二級(jí)公路混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層參數(shù)設(shè)計(jì)分析

李斌

摘要：文章以廣西S216線玉林至博白段公路大修工程為例，介紹了混凝土路面瀝青混凝土加鋪層翻修技術(shù)方案，并通過試驗(yàn)確定了加鋪層的最佳厚度（20cm）、最佳模量（1200MPa）、地基最低模量（250MPa）等重要參數(shù)，提出通過設(shè)計(jì)土工織物夾層來減少反射裂縫的產(chǎn)生。該項(xiàng)目所取得的成功經(jīng)驗(yàn)可為其他類似工程提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：二級(jí)公路;混凝土路面;瀝青混凝土;模量;反射裂縫

中圖分類號(hào)：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.005

文章編號(hào)：1673-4874（2019）10-0013-03

0引言

公路交通是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，目前廣西境內(nèi)公路總里程超過12萬km，其中超過60%的公路路面為混凝土路面結(jié)構(gòu)，且大多已服役超過20年，公路質(zhì)量堪憂，嚴(yán)重阻礙了地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此對混凝土路面進(jìn)行合理大修已經(jīng)成為廣西交通建設(shè)的重要內(nèi)容之一。

1工程概況

省道玉林山口線（S216）為二級(jí)公路，其中玉林至博白段是玉林市通往廣東省最重要的公路之一，也是博白縣與玉林市連接的主要通道。隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，該段公路上通行的重型車輛越來越多，交通量越來越大。經(jīng)過多年運(yùn)行，目前該路段出現(xiàn)了大面積的斷板、下沉、破碎等病害，嚴(yán)重影響了行車安全。為了避免該路段路面病害的繼續(xù)惡化，自治區(qū)交通運(yùn)輸廳對該路k4+860-k43+600路段共計(jì)56km實(shí)施了大修計(jì)劃。

2 瀝青混凝土加鋪層結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)分析

2.1瀝青混凝土加鋪層基本結(jié)構(gòu)

在混凝土路面上部鋪設(shè)瀝青混凝土面層技術(shù)目前在廣西公路養(yǎng)護(hù)中已經(jīng)得到成熟、廣泛的應(yīng)用。各個(gè)材料的參數(shù)規(guī)格可參照其他工程項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)，在此不再贅述。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)對原混凝土路面進(jìn)行碎化、找平等處理，對破壞嚴(yán)重的地段實(shí)施全部清除，并填充級(jí)配碎石。經(jīng)過上述處理后加鋪瀝青混凝土層，具體結(jié)構(gòu)（由下至上）如下頁表1所示。

2.2 瀝青混凝土加鋪層最佳厚度的確定

瀝青混凝土加鋪層厚度是該大修工程的最重要參數(shù)之一，直接決定了工程成本及改造效果。一般來說，加鋪層厚度越大，其防反射裂縫效果、路面平穩(wěn)效果等越好，但是工程成本會(huì)直線上升。因此加鋪層最佳厚度必須兼顧經(jīng)濟(jì)性和使用效果。

2.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為得到加鋪層的最佳厚度，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)按2cm為一級(jí)的增量，分析加鋪層厚度由10cm逐步增加至24cm過程中，加鋪層內(nèi)部應(yīng)力及彎沉量的變化情況，以此來確定最佳厚度。設(shè)計(jì)地基模量E₁=250MPa，混凝土路面板模量E₂=30000MPa，瀝青混凝土層模量E₃=1200MPa。在此對受影響最大的混凝土路面接縫處（脹縮縫）進(jìn)行分析（選取10個(gè)點(diǎn)）。

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

瀝青混凝土加鋪層厚度變化對內(nèi)部應(yīng)力及彎沉量影響結(jié)果如表2和圖1所示，經(jīng)分析數(shù)據(jù)和曲線圖可知：（1）隨著瀝青混凝土加鋪層厚度的增加，加鋪層的內(nèi)部應(yīng)力及彎沉量數(shù)值均減小，說明增加厚度確實(shí)可以有效降低路面各項(xiàng)參數(shù);（2）當(dāng)加鋪層厚度由8cm增加至16cm時(shí)，最大主應(yīng)力、等效應(yīng)力、最大剪切應(yīng)力分別降低了61.6%、42.1%、43.3%，降低幅度明顯;（3）當(dāng)加鋪層厚度由16cm增加至24cm時(shí)，最大主應(yīng)力、等效應(yīng)力、最大剪切應(yīng)力分別降低了40.7%、40.1%、37.3%，雖然也有降低，但是幅度逐步減小;（4）最大彎沉量隨著加鋪層厚度的增加，降幅也在減小。

經(jīng)過綜合分析，為了兼顧該大修項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，最終確定加鋪層的最佳厚度為20cm。

2.3 瀝青混凝土加鋪層最佳模量的確定

瀝青混凝土加鋪層因材料組成比例不同、環(huán)境溫度不同、載荷不同而出現(xiàn)模量差別較大的現(xiàn)象，尤其是溫度因素影響最明顯。在此針對不同模量的加鋪層進(jìn)行等效應(yīng)力計(jì)算，以此確定加鋪層的最佳模量。

2.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

由于瀝青混凝土加鋪層的反射裂縫多產(chǎn)生于溫度較低的冬季，且混凝土路面接縫處（脹縮縫）依然為薄弱點(diǎn)，因此模擬這些點(diǎn)（選10個(gè)點(diǎn)）處應(yīng)力的變化情況。模擬溫度確定為12℃（玉林市2018年1月日均氣溫），瀝青混凝土加鋪層模量由初始的600MPa步增至2200MPa（200MPa為一級(jí)），加鋪層厚度設(shè)定為20cm。

2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

瀝青混凝土加鋪層模量變化對內(nèi)部應(yīng)力及彎沉量影響結(jié)果如表3和圖2所示。經(jīng)分析數(shù)據(jù)和曲線可知：（1）隨著瀝青混凝土加鋪層模量的增加，加鋪層的內(nèi)部應(yīng)力均出現(xiàn)提高，這對加鋪層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是不利的;（2）加鋪層模量數(shù)值越高，其最大彎沉量越小，這對減少加鋪層的反射裂縫是有利的;（3）隨著模量增加，加鋪層內(nèi)部應(yīng)力提高率和彎沉率均減小，在1000-1200MPa為基本分界點(diǎn)。

經(jīng)過綜合分析，為了兼顧內(nèi)部應(yīng)力和彎沉量兩項(xiàng)指標(biāo)，在此確定本項(xiàng)目的瀝青混凝土最佳加鋪層模量范圍為1000-1200MPa，具體取值可根據(jù)實(shí)際問題進(jìn)行微調(diào)。

2.4 地基模量對加鋪層力學(xué)結(jié)構(gòu)影響分析

地基是指原混凝土路面路基，是道路的根本支撐體系，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性對于其上部整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性有著決定性影響。經(jīng)驗(yàn)表明，若路基出現(xiàn)沉降、裂縫等病害，會(huì)直接反映在路面上，這不是改善加鋪層性能所能彌補(bǔ)的問題。在此通過試驗(yàn)確定地基的最低模量值。

2.4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)地基模量由100MPa逐步提高至500MPa（按照50MPa速度升高），以混凝土路面接縫處為檢測點(diǎn)（10個(gè)）。設(shè)計(jì)加鋪層厚度為20cm，模量為1200MPa，溫度選取12℃，其他參數(shù)不變。

2.4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

地基模量變化對加鋪層內(nèi)部應(yīng)力及彎沉量影響結(jié)果如表4和圖3所示。經(jīng)分析數(shù)據(jù)和曲線可知：（1）隨著地基模量的增加，加鋪層的內(nèi)部應(yīng)力和最大彎沉量均出現(xiàn)下降，這對加鋪層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是有利的;（2）隨著地基模量的增加，加鋪層內(nèi)部應(yīng)力和最大彎沉量的下降趨勢逐步減小甚至趨于水平，尤其是在250MPa前后變化明顯，說明地基模量的影響已逐步減弱。

經(jīng)過綜合分析，雖然地基模量越高對路面結(jié)構(gòu)層越好，但是會(huì)大大增加工程成本，而且也不可能將全部路段混凝土面層清除后對地基作碾實(shí)處理。因此本項(xiàng)目要求地基模量最小值應(yīng)為250MPa，經(jīng)探測后低于該值的路段應(yīng)作壓實(shí)處理。

3 防反射裂縫技術(shù)設(shè)計(jì)分析

反射裂縫是瀝青混凝土加鋪層最常見的病害之一，也是降低加鋪層使用壽命的主要原因。為了減少反射裂縫，目前一般在原混凝土路面和加鋪層之間設(shè)計(jì)一個(gè)夾層，常見夾層可分為三大類：應(yīng)力吸收夾層、土工織物夾層、格柵夾層。這三類夾層的對比分析如表5所示。

通過綜合對比分析，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用“土工織物夾層”技術(shù)來減小反射裂縫產(chǎn)生的概率。但在此需要說明：僅靠該技術(shù)來消除反射裂縫是不現(xiàn)實(shí)的，需要結(jié)合實(shí)際情況來綜合設(shè)計(jì)所有相關(guān)要素，而且后期管理一定要完善。

4 結(jié)語

該項(xiàng)目完工后，經(jīng)檢測其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，工程合格率達(dá)到了100%。通過對$216線玉林至博白二級(jí)公路路面大修工程的實(shí)施，積累了相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。瀝青混凝土加鋪層技術(shù)是一項(xiàng)性價(jià)比較高的公路大修方法，但是對設(shè)計(jì)和施工要求較高，一旦某個(gè)參數(shù)不合理，必然造成路面壽命急劇下降，必須根據(jù)各路段的實(shí)際情況“量身打造”相關(guān)參數(shù)，所以在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)應(yīng)對相關(guān)資料全面了解。4CC1092C-957D-4BF0-AF5B-54391D45FD0A