農(nóng)村水泥混凝土路面加鋪瀝青面層施工工藝研究

張鶴峰

（撫寧區(qū)農(nóng)村公路發(fā)展中心，河北秦皇島 066300）

1 引言

近年來，隨著我國農(nóng)村道路蓬勃發(fā)展，水泥混凝土路面已經(jīng)修建到每家每戶。水泥混凝土路面雖然具有承載力高和耐久性好等優(yōu)點，但隨著人們對道路性能要求越來越高，水泥混凝土路面已經(jīng)不能滿足人們的基本要求，因此，在農(nóng)村逐漸推廣“白加黑”路面，在水泥混凝土路面上直接加鋪瀝青面層既可以利用水泥混凝土路面的強度和承載能力，又可以提高路面使用性能，延長路面使用年限[1]。

本文通過ABAQUS 有限元軟件分析瀝青加鋪層為10 cm、11 cm、12 cm、13 cm、14 cm、15 cm 時，對層底力學(xué)響應(yīng)的研究，確定最佳加鋪層厚度，并結(jié)合“白加黑”路面施工工藝，對農(nóng)村水泥混凝土路面加鋪瀝青面層施工工藝研究和推廣具有重要意義。

2 工程概況

某農(nóng)村水泥道路起點樁號為K154+200，終點樁號為K168+200，全線長14 km。由于水泥混凝土路面養(yǎng)護成本大、噪聲大、行車舒適性差、抗滑性能差，已經(jīng)不能滿足農(nóng)村公路要求，但該項目工程路段水泥混凝土板完整性能較好、強度較好，因此，決定在水泥混凝土路面加鋪瀝青面層。為防止晝夜溫差變化過大而導(dǎo)致水泥板發(fā)生翹曲變形，需在各水泥板之間設(shè)置一道1 cm 的接縫。另外，白加黑路面易出現(xiàn)反射裂縫，因此，可以增加瀝青加鋪層厚度來延緩反射裂縫，但瀝青加鋪層過厚時，延緩反射裂縫效果則不會增大，反而增加施工成本。

3 瀝青加鋪層厚度應(yīng)力分析

3.1 有限元建模

瀝青加鋪層厚度不足時，會導(dǎo)致瀝青面層在接縫處產(chǎn)生反射裂縫，嚴重影響行車安全性與舒適性；瀝青加鋪層厚度過大時，會造成施工成本過大。因此，需確定水泥混凝土路面瀝青加鋪層最佳瀝青層厚度。

3.1.1 模型尺寸

采用瀝青混合料加鋪面層長3 m、寬3 m、厚度控制在10～15 cm，舊水泥混凝土基層長3 m、寬3 m、厚22 cm，其中在水泥混凝土基層設(shè)置一條長3 m、寬1 cm 的施工縫。參照水泥混凝土路面加鋪瀝青混合料設(shè)計規(guī)范，確定面層各基層寬度、厚度、彈性模量及泊松比等參數(shù)。

3.1.2 荷載

“白加黑”路面行車荷載根據(jù)JTG D50—2017《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》要求，取標準單軸-雙輪軸載BZZ-100，車輪對路面的壓強為0.7 MPa。由于在舊水泥混凝土路面接縫處易產(chǎn)生反射裂縫，為簡化荷載對路面壓強，數(shù)值模型中在接縫正上方設(shè)置矩形荷載作用區(qū)域。

3.2 加鋪層厚度對層底應(yīng)力響應(yīng)分析

為研究不同加鋪層厚度對瀝青面層的層底應(yīng)力響應(yīng)，本文采用有限元模擬“白加黑”加鋪層厚度為10 cm、11 cm、12 cm、13 cm、14 cm、15 cm 時，瀝青面層的層底等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力及剪應(yīng)力。加鋪層厚度從10 cm 增加到15 cm 時，加鋪層厚度與應(yīng)力關(guān)系如圖1 所示。

圖1 加鋪層厚度與應(yīng)力關(guān)系圖

由圖1 可知，瀝青加鋪層厚度從10 cm 增加到15 cm 時，瀝青層層底最大主應(yīng)力、等效應(yīng)力與剪應(yīng)力先減小后趨于穩(wěn)定。加鋪層厚度從10 cm 增加到13 cm 時，瀝青層層底最大主應(yīng)力從0.485 MPa 減小到0.348 MPa，主應(yīng)力減小率為25.3%；加鋪層厚度從13 cm 增加到15 cm 時，瀝青層層底最大主應(yīng)力從0.348 MPa 減小到0.315 MPa，主應(yīng)力減小率為9.5%。

加鋪層厚度從10 cm 增加到13 cm 時，瀝青層層底等效應(yīng)力從0.691 MPa 減小到0.423 MPa，等效應(yīng)力減小率為38.8%；加鋪層厚度從13 cm 增加到15 cm 時，瀝青層層底最大主應(yīng)力從0.423 MPa 減小到0.419 MPa，等效應(yīng)力減小率為0.09%。

加鋪層厚度從10 cm 增加到13 cm 時，瀝青層層底剪應(yīng)力從0.741 MPa 減小到0.569 MPa，剪應(yīng)力減小率為23.2%；加鋪層厚度從13 cm 增加到15 cm 時，瀝青層層底剪應(yīng)力從0.569 MPa 減小到0.513 MPa，剪應(yīng)力減小率為9.8%。這是因為瀝青層厚度的增加不會延緩反射裂縫從基層擴散到面層，再增加加鋪層厚度只會增加施工成本，因此，項目工程水泥混凝土路面加鋪瀝青面層最佳厚度控制在13 cm。

4 工程應(yīng)用

4.1 施工工藝

4.1.1 施工準備工作

水泥混凝土路面瀝青加鋪層施工前需要對原路面進行清掃，保證施工面整潔、無雜質(zhì)，為保證施工安全性，需要提前對施工路段采用封閉措施，為確保項目工程滿足施工要求，提前檢查機械設(shè)備，確保機械設(shè)備可以正常運行。

4.1.2 拌和與運輸

瀝青加鋪層混合料應(yīng)滿足施工要求，拌和前需要對瀝青、集料和礦粉等原材料進行質(zhì)量檢測，檢測結(jié)果均滿足規(guī)范要求才能投入使用。本項目工程瀝青采用70 號基質(zhì)瀝青，集料采用玄武巖，瀝青混合料需要嚴格控制拌和溫度，廠拌瀝青混合料在攪拌倉內(nèi)溫度不得高于180 ℃、不得低于150 ℃，在拌和廠內(nèi)完成拌和后應(yīng)立即送至施工現(xiàn)場。運輸車內(nèi)注意保溫工作，控制溫度不得低于140 ℃，同時為防止瀝青混合料發(fā)生離析，需要在車廂內(nèi)均勻涂抹一層潤滑油，運輸車駕駛時，控制駕駛速度，應(yīng)防止急剎車、急轉(zhuǎn)彎等問題[2]。

4.1.3 攤鋪

加鋪層瀝青混合料進行攤鋪作業(yè)時，為保證施工質(zhì)量滿足要求，需要控制攤鋪溫度。攤鋪施工時，瀝青混合料溫度不得低于150 ℃，攤鋪機行駛速度控制在3 km/h，不得中途停車，應(yīng)保證瀝青混合料攤鋪均勻性與連貫性。當(dāng)攤鋪設(shè)備到達指定位置后，應(yīng)在燙平板下方設(shè)置墊木，以強化高程測量的準確性[3]。

4.1.4 壓實

加鋪層瀝青混合料壓實施工時，控制加鋪層厚度為13 cm，為保證瀝青混合料強度與壓實度滿足要求，壓實遍數(shù)在8 次以上，12 次以下為佳，初壓遍數(shù)為2～3 遍為佳，復(fù)壓遍數(shù)為4～6 遍為佳，終壓遍數(shù)為2～4 遍為佳[4]。

4.2 平整度檢測

項目工程白加黑路段施工完成后，根據(jù)規(guī)范要求采用3 m直尺測得路面平整度，并根據(jù)公式將試驗路段3 m 直尺測量值轉(zhuǎn)換為IRI 值，本文在項目路段K155+230～K155+330 和K161+330～K161+430 分別選取2 處檢測點，試驗路段IRI 指數(shù)檢測結(jié)果如表1 所示。

表1 試驗路段I RI 指數(shù)

由表1 可知，K155+230～K155+330 國際平整度IRI 平均值為0.56 m/km；K161+330～K161+430 國際平整度IRI 平均值為0.37 m/km，依據(jù)JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 要求國際平整度IRI 應(yīng)當(dāng)小于2 m/km，“白加黑”路段IRI 值為0.56 m/km 和0.37 m/km，均遠遠小于2 m/km，滿足規(guī)范要求，說明加鋪層路段路面具有較好的行車舒適性。

4.3 壓實度檢測

項目工程白加黑路段施工完成后，根據(jù)規(guī)范要求采用核子密度儀法對加鋪層壓實度進行檢測，本文在項目路段K155+230～K155+330 和K161+330～K161+430 分別選取4 處檢測點，對檢測點A、B、C、D 壓實度進行檢測，檢測結(jié)果如表2 所示。

由表2 可知，K155+230～K155+330 路段的壓實度平均值為95.8%，K161+330～K161+430 路段的壓實度平均值為97.5%，說明加鋪層路段路面具有較好壓實性能，滿足施工規(guī)范的壓實度要求。

表2 試驗路段壓實度檢測結(jié)果表

5 結(jié)語

為提高農(nóng)村水泥混凝土路面使用性能和使用年限，本項目工程通過軟件數(shù)值模擬不同加鋪層厚度對瀝青層層底應(yīng)力的影響，并結(jié)合實際白加黑路面施工，得到如下結(jié)論：

1）瀝青加鋪層厚度從10 cm 增加到15 cm 時，瀝青層層底應(yīng)力先減小后趨于穩(wěn)定；

2）通過ABAQUS 分析最佳加鋪層厚度為13 cm；

3）“白加黑”路面施工后壓實度和平整度可以滿足規(guī)范要求，具有良好的施工效果。