李贊榮（福建省港航勘察設(shè)計(jì)研究院，350002）

關(guān)于路面加鋪設(shè)計(jì)的一些探討

李贊榮（福建省港航勘察設(shè)計(jì)研究院，350002）

以縣道山舊線南靖山城至平和紅瀨口段公路路面改造設(shè)計(jì)為例，分析、探討了路面加鋪方案選擇及路面結(jié)構(gòu)計(jì)算的一些問題。

加鋪方案選擇；加鋪面層結(jié)構(gòu)計(jì)算

路面使用過程中，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)狀況或表面功能不能滿足使用要求時(shí)，需采取修復(fù)措施以恢復(fù)或提高其使用性能。在舊混凝土路面上鋪設(shè)加鋪層，是一項(xiàng)充分利用舊路面剩余強(qiáng)度，可在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)恢復(fù)或提高其使用性能的有效技術(shù)措施。

本文對(duì)縣道山舊線南靖山城至平和紅瀨口段公路路面改造設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，分析、探討路面加鋪方案選擇及路面結(jié)構(gòu)計(jì)算上的一些問題。

1 加鋪方式選擇

對(duì)混凝土路面結(jié)構(gòu)性能和行車舒適影響最大是斷裂類損壞和接縫錯(cuò)臺(tái)兩種，是決定加鋪層結(jié)構(gòu)形式和厚度設(shè)計(jì)的主要因素。對(duì)于斷板率為主要因素的公路，可僅用斷板率作為評(píng)定指標(biāo)。

根據(jù)使用要求和舊路面評(píng)定可選擇分離式和結(jié)合式水泥混凝土加鋪及瀝青混凝土加鋪方案，本次工程采用混凝土加鋪方案。

結(jié)合式加鋪方案加鋪層較薄，舊路面裂縫和發(fā)展型裂縫都會(huì)反射到加鋪層上只有當(dāng)舊路面結(jié)構(gòu)性能良好，才能使用結(jié)合式加鋪層。

分離式加鋪方案由于與舊面層之間設(shè)置了隔離層，舊路面接縫和發(fā)展型裂縫都會(huì)一般不會(huì)影響到加鋪層使之產(chǎn)生反射裂縫。分離式加鋪層用于損壞較嚴(yán)重的混凝土路面。

當(dāng)調(diào)查評(píng)定的舊混凝土路面的斷板率、平均錯(cuò)臺(tái)量和接縫傳荷能力均處于差級(jí)水平，尤其是當(dāng)舊面層板下出現(xiàn)嚴(yán)重唧泥、脫空及地基沉降時(shí)，對(duì)舊路面進(jìn)行大面積修復(fù)后在鋪設(shè)加鋪層已經(jīng)不是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的手段。此時(shí)，應(yīng)對(duì)舊路面進(jìn)行破碎、沖擊碾壓和打裂壓穩(wěn)等措施，并用做改建路面的基層、底基層或墊層。打裂壓穩(wěn)后的舊混凝土一般可直接作為改建路面的基層；碎石化的舊路面表面可作為改建路面的粒料基層或墊層。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，縣道山舊線南靖山城至平和紅瀨口段公路嚴(yán)重破碎路段占路線總長(zhǎng)13.6%，其他為部分破損路段。舊路面部分破損路段的損壞狀況和接縫傳荷能力狀況綜合評(píng)定等級(jí)為次等；舊路面破碎嚴(yán)重路段損壞狀況和接縫傳荷能力狀況綜合評(píng)定等級(jí)為差等，評(píng)定結(jié)果詳見表1～3。

本次工程按舊路面部分破損和舊路面破碎嚴(yán)重兩綜合大類進(jìn)行改建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。綜合考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及道路使用情況，舊路面的綜合評(píng)定結(jié)果次等的部分損壞路段，設(shè)計(jì)采用打裂壓穩(wěn)改建方案；舊路面的綜合評(píng)定結(jié)果差等的破碎嚴(yán)重路段，設(shè)計(jì)考慮挖除補(bǔ)強(qiáng)改建方案。

表1 舊路面斷板率分析評(píng)定表

表2 舊路面錯(cuò)臺(tái)量分析評(píng)定表

表3 舊路面接縫傳荷能力分析評(píng)定表

2 加鋪水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文僅針對(duì)打裂壓穩(wěn)改建方案水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。

打裂壓穩(wěn)后的舊混凝土一般可直接作為改建路面的基層，近似采用彈性地基單層板力學(xué)模型，面層板底面以下部分按彈性地基處理。

水泥混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以面層板在基準(zhǔn)期內(nèi)，在行車荷載和溫度梯度的綜合作用下，不產(chǎn)生疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；并以最重軸和最大溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生極限斷裂作為驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算表達(dá)式采用《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》。

式中：γr取1.11。

（1）設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)

表4 設(shè)計(jì)車道的年平均日貨車交通量（ADTT）單位：（輛/日）

根據(jù)縣道山舊線X561南坪觀測(cè)站交通量資料，剔除2軸4輪及以下的客貨運(yùn)車輛交通量，以其中2012年的年平均日貨車交通量作為本項(xiàng)目初期的交通量（雙向），乘以方向分配系數(shù)0.6和車道分配系數(shù)0.75后，得設(shè)計(jì)車道的年平均日貨車交通量（ADTT）如表4，并以此計(jì)算設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。

用代表車型來(lái)模擬軸載能滿足車輛按照額定的裝載噸位和均勻的裝載方式進(jìn)行裝載行駛的情況，卻不能考慮車輛的超載和貨物不均勻裝載引起軸載變化，而這種情況在公路運(yùn)營(yíng)中又普遍存在，而且存在不確定性。故設(shè)計(jì)采用軸載譜方法計(jì)算累計(jì)軸載作用次數(shù)。要獲得實(shí)際軸載數(shù)據(jù)，就必須對(duì)路上出現(xiàn)的軸載進(jìn)行調(diào)查，以得到實(shí)測(cè)軸載譜，進(jìn)而計(jì)算累計(jì)軸載作用次數(shù)。由于本項(xiàng)目缺乏相關(guān)實(shí)測(cè)資料。分析中借鑒國(guó)內(nèi)對(duì)相類似的道路實(shí)測(cè)軸載譜的研究成果，對(duì)本項(xiàng)目累計(jì)軸載作用次數(shù)進(jìn)行測(cè)算。

根據(jù)本項(xiàng)目道路等級(jí)、交通量、車型組成及功能定位，參考相類似的道路實(shí)測(cè)軸載譜的研究成果，采用基于軸載譜的車輛當(dāng)量軸載換算系數(shù)計(jì)算車道的設(shè)計(jì)軸載日作用次數(shù)Ns，如表5。

表5 軸載譜法標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)計(jì)算表

考慮到2012～2016年的車輛增長(zhǎng)率為8.08%，換算到2016年設(shè)計(jì)車道的設(shè)計(jì)軸載日作用次數(shù)Ns=1197。

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道所承受的設(shè)計(jì)軸載累計(jì)次數(shù)Ne（軸次/車道），根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》。

式中：t取值20a；η取值0.39；gr取值2.57%；Ns取值1197次。

計(jì)算得設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道軸載累計(jì)次數(shù)Ne= 1101.331×104次。由規(guī)范荷載交通分級(jí)知，累計(jì)作用次數(shù)在2000×104～100×104之間，為重交通。以打裂壓穩(wěn)后的舊混凝土作為改建路面的基層，粗?jǐn)M普通混凝土面層厚0.24m。

（2）設(shè)計(jì)荷載在面層板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》

式中：kr取值 0.92；kc取值 1.05；Ps取值 100kN；hc、Ec、Vc分別取值0.24m、31000MPa、0.15；λ取值0.057。

（3）面層板臨界荷載處的溫度疲勞應(yīng)力，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》。

式中：αc取值11×10-6/℃；Tg取值86℃/m；L，板長(zhǎng)，取5m；at、bt、ct分別取0.841、1.323、0.058。

（4）最重軸載在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》。

本工程舊路面的綜合評(píng)定結(jié)果為次級(jí)的部分破損路段，設(shè)計(jì)采用打裂壓穩(wěn)改建方案。

打裂壓穩(wěn)后舊路面直接作為改建路面的基層，打裂后舊路面頂面回彈模量不小于300MPa。面層厚度采用h=0.24m；基層厚h1=0.15m。經(jīng)過計(jì)算得：荷載疲勞應(yīng)力為3.36MPa；計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為0.96MPa；綜合疲勞應(yīng)力4.8MPa；取最重軸載190kN，計(jì)算得最大荷載應(yīng)力2.5MPa；最大溫度應(yīng)力為2MPa；最大綜合應(yīng)力4.95MPa。

綜合計(jì)算結(jié)果分析，打裂壓穩(wěn)改建方案采用0.24m水泥混凝土加鋪面層是可行的。

3 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（1）路面加鋪方案的選擇的合理與否直接影響加鋪路面經(jīng)濟(jì)性和耐久性，應(yīng)正確理解、靈活采用。

（2）應(yīng)根據(jù)舊混凝土路面綜合評(píng)定等級(jí)同時(shí)考慮當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)社會(huì)發(fā)展情況及使用情況來(lái)選擇合理的路面加鋪方案。

（3）加鋪混凝土面層結(jié)構(gòu)計(jì)算可將打裂壓穩(wěn)后的舊混凝土路面直接作為改建路面的基層。

［1］《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD40-2011）.

［2］趙鴻鐸.實(shí)測(cè)軸載譜道路當(dāng)量軸載換算系數(shù)確定.公路，2002.

［3］毛朝國(guó).水泥混凝土路面加鋪方法對(duì)比分析.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2011.

U416.2

A

2095-2066（2016）29-0213-02

2016-9-17