉應(yīng)力，減小其疲勞開(kāi)裂的可能性，同時(shí)較厚的瀝青面層也可以減少由車轍引起的結(jié)構(gòu)性變形。國(guó)內(nèi)對(duì)長(zhǎng)壽命路面的研究相對(duì)于歐美國(guó)家來(lái)說(shuō)相對(duì)較晚，主要集中在高速公路領(lǐng)域，其次是在市政工程中，而且已有的研究也基本上是延續(xù)了國(guó)外長(zhǎng)壽命路面的設(shè)計(jì)思想，同時(shí)也對(duì)相關(guān)研究?jī)?nèi)容開(kāi)展了大量試驗(yàn)研究并相繼進(jìn)行了試驗(yàn)路的工程應(yīng)用，從而也取得了一定的成果。

本文以北京工體北路大修改造工程為依托項(xiàng)目，基于長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)確定工體北路路面加鋪方案。工體北路是一條城市道路，位于朝陽(yáng)區(qū)西部，交通量較大，路面開(kāi)裂嚴(yán)重，公交專用車道、公交車站、交叉口等位置車轍較為嚴(yán)重，主路由于其自身特性，碎裂、沉陷病害現(xiàn)象集中。路面承載力有所降低，無(wú)法滿足其交通功能，為了滿足其交通功能，延長(zhǎng)其使用壽命，因此將長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)用到其瀝青面層改造過(guò)程中以提高路面結(jié)構(gòu)整體承載能力和使用壽命。

2　瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料

在長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮各結(jié)構(gòu)層的特性及功能，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)層位提出不同設(shè)計(jì)指標(biāo)。表面層是與車輛直接接觸的層面，為了提供良好的路用性能，因而要有足夠抗車轍性能、良好的抗滑性能、足夠抗表面開(kāi)裂性能、緩解水霧的影響并可減小噪聲。因此，設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該采用高性能瀝青混凝土。中間層（聯(lián)結(jié)層）既是擴(kuò)散荷載區(qū)域，也是承受車輪荷載作用的高應(yīng)力區(qū)，極易產(chǎn)生剪切損壞。因此，該層既需具有足夠抗變形能力來(lái)抵抗靠近路表面的高剪應(yīng)力，也需具有高勁度模量來(lái)擴(kuò)散荷載，減小基層和土基的應(yīng)力應(yīng)變，保證行駛質(zhì)量等。同時(shí)，在基層、連接層和表面層之間，必須具備一定的粘結(jié)性，防止雨水浸入至各結(jié)構(gòu)層，破壞層間的連接性。

2.1表面層

表面層選擇北京市應(yīng)用最為成熟的SMA-13混合料，其表面抗滑、抗磨耗性能優(yōu)良，抗車轍性能較高。分別選用70#瀝青、SBS改性瀝青、高粘改性劑（HVA）與SBS復(fù)合改性三種，瀝青及瀝青混合料技術(shù)參數(shù)對(duì)比如表1。

相對(duì)于70#瀝青，SBS改性瀝青、HVA與SBS復(fù)合改性劑瀝青各方面的性能都比較優(yōu)越，尤其是在抗車轍方面，因此路面上面層選擇的是（SBS瀝青+ 8%HVA）高粘瀝青混合料。

2.2下面層

混合料類型采用SAC-20多碎石瀝青混凝土，其多級(jí)嵌擠結(jié)構(gòu)抗車轍性能突出，且密水性好。選用70#瀝青、SBS改性瀝青、摻加國(guó)產(chǎn)RA抗車轍、摻加法國(guó)PRM高模量劑四種瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)行不同溫度下動(dòng)態(tài)模量對(duì)比，如圖1和圖2，不同溫度和壓力的車轍試驗(yàn)對(duì)比見(jiàn)表2。

表1　SMA-13混凝土技術(shù)參數(shù)對(duì)比表

表2　不同瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

在苛刻條件下（較高溫度、較大壓力等）的抗車轍指標(biāo)和高模量指標(biāo)方面，RA抗車轍劑0.4%摻量的技術(shù)指標(biāo)幾乎與0.7%摻量的PRM技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)，這相當(dāng)于在同等指標(biāo)條件下，可以節(jié)約40%左右的添加劑用量，其性能優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)性十分突出。

根據(jù)以上對(duì)比，下面層擬采用“70#瀝青+ 0.4%RA抗車轍劑”瀝青改性方案，混合料采用SAC-20。

2.3應(yīng)力吸收層

長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是按照層間連續(xù)狀態(tài)時(shí)設(shè)計(jì)，因此確保層間結(jié)合效果非常關(guān)鍵。考慮到本項(xiàng)目銑刨后為舊路表面、路面裂縫病害最為嚴(yán)重，為增加層間結(jié)合、減少裂縫，從而設(shè)計(jì)了橡膠瀝青碎石、橋面防水涂料、SBS改性乳化瀝青碎石、SBS改性瀝青碎石四種結(jié)構(gòu)就拉拔強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，其對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　不同類型封層或防水粘結(jié)層試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

試驗(yàn)表明，橡膠瀝青擁有更優(yōu)良的抗裂、粘接性能，有利于加強(qiáng)本項(xiàng)目加鋪瀝青面層與舊路結(jié)構(gòu)的整體性，并可實(shí)現(xiàn)類似應(yīng)力吸收層的抑制裂縫的作用。其次，當(dāng)橡膠瀝青用量適量增大時(shí)，可以防止雨水的向下滲透，從而對(duì)基層以下的結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用。綜上考慮，確定路面封層的材料為橡膠瀝青碎石。

3 瀝青路面的結(jié)構(gòu)層厚度

由于本工程為舊路改造，夜間施工，而且銑刨深度、加鋪標(biāo)高均受到限制，擬通過(guò)采用增強(qiáng)加鋪層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（模量）方式實(shí)現(xiàn)較好的荷載分散能力，同時(shí)在較薄的厚度下減小路面彎沉，并結(jié)合對(duì)材料性能的考慮，對(duì)工體北路路面結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)方案擬定如表4。

表4　結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)方案

參考國(guó)外長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)及其使用性能情況，并結(jié)合我國(guó)的靜態(tài)材料參數(shù)進(jìn)行分析，以BZZ-100為標(biāo)準(zhǔn)軸載，提出了我國(guó)長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)指標(biāo)，瀝青層底拉應(yīng)變小于極限拉應(yīng)變120，土基頂面壓應(yīng)變小于極限壓應(yīng)變280，半剛性基層的底面彎拉應(yīng)力小于允許彎拉應(yīng)力，按照初擬的結(jié)構(gòu)層材料多次實(shí)測(cè)參數(shù)（近似值）進(jìn)行計(jì)算如表5。

表5　初擬方案各結(jié)構(gòu)層材料層底拉應(yīng)力驗(yàn)算

根據(jù)該驗(yàn)算結(jié)果，路面彎沉基本滿足設(shè)計(jì)要求（33.1，考慮路基取值較低的安全系數(shù)）；假設(shè)摻加了抗車轍劑的SAC-20的極限劈裂強(qiáng)度（15℃）為2.5MPa，舊瀝青路面材料的極限劈裂強(qiáng)度為1.0MPa，按15年計(jì)算得到累計(jì)軸載4847433次，由瀝青混凝土的極限劈裂強(qiáng)度計(jì)算得到各層瀝青混凝土的層底容許拉應(yīng)力。該計(jì)算表明，本設(shè)計(jì)方案的層底拉應(yīng)力均小于材料的容許拉應(yīng)力。

依據(jù)國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)壽命路面技術(shù)體系和設(shè)計(jì)模式，本項(xiàng)目加鋪層以下作為瀝青類基層（石渣層作為類瀝青碎石基層特性），按照厚瀝青面層（設(shè)計(jì)后為33cm）進(jìn)行長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)參數(shù)的驗(yàn)算。對(duì)加鋪結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)變、路基頂面壓應(yīng)變計(jì)算如表6。

根據(jù)我國(guó)長(zhǎng)壽命瀝青路面驗(yàn)算控制指標(biāo)，本項(xiàng)目對(duì)工體北路長(zhǎng)壽命路面的驗(yàn)算結(jié)果，即瀝青層底拉應(yīng)變小于其拉應(yīng)變極限值，土基頂面壓應(yīng)變小于其拉應(yīng)變極限值。

4　結(jié)論

本文在借鑒國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)壽命路面的研究與發(fā)展經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開(kāi)展市政道路瀝青路面加鋪研究，得出如下結(jié)論：

表6　初擬方案各結(jié)構(gòu)層材料層底拉應(yīng)變及頂面壓應(yīng)變計(jì)算結(jié)果

（1）表面層選用（8%HVA+SBS瀝青復(fù)合改性）高粘混凝土SMA-13，滿足了表面層抗車轍性能、抗開(kāi)裂性能的要求，具有良好的抗滑性能。

（2）下面層選用RA（0.4%）抗車轍瀝青混凝土AC-20，滿足了中間層抗剪、抗車轍性能的要求。

（3）封層選用橡膠瀝青碎石封層，增強(qiáng)了中間層與原基層的連接和整體性。

（4）表面層厚度為4cm，下面層厚度為6cm，應(yīng)力吸收層厚度為1cm，瀝青層底拉應(yīng)變及土基頂面壓應(yīng)變均滿足要求。

［1］ 朱建平.基于長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理念的瀝青混合料疲勞閥值研究［D］.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)建筑大學(xué)，2011.

［2］ 陳興偉.重載耐久性瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，2005.

［3］閆亞鵬，師小濤.組合式基層瀝青路面在我國(guó)的應(yīng)用探討［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2011（24）.

［4］袁興無(wú).長(zhǎng)壽命瀝青路面的設(shè)計(jì)理念及路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)［J］.城市道橋與防洪，2008（9）.

［5］陸飛，張杰，燕海峰，等.長(zhǎng)壽命路面瀝青層底拉應(yīng)變影響因素分析［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2010（22）.

［6］ 舒富民，錢振東，羅桑，唐健娟.復(fù)合式基層長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)研究［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2007（11）：28-30.Research on Asphalt Pavement Construction ofMunicipal Road Basing on Long-Life Pavement Structure

HU Jian-qiang，LIU Shuang-xiang

（Erqin Expressway，Zhangjiakou Management Office，Zhangjiakou 075000，China）

Basing on the research and development experience on long-life pavement at home and abroad，aiming at some aspects like Beijing＇s climatic features，traffic conditions，technical performance of raw materials and so on，andbasing on the contrastive analysis，the materials for surface layer，lower layer and stress absorbing layer of pavement of municipal road are determined，and meanwhile the thickness of materials at each layer are determined by stress，strain analysis and check calculation.

Long-life asphalt pavement structure；Asphalt mixture；Stress；Strain

U416.2

B

1673-6052（2016）01-0056-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.01.014