高速公路加铺沥青层的结构设计.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD0 引言在旧水泥混凝土路面加铺沥青层既能解决水泥路面养护维修困难、行车舒适性差等问题,又能节省重新铺筑沥青路面的工程费用。但是,这种路面结构普遍存在推移变形、路面分层、水损害等病害,为此,必须在加强材料选型的基础上优化沥青层结构设计,增强加铺层和旧路水泥路面层的黏结性能,保证养护处治效果。1 工程概况某高速公路于2012年底动工建设,2014年10月建成运营,部分路段原水泥混凝土路面结构自上而下依次为24 cm厚水泥混凝土面板层、20 cm石灰粉煤灰碎石层、20 cm 级配碎石层、土基层。公路段在通车以来,交通量迅速增长,尤其是大吨位载重车辆持续增多,导致出现面
2、板脱空、断板、错台、唧浆等病害,道路性能持续降低;部分路段甚至因承载力不足而丧失路用功能。单纯的灌浆处治措施已无法根治既有病害,为此,必须采取恰当的加铺处治,以有效解决病害,恢复道路功能。2 病害调查公路管理部门于 2020年 3月进行了公路运行状况调查,结果表明,路况指数位于3470之间,为中等偏差等级,路表功能已基本丧失;路面断板率达3.9%,路段整体裂缝及断板病害尚不严重。采用落锤式弯沉仪和贝克曼梁对病害路面进行弯沉、脱空、荷载传递能力等测定,得出的左、右幅行车道面板脱空率分别为68.7%和3%,右幅行车道脱空率低是因为在半年前进行了行车道脱空灌浆处理,灌浆费用为39元/m2,灌浆效果仅
3、能维持半年左右。在灌浆处理后应尽快加铺,减少行车荷载对旧面板的直接冲击。为缓解和减少沥青层加铺后出现反射裂缝,管理部门经研究讨论后提出旧水泥路面处治方案:对接缝传递荷载能力在中等及以下或弯沉差大于 0.06 mm 的裂缝必须灌浆处理;对于板块弯沉值大于0.4 mm的裂缝,必须换板;对于板块弯沉位于 0.140.4 mm 的裂缝进行灌浆处治。在加铺沥青混合料摊铺层前,必须对处治过的行车道和超车道旧水泥混凝土路面进行一次逐板弯沉和荷载传递性能的检测验收,接缝传荷系数必须达到 75%及以上,弯沉差应不超出 0.06 mm,脱空率必须在 3%以下,并对达不到验收标准的板块重新处理。3 加铺结构设计沥青
4、加铺层表面层为交通荷载及外界环境直接作用层,必须具备较好的高低温稳定性、抗滑性及耐久性;中面层是主要的承重层,必须具备较好的抗疲劳开裂性和抗剪切变形能力;应力吸收层或底层主要起到消散应力、防水、延缓反射裂缝发生等作用,因此必须密实,并具备较好的抗疲劳、抗塑性变形及高弹性、低模量性能。3.1 结构层设计采用 AASHTO 力学经验设计法对该公路加铺沥青罩面进行设计1,即以旧路水泥混凝土路面为基础,充分考虑旧路剩余寿命及影响路用性能的各种因素,通过加铺沥青罩面提升路面结构性能,满足未来交通量需求。AASHTO力学经验设计法中加铺沥青层最小厚度按照式(1)计算:D=A()D1-D2(1)收稿日期:2
5、023-02-21作者简介:王志文(1967),男,工程师,从事公路桥梁设计研究工作。高速公路加铺沥青层的结构设计王志文(江西省交通设计研究院有限责任公司,江西 南昌 330052)摘要:为探索旧水泥混凝土路面加铺沥青层的合理结构,以某高速公路病害路段为例,在调查病害程度的基础上,提出6种加铺层结构方案,并对各种方案材料设计及性能等进行分析比较。根据应用结果,最终推荐4 cm厚SBS改性沥青KH-13+6cm厚断级配SBS改性沥青KH-25+1.21.4 kg/m2的70#重交沥青+土工布+1.5 cm厚砂粒式调平防裂层方案。关键词:高速公路;沥青罩面;结构设计中图分类号:U416.2文献标识
6、码:B25总663期2023年第33期(11月 下)式(1)中:D为沥青混凝土加铺层厚度;A为旧路水泥混凝土面板厚度和沥青加铺层间的等效系数,A=2.2233+0.153(D1-D2)2-0.0604(D1-D2),为水泥混凝土面板厚度差的函数;D1为承受设计交通量荷载所需的水泥混凝土面板厚度;D2为旧路水泥混凝土面板有效厚度。该公路工程所在地区夏季炎热,冬季寒冷,历年最高月平均气温为39.7,年极端最低气温为-8.8。病害路段双向标准轴载作用次数为3290次/d,为重交通等级;标准弯拉弹性模量取36 259 MPa;基层顶面标准回弹模量为 251.0 MPa,实测标准弯拉强度为 4.8MPa
7、。根据以上参数值及AASHTO力学经验设计法推算出的旧路沥青加铺层厚度为11 cm。结合工程实际,共提出6种加铺层结构方案,具体见表1。表1 旧路加铺层结构方案加铺方案结构1结构2结构3结构4结构5结构6桩号K451+000K452+500右幅K452+500K454+000右幅K454+000K456+000右幅K451+000K453+000左幅K453+000K455+000左幅K455+000K456+000左幅加铺层及厚度3 cm厚SBS改性沥青SMA-13+5 cm厚断级配SBS改性沥青KH-25+1.21.4 kg/m2的70#重交沥青+1.5cm厚砂粒式调平防裂层4 cm厚SB
8、S改性沥青SMA-13+6 cm厚断级配SBS改性沥青KH-25+1.21.4 kg/m2的70#重交沥青+土工布+1.5 cm厚砂粒式调平防裂层4 cm厚SBS改性沥青SMA-13+5.5 cm厚断级配SBS改性沥青KH-25+2 cm厚细粒式防水抗裂层4 cm厚SBS改性沥青KH-13+5.5 cm厚70#重交沥青KH-25+2 cm厚细粒式调平防裂层4 cm厚SBS改性沥青KH-13+5 cm厚SBS改性沥青KH-25+2.5 cm厚STRATA应力吸收层4 cm厚SBS改性沥青KH-13+6 cm厚断级配SBS改性沥青KH-25+1.21.4 kg/m270#重交沥青+土工布+1.5
9、cm厚砂粒式调平防裂层通过设置应力吸收层,能有效减缓温度型及荷载型反射裂缝的发生及发展,该旧路加铺沥青层设计方案中共采用了3种应力吸收层,以比较反射裂缝处治效果。第1种应力吸收层为结构1、结构2和结构6采用的土工布+1.5 cm砂粒式调平防裂层,该设置主要考虑旧水泥混凝土路面刻槽深度大,仅使用土工布时出现横向渗水的可能性较大,增设砂粒式调平防裂层后可与土工布协同作用,提升防治反射裂缝的效果。第2种应力吸收层为结构3和结构4采用的2 cm厚细粒式防水抗裂层;第 3 种应力吸收层为结构 5 采用的 2.5 cm 厚的STRATA应力吸收层。以上加铺层方案中面层全部采用高温稳定性较优的断级配KH-2
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