水泥混凝土路面加寬及瀝青加鋪層設計與研究

劉道君，黃從俊

（合肥市規劃設計研究院，安徽 合肥 230041）

0 引言

水泥混凝土路面具有強度高、穩定性好及使用壽命長等優點，在我國公路、城市道路中應用廣泛。隨著路面改建工程的增多，交通量增長背景下道路拓寬的需要，以及提升道路品質的需求，采用瀝青加鋪層的技術方案得到普遍推廣。同時，改建工程的路面拓寬方案是影響左、右幅瀝青加鋪方案的重要影響因素。本文以廬江縣文明南路改建工程為例，重點探討了路面拓寬方案比選下的瀝青加鋪層設計與研究。

1 項目背景

2013 年，在“實現廬江縣三年大變樣暨廬江縣十大重點推進工程”建設背景下，文明南路作為城區南北向重要道路列入廬城建設形象提升項目，并結合道路拓寬改造提升道路景觀。文明南路位于廬江城區中南部，北起泥河路，南至外環南路，全長約1.1 km，為城市主干路，兩側用地性質主要為居住用地。現狀紅線寬30 m，其中機動車道（機非混行）寬18 m，單幅路型式，水泥混凝土路面結構，兩側人行道寬6m（部分路段未實施）。

現狀道路于2004 年建成，經查閱原設計資料，機動車道路面結構型式為：30 cm10%石灰土底基層；30 cm4.5%水泥穩定碎石基層；22 cm 水泥混凝土面層。

結合前期交通量預測和方案研究，確定采用雙向6 車道+ 獨立非機動車道的總體設計方案，道路紅線拓寬至45 m。

2 現狀路面評定及處理

2.1 路面質量主要指標檢測

檢測內容主要有現狀混凝土路面板塊彎沉差及主副點彎沉、路面混凝土劈裂抗拉強度試驗和厚度；水泥穩定碎石基層抗壓強度及厚度、混凝土板塊病害調查現狀等。

2.1.1 路面彎沉檢測

混凝土路面板塊板角彎沉共計檢測1 834 點。其中主點彎沉和副點彎沉各917 點。該路段彎沉檢測為0+00～6+20 和交叉口2 個基本檢測單元進行現場檢測。

道路全線現狀共有交叉口2 個，分別按各交叉口段分成2 個評定單元評定和交叉口綜合評定。全線主點彎沉平均值14.7×10-2mm，主點彎沉大于20×10-2mm 的點占總點數的4.9%，不大于20×10-2mm且彎沉差不小于6×10-2mm 的板塊為42.7%；主副點彎沉差大于等于6 ×10-2mm 的點占總點數的17.4%，平均彎沉值在（20～45）×10-2mm 之間的占3.7%，平均值彎沉值大于45×10-2mm 的占0.05%。

2.1.2 路面混凝土彎拉強度及厚度檢測

（1）彎 拉 強 度 平 均 值fcs= 6.00 MPa；最大值（fcs）max=6.67 MPa，最小值（fcs）min=5.58 MPa。

彎拉強度標準差σ=0.39 MPa

彎拉強度標準值fr-1.10σ= 6.00-1.10×0.39 =5.57 MPa

所有芯樣的彎拉強度均≥0.85fr。所以彎拉強度標準值最大可取fr=5.57MPa。

（2）厚 度 平均 值X=21 . 71 cm ，S=2 . 82 ，Xmax=24.3 cm，Xmin=18.4 cm

厚度代表值

式中：XL為面層厚度代表值，cm，XL=22.0 cm，與原設計吻合，但應考慮厚度的不均勻性；ta為t 分布表中隨測點數和保證率而變的系數；n 為檢查數量，個；S為標準差。

2.2 路面狀況調查評定與分析

2.2.1 損壞狀況調查評定

舊混凝土路面的損壞狀況應采用斷板率和平均錯臺量兩項指標評定[1]。

板塊接縫錯臺及斷板情況詳見表1。

表1 路面調查評定匯總表

綜合判定，路面損壞狀況為優良等級[1]。

2.2.2 板塊接縫傳荷及脫空板調查評定

舊混凝土面層板的接縫傳荷能力及脫空板通過彎沉測試法調查評定。單點彎沉值＞20×10-2mm 為面板脫空，比例為10%；主副點彎沉差值≥6×10-2mm 為接縫傳荷能力不足，比例為34.4%，評定等級為中。

2.2.3 現狀路面利用分析

根據路面損壞狀況、板塊接縫傳荷及脫空板調查評定綜合結果，路面損壞總體狀況為中及以上等級，因此，現狀水泥混凝土路面滿足利用條件。局部損壞板塊分類處理后，新建路面拓寬段結構層，并統一采用瀝青混凝土進行加鋪設計。

2.3 現狀路面破損處理

現狀路面病害主要有：板塊斷裂和板角斷裂、板底脫空、板塊錯臺、填縫料損失等，針對不同病害及其嚴重程度采取相應措施進行處理，檢測合格后方可實施瀝青加鋪的其他工序。受篇幅所限，本文對病害處理的具體措施不再贅述。

3 路面加寬方案研究

根據總體方案，現狀30 m 道路改建為45 m，設計為雙向6 車道，道路橫斷面布置如下：6 m 人行道+3.5 m 非機動車道+2 m 機非分隔帶+22 m 機動車道+2 m 機非分隔帶+ 3.5 m 非機動車道+ 6 m 人行道=45 m。原18 m 寬水泥混凝土路面需加寬4 m，新建混凝土面板雙側相等加寬或單側加寬需方案比選確定，見表2。

表2 路面加寬方案比選

經綜合比選，單側加寬方案較優，推薦采用，如圖1 所示。新道路中心線較原中心線向西整體偏移2 m，按新道路中心線調整路拱，坡度大小不變。

圖1 道路橫斷面布置及單側加寬示意圖（單位：cm）

4 瀝青加鋪層設計

4.1 路面加寬段方案

新加寬的基層強度不得低于原有水泥混凝土路面的基層強度，采用相錯搭接法。加寬板塊增設拉桿，拉桿設置按照相關規范執行。新舊板塊縱橫縫及裂縫處采用自黏式防裂貼貼縫，滿鋪玻纖格珊，預防瀝青加鋪后產生反射裂縫。

4.2 瀝青加鋪層厚度擬定與驗算

機動車道東半幅初步擬定采用4 cm 細粒式瀝青混凝土+6 cm 中粒式瀝青混凝土兩層結構。

路面結構計算軟件中輸入值采用2.1.2 中的檢測數據：

舊混凝土面層厚度取22 cm；

舊混凝土彎拉強度5.57 MPa。

計算軟件中，舊混凝土路面上按加鋪層設計；

公路等級按城市主干路；

變異水平的等級取中級；

可靠度系數取1.2；

加鋪層類型為瀝青混凝土加鋪層；

設計軸載為100 kN；

最重軸載200 kN；

路面的設計基準期為30 a；

舊混凝土路面已使用時間為10a ；

舊路面剩余設計基準期為20 a；

舊路面剩余設計基準期內設計車道上設計軸載累計作用次數：1.46×107；

路面承受的交通荷載等級取重交通荷載等級；

地區公路自然區劃為Ⅳ；

面層最大溫度梯度為89 ℃/m；

混凝土線膨脹系數取10×10-6℃；

舊混凝土面層板長度5 m；

舊混凝土彎拉強度5.57 MPa；舊混凝土彈性模量29 000 MPa；

舊混凝土材料疲勞指數0.057；舊面層接縫應力折減系數0.87；

基層頂面當量回彈模量Et=90 MPa。

經計算，所得結果為：舊混凝土面層荷載疲勞應力為4.036 MPa；

舊混凝土面層溫度疲勞應力為0.149 MPa；

考慮可靠度系數后舊混凝土面層綜合疲勞應力為5.02 MPa（小于或等于舊面層混凝土彎拉強度）；

舊混凝土面層最大荷載應力為3.024 MPa；

舊混凝土面層最大溫度應力為1.044 MPa；

考慮可靠度系數后舊混凝土面層最大綜合應力為4.88 MPa（小于或等于舊面層混凝土彎拉強度）。

計算結果顯示，所選瀝青混凝土加鋪層厚度10 cm，使得舊混凝土面層不僅可以承受設計基準期內荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用，也可以承受最重軸載在最大溫度梯度時的一次作用。

機動車道西半幅結合調整路拱需要，初步擬定采用4 cm 細粒式瀝青混凝土+6cm 中粒式瀝青混凝土+6 cm 中粒式瀝青混凝土三層結構，經驗算，同樣滿足要求。

5 結語

作者在分析和運用原路面相關檢測數據的基礎上，結合道路總體方案，研究確定了文明南路路面加寬和瀝青加鋪的綜合設計方案。通車已6 a 多，目前整體路面特別是二層和三層加鋪結合段狀況良好，驗證了此方案的可行性，對于類似工程具有一定的借鑒意義。