李 兵，魏 磊

(山東中咨公路咨詢設(shè)計有限公司，山東 東營 257091)

冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法分析

李 兵，魏 磊

(山東中咨公路咨詢設(shè)計有限公司，山東 東營 257091)

針對目前設(shè)計冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)過程中存在的問題，分析了冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則、流程以及方法，其目的是實現(xiàn)工程各方面資源的有效利用。其結(jié)果表示，要想優(yōu)化冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，必須從原則入手，從細(xì)化流程出發(fā)，來提高結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的作用效果。

冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)；冷再生瀝青混合料；設(shè)計；方法

1 冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

目前，瀝青路面的施工建設(shè)通常把常規(guī)瀝青混合材料作用于結(jié)構(gòu)的上部。由此可以看出，常規(guī)瀝青混合料是路面結(jié)構(gòu)中質(zhì)量控制效果最好，且設(shè)計施工成本最高的材料。而冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的初衷，就是通過重復(fù)利用就瀝青混合料，來保證瀝青路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時實現(xiàn)造價成本的控制。因此，冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計人員因應(yīng)將環(huán)境保護、節(jié)省資源以及降低投資作為實際的設(shè)計原則。

在實際設(shè)計過程中，冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)與熱再生不同，其強度是在自然與交通荷載作用下，通過水分的減少和密度的增加而產(chǎn)生的。這就意味著，當(dāng)其作用于瀝青路面鋪筑的1～2年或者更長的時間內(nèi)，混合料的抗磨耗能力較低，這就使得其結(jié)構(gòu)會發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的松散損壞。因而，冷再生瀝青混合料不應(yīng)直接作用于瀝青路面的表面。那么怎樣才能使冷再生瀝青混合料達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的原則內(nèi)容，需要相關(guān)設(shè)計人員在現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，通過試驗和現(xiàn)有的理論數(shù)據(jù)來滿足工程建設(shè)對其結(jié)構(gòu)作用的要求。

2 細(xì)化冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計流程

2.1 評價原瀝青路面的強度

相關(guān)研究表明，冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)厚度與交通荷載和下基層強度有著密切的聯(lián)系。這就意味著設(shè)計人員要通過計算來確定原瀝青路面各個結(jié)構(gòu)層的強度情況。在實際建設(shè)過程中冷再生瀝青路面的再生結(jié)構(gòu)設(shè)計，是充當(dāng)加鋪作用的。因而，其原瀝青路面結(jié)構(gòu)層系數(shù)的取值能夠直接反映，冷再生瀝青路面與常規(guī)加鋪材料的差異。在評價再生層以下舊路結(jié)構(gòu)強度的過程中，設(shè)計人員應(yīng)采用其頂面當(dāng)量回彈模量來進行表示。此外，具體設(shè)計過程的計算方法，可從《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD40-2002)附錄B1541中找到。

2.2 確定冷再生混合料的結(jié)構(gòu)參數(shù)

對于混合材料參數(shù)的確定，設(shè)計人員需要根據(jù)材料的使用性質(zhì)優(yōu)先確定兩個主要參數(shù)，即：強度與彈性模量。在現(xiàn)有的設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，這兩主要參數(shù)的應(yīng)采用15 ℃劈裂抗拉強度以及20 ℃、15 ℃抗壓回彈來進行計算。其中15 ℃抗壓回彈模量和劈裂抗拉強度應(yīng)用于驗算瀝青路面結(jié)構(gòu)層底的拉應(yīng)力，而20 ℃抗壓回彈模量則應(yīng)作用于計算路面的彎沉。但據(jù)大量統(tǒng)計結(jié)果表明，材料模量對瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分布影響并不明顯，起主要作用的參數(shù)是結(jié)構(gòu)的抗拉強度。因此，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)抗拉強度來進行參數(shù)指標(biāo)的分類確定。此外，由于強度指標(biāo)與冷再生混合料的再生劑類型、舊料摻量以及級配組成等具有關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此，在確定材料分類之前，設(shè)計人員還要通過試驗來初步確定冷再生混合料的實際強度性能。

2.3 計算結(jié)構(gòu)厚度

在計算冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)層厚度時，相關(guān)人員應(yīng)參照被改建的瀝青路面。具體來說就是將冷再生結(jié)構(gòu)層視為計算的一層。以水泥乳化瀝青冷再生半剛性基層結(jié)構(gòu)計算過程為例，設(shè)計人員將原路面基層均視為再生瀝青路面結(jié)構(gòu)的底基層。在此情況下，冷再生路面結(jié)構(gòu)層厚度的計算就能按照新建路面的設(shè)計內(nèi)容進行流程計算。這樣一來，就能準(zhǔn)確計算出各級公路工程瀝青路面結(jié)構(gòu)的回彈彎沉值。此過程要求，彎沉值的計算、設(shè)計以及底基層拉應(yīng)力的計算等，都要對于新建的瀝青路面工程保持一致。這是細(xì)化冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)將其重視起來。

3 先進的冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

3.1 AI法

應(yīng)用AI法進行冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是通過乳化瀝青冷再生混合料來進行實現(xiàn)的。相關(guān)研究表明，該方法不僅適用于冷再生瀝青路面，還能作用于低粘度的冷再生瀝青混合料。具體來說，在公路工程的建設(shè)過程中，可將混合料劃分為兩類，進而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。即一般集料級配的冷再生混合料以及較細(xì)砂礫式配的集料級配。以冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計過程為例，AI法將兩個應(yīng)變作為實際結(jié)構(gòu)的設(shè)計指標(biāo)。這里指的兩個應(yīng)變指標(biāo)為瀝青混合料層底水平拉應(yīng)變以及路基頂面的豎向壓應(yīng)變，其目的是控制路面發(fā)生疲勞開裂和永久變形問題的發(fā)生。此外，通常情況下，基于諾模圖所得到的瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度是瀝青路面冷再生基層與瀝青面層厚度的綜合。因此，AI法的應(yīng)用主要集中于最小冷再生瀝青面層的厚度控制。

3.2 AASHTO 法

AASHTO法的應(yīng)用是基于結(jié)構(gòu)鋪層設(shè)計和厚度法共同作用下的產(chǎn)物。其能夠從冷再生瀝青結(jié)構(gòu)的剩余壽命入手，來保證設(shè)計使用的安全穩(wěn)定性。具體來說，由于冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)的材料、彈性模量以及疲勞特征，需要通過各個構(gòu)造路面材料以及強度控制來實現(xiàn)問題的保證相關(guān)研究表明，SN可根據(jù)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的諾模圖來進行確定。值得注意的是，對于一些瀝青路面的非穩(wěn)定層來說，路面排水條件的影響系數(shù)也應(yīng)被設(shè)計人員考慮在內(nèi)。據(jù)實際的AASHTO法應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計，冷再生路面結(jié)構(gòu)方法應(yīng)用的基本思路是，先要根據(jù)現(xiàn)有工程土壤的基狀況和交通量，來判斷新建路面施工設(shè)計所需的結(jié)構(gòu)數(shù)，其次，計算舊路面剩余的有效結(jié)構(gòu)數(shù)，兩者之差就是加鋪層的結(jié)構(gòu)數(shù)。這樣一來，計算得出的加鋪層結(jié)構(gòu)數(shù)就是再生層上罩面層以及再生層的結(jié)構(gòu)數(shù)之和。最后，設(shè)計人員還要根據(jù)瀝青路面材料的再生層和罩面層，來找出具有等效系數(shù)拆結(jié)構(gòu)等效系數(shù)的不同，來計算得出各自結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計參數(shù)指標(biāo)。

4 結(jié)束語

綜上所述，冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計是解決當(dāng)前瀝青道路工程建設(shè)的資源消耗大、造價成本高以及環(huán)境影響大等問題的有效方法。此結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容目標(biāo)，可通過AASHTO法和AI法來進行實現(xiàn)。但這兩種方法的設(shè)計應(yīng)用流程必須進行細(xì)化，以降低冷再生瀝青混合料在使用過程中的問題。以結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計過程為例，在應(yīng)用AI法后，極大的提高冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)的作用穩(wěn)定性。

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2016-09-12

李兵(1984-)，男，工程師，研究方向：公路設(shè)計。

U416.216

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1008-3383(2017)03-0047-02