舊水泥砼路面瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
摘要：通過對(duì)佛山市區(qū)某城市主干道水泥混凝土路面狀況、交通量和承載能力的調(diào)查,結(jié)合該路路面病害成因的分析,提出適用于一般道路的舊路加鋪優(yōu)化設(shè)計(jì)原則、具體設(shè)計(jì)方案。
關(guān)健詞：路面狀況，舊路加鋪優(yōu)化設(shè)計(jì)
目前,國內(nèi)對(duì)瀝青路面上加鋪瀝青面層已有可依據(jù)的規(guī)范,本文結(jié)合佛山市區(qū)某舊水泥混凝土路面改造工程，研究了舊水泥混凝土路面上瀝青加鋪層的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
一.工程概況
該道路位于佛山市東部,道路全長514km,設(shè)計(jì)行車速度為60Km/h,現(xiàn)狀路寬50m。路段屬于東南濕熱區(qū)（Ⅳ6),該區(qū)因春、夏東南風(fēng)造成梅雨和夏雨,形成明顯的不利季節(jié).年降雨2000mm以上，月平均最高氣溫大于30℃,月平均最低氣溫大于5℃,日極端最高氣溫38.7℃舊極端最低氣溫0℃。年平均氣溫22℃.年平均降雨量1696.5mm,最大降雨量2864.7mm,最小降雨1113.2mm舊最大降雨量284.9mm.其氣候特點(diǎn)：降雨量大、氣溫高并且高溫持續(xù)時(shí)間長。交通荷載組成特點(diǎn)：通過用輪重儀收集、調(diào)查該路的交通量資料，其分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：小于2t的車占70％左右；大于2t的占30%,特別是大于,13t的占軸重調(diào)查總數(shù)的19％。實(shí)際調(diào)查交通量為：N＝20154輛／d（雙向交通量）。
二．基礎(chǔ)資料調(diào)查
調(diào)查前先進(jìn)行有關(guān)資料的收集：有關(guān)路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量的資料；有關(guān)交通量和交通組成的資料；有關(guān)自然環(huán)境及路基狀況的資料及過去的養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)情況等。
1.路面破損情況調(diào)查按照《水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ073.1-2001)對(duì)路段上各種病害進(jìn)行了調(diào)查研究,根據(jù)表中各種病害的數(shù)量及其嚴(yán)重程度．采用路面狀況指數(shù)（PCl）和斷板率（DBL）兩相指標(biāo)對(duì)路面破損狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。路面狀況評(píng)價(jià)結(jié)果為優(yōu)和良的路段占55%,而評(píng)定為中及中以下的路段占45％。根據(jù)計(jì)算分析,全路段路面狀況指數(shù)(PCl)為42%,斷板率（DBL）為19％。路面狀況評(píng)定為“次”級(jí),即路面破損已比較嚴(yán)重。
2．路面結(jié)構(gòu)承載能力調(diào)查
為了對(duì)路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了解,對(duì)舊水泥砼路面進(jìn)行靜態(tài)彎沉測(cè)試。目的是確定接縫的傳荷能力和板底脫空現(xiàn)象。在調(diào)查中，使用BZZ−100標(biāo)準(zhǔn)軸載和貝克曼梁，測(cè)定荷載作用下的回彈彎沉值。檢測(cè)結(jié)果表明：舊水泥混凝土路面路段代表彎沉在27.6~185.4μm之間,全線的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度及接縫傳荷能力變異性大、均勻性差,表明全線現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了大量的板底脫空、錯(cuò)臺(tái)、面板斷裂、接縫損壞和基層松散等病害;各路段車道的板邊彎沉差代表值在8.24~228.50μm之間,根據(jù)相關(guān)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn),彎沉量值大于0.4mm混凝土板應(yīng)視為板底脫空。這說明沿線接縫存在大量的損壞和板底脫空現(xiàn)象。模量反算結(jié)果顯示,60％以上路段的面板模量及70％以上的基層模量偏低,表明面板存在較多的破損和病害、板底脫空。
3路面行駛質(zhì)盆調(diào)查
路面行駛質(zhì)最采用行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）進(jìn)行評(píng)定，根據(jù)調(diào)查及路面行駛質(zhì)盤評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),該路段平均行駛質(zhì)量指數(shù)為7.985,路面行駛質(zhì)最評(píng)價(jià)為“良”。
4．路面抗滑能力調(diào)查
本次調(diào)查采用擺式儀法評(píng)定路面的抗滑能力。調(diào)查結(jié)果顯示：約2/3路段抗滑等級(jí)為“良”．其余路段抗滑等級(jí)為"中”。
5．路面結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)查
采用路面鉆芯取樣測(cè)定路面板厚度和強(qiáng)度等參數(shù),試驗(yàn)結(jié)果表明，路面板厚度小于設(shè)計(jì)厚度的占76.4%,芯樣強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的占96.20％。全路段路面強(qiáng)度基本滿足要求，但厚度整體偏小。
三.加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
舊水泥混凝土面板在處治后達(dá)到規(guī)定的接縫彎沉差和基層綜合模量的基礎(chǔ)上,加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求,以保證加鋪層在設(shè)計(jì)期限內(nèi)的使用性能。
1抗滑性。特征指標(biāo)為橫向力系數(shù)SFC60和構(gòu)造深度TD。從集料選擇和級(jí)配組成設(shè)計(jì)入手,提高面層抗滑性,要求橫向力系數(shù)和構(gòu)造深度滿足高速公路、一級(jí)公路的抗滑指標(biāo)要求。
2高溫穩(wěn)定性。即具有高的抗車轍能力和抗擠壓破壞的能力，不使車轍過深而影響交通安全�？紤]到該道路的氣候環(huán)境，最高氣溫達(dá)到40.16℃,對(duì)高溫穩(wěn)定性提出了較高要求,要求采用高粘度瀝青、優(yōu)質(zhì)礦料的高性能瀝青混凝土。特征指標(biāo)：動(dòng)穩(wěn)定度和永久變形。
3.水損害問題。該道路年降雨量達(dá)2000mm以上,屬于多雨地區(qū)。我國瀝青路面早期損害的一個(gè)重要因素就是水的影響。評(píng)價(jià)加鋪層瀝青混合料水穩(wěn)定性的特征指標(biāo)有：粘附性、試件凍融前、后的間接抗拉強(qiáng)度比。
4．延緩和減少反射裂縫。實(shí)踐證明：舊水泥混凝土路面上瀝青加鋪層產(chǎn)生反射裂縫是無法避免的。為此,在舊水泥混凝土板處治好的基礎(chǔ)上,采用優(yōu)質(zhì)瀝青混合料,并在加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,采取防裂措施或設(shè)置應(yīng)力吸收層,以減少和延緩反射裂縫的產(chǎn)生.
四.瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)優(yōu)化
設(shè)計(jì)根據(jù)工程實(shí)際,應(yīng)首先確定瀝青加鋪層的最小厚度,并以,此來指導(dǎo)道路的縱斷面設(shè)計(jì)。由于該道路地處南方高溫、多雨地區(qū)，因此，保證瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性,減少車轍和水損壞以及防止反射裂縫的發(fā)生,是設(shè)計(jì)中要首要考慮的問題。
1.瀝青加鋪層最小厚度的確定瀝青加鋪層厚度確定應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題:盡管對(duì)舊砼板進(jìn)行了較為全面的處理,但無法對(duì)基層、底基層及土基進(jìn)行處理,不宜按正常新建瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度進(jìn)行設(shè)計(jì),而應(yīng)考慮分期修建,加鋪層不宜太厚。2.根據(jù)佛山的氣候條件及交通量實(shí)際情況,防止車轍的發(fā)生,加鋪層不宜太厚.3.根據(jù)城市道路改造的性質(zhì)及瀝青鹼的施工特點(diǎn),加鋪厚度取大于9cm為宜。
2．瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).
根據(jù)該市政道路的投資控制、施工進(jìn)度、交通組織與交通安全等方面的要求,通過分析與計(jì)算,采用的路面加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案（表1）。
(l）面層瀝青混合料類型的選用表面層是車輛直接作用的結(jié)構(gòu)層除了考慮瀝青混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定外還要考慮抗滑、降噪、防止眩光等要求表面層果用SBS改性瀝青層AC−13C。粗型級(jí)配瀝青混合料具有構(gòu)造深度較深、抗滑性好、降噪效果良、路面水排除快的特點(diǎn)。由于車轍變形主要產(chǎn)生在中面層中面層也宜采用粗型級(jí)配混合料，使混合料向骨架密室型級(jí)配發(fā)展以提高高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)性。(2）調(diào)平層結(jié)構(gòu)類型選擇由于路基沉降、路面病害和養(yǎng)護(hù)等原因．造成現(xiàn)有路線標(biāo)高改變根據(jù)不同路段縱斷面情況進(jìn)行縱坡設(shè)計(jì)并確定調(diào)平層厚度。為此根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理的原則按照不同路段的平均調(diào)平層厚度選取不同的調(diào)平層材料。①采用瀝青混凝土作為調(diào)平層：具有密水性和抗疲勞性能好的優(yōu)點(diǎn)并且為防水土工布鋪設(shè)提供較好的施工平臺(tái),使土工布具有防水功能的同時(shí)起到延緩反射裂縫的作用。適用于調(diào)平厚度小于4cm的情況。②采用瀝青碎石作為調(diào)平層：瀝青碎石用瀝青材料作為膠結(jié)料,提高混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性.有助于減輕裂縫向上反射穿透瀝青面層。適用于調(diào)平厚度小于9cm的情況。③采用貧混凝土作為調(diào)平層：貧混凝土具有良好的整體性、足夠的力學(xué)特性、抗水性，而且強(qiáng)度較高，造價(jià)較低，但施工時(shí)注意防止收縮裂縫的產(chǎn)生。適用于調(diào)平厚度為9~15cm的情況。④采用水泥穩(wěn)定碎石作為調(diào)平層：水泥穩(wěn)定碎石具有良好的整體性、足夠的力學(xué)特性、抗水性和耐凍性。適用于調(diào)平層厚度大于15cm的情況。
(3)防水夾層材料的選擇
根據(jù)舊水泥混凝土路面的破損情況,分別考慮在整平層頂面鋪設(shè)耐高溫的漫潰瀝青土工布和自粘式玻纖格網(wǎng),以增強(qiáng)瀝青混凝土結(jié)構(gòu)抗反射裂縫的能力。對(duì)于舊水泥混凝土整體強(qiáng)度較好的路段,可采用浸潰瀝青土工布的防裂措施。對(duì)于需起加筋和防反射裂縫雙重作用的路段,可采用自粘式玻纖格網(wǎng)的措施。
(4)其它技術(shù)要求和措施
(a)各瀝青面層之間分別灑粘層油，提高界面粘附能力和減少雨水滲入到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部。(b)調(diào)平層根據(jù)縱坡與橫坡測(cè)量情況決定，分別采用AC−13C,AM−20、貧混凝土、5％水泥穩(wěn)定碎石，并采用多次調(diào)橫坡的方式將原1.5％的橫坡調(diào)整到2.0％。(c）對(duì)原有混凝土板面的各種病害需要進(jìn)行處理,處理方案將根據(jù)實(shí)際情況予以確定.但原有混凝土板上的板縫必須處理,清除里面的雜物,并用純?yōu)r青填封。此外,混凝土板面上鋪設(shè)瀝青混凝土之前必須灑改性乳化瀝青粘層.(d)減少瀝青混凝土水損害。①改善路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的排水、防水條件,分別設(shè)置防水層和邊緣排水設(shè)施。②提高石料和瀝青粘附性等級(jí)至5級(jí).經(jīng)檢驗(yàn)屬于酸性巖石或中性巖石的石料，當(dāng)石料與瀝青和改性瀝青的粘附性不滿足規(guī)定要求時(shí)，應(yīng)采用抗剝離措施以提高石料與瀝青的粘附性能。④對(duì)密實(shí)性瀝青混凝土采用雙指標(biāo)控制現(xiàn)場(chǎng)密度。表面層壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到98%,空隙率應(yīng)小于6%,且大于3%;下面層,調(diào)平層及整平層的壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到97%,空隙率應(yīng)小于7%,且大于3％.(e)提高瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性:提高混合料石料的技術(shù)性能,如針片狀含量不大于10%;采用碎石含最較高的瀝青混凝土級(jí)配;③采用水泥代替礦粉;④盡量少采用天然砂,天然砂含量不大于7％。
五．結(jié)語
根據(jù)舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青的設(shè)計(jì)原則，提出了某城市主干道水泥混凝土路面上瀝青路面加鋪層的設(shè)計(jì)方案．在滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下．充分利用舊路資源，降低工程造價(jià)，在結(jié)構(gòu)上是可行的，有利于恢復(fù)路面的表面性能．
