基于路基路面協(xié)調(diào)變形的水泥混凝土路面設(shè)計探究

鄭 琪，尚 恒

(江西省公路科研設(shè)計院)

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基于路基路面協(xié)調(diào)變形的水泥混凝土路面設(shè)計探究

鄭 琪，尚 恒

(江西省公路科研設(shè)計院)

結(jié)合某道路改建工程實例，就路面協(xié)調(diào)變形理論在水泥混凝土路面設(shè)計中的應用策略進行了闡述，并結(jié)合工程實際條件提出了路面設(shè)計方案。

路面協(xié)調(diào)變形；水泥混凝土路面；路面設(shè)計

1 項目概況

某道路改建工程原道路等級及技術(shù)標準如下：道路等級：一級公路；設(shè)計行車速度：60 km/h；道路寬度：22 m (不包括土路肩寬度)；路面類型：水泥混凝土路面，路面標準軸載BZZ-100；車輛荷載：公路-I級；地震烈度：基本烈度為7°。

該道路改造范圍內(nèi)老路填土均較低，路面基本平齊兩側(cè)地物。原有道路路基填料(路面以下120 cm范圍)主要以低液限粘土為主。路基長期受大氣、降水及毛細水上升的影響，路基土為潮濕或過濕狀態(tài)。且本工程由于建成年限相對較長，道路總體路面狀況一般，現(xiàn)狀路面處于加速破壞的階段，隨著交通量的迅猛發(fā)展，局部路段的路面服務水平已經(jīng)衰減，現(xiàn)有道路破損有加快趨勢，矯正性處治及常規(guī)養(yǎng)護已跟不上病害發(fā)展的速度，路面的整體使用性能大幅下降。綜上所述，老路整體現(xiàn)狀很不適應它在路網(wǎng)中的功能、地位，急需改造。經(jīng)過前期勘察和交通量預測工作，初步確定老路面板破碎作為新建路面的基層，破碎方式采用多錘頭碎石化(MHB)。下文將主要對道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的思路與方法進行介紹。

2 路面協(xié)調(diào)變形理論在水泥混凝土路面設(shè)計中的應用

2.1 水泥處治土回彈模量試驗

本次設(shè)計中為了獲得最佳水泥處治劑量，開展了水泥處治土回彈模量試驗，經(jīng)分析可得，采用承載板法對水泥處治路基土的回彈模量進行測定，壓實度為96%，含水量達到最佳含水量時，水泥處治土回彈模量隨著水泥含量增大而增大。

2.2 三維路基路面分析模型

接縫的存在在一定程度上破壞了水泥混凝土路面的整體性，考慮到非對稱結(jié)構(gòu)問題本研究采用三維有限元方法進行分析。經(jīng)過計算，在路面板四周邊界、基層和路基側(cè)面以及路基底面設(shè)置法向位移約束。這表明在分析過程中可忽略接縫傳荷能力，僅針對單板模型進行計算和分析。

2.3 不同軸型軸載路基路面結(jié)構(gòu)分析

分析單軸不同軸載作用下路基變形、應力沿深度方向的分布規(guī)律為：當1/n=0.1時，不同軸載下路基工作區(qū)深度為2.1～4.3 m；當1/n=0.2 時，不同軸載下路基工作區(qū)深度為0.8～2.3 m。與此同時，路基淺層荷載盈利的變化速率較大，在0～0.8 m范圍內(nèi)衰減約為75%，在0～1.5 m范圍內(nèi)衰減約為80%。同時，隨著深度的不斷增加，荷載應力迅速衰減。路基頂變形介于85.9-188.0×10 mm，且路基豎向變形隨深度的增加而迅速變小。通過計算可以看出，路基模量對路基、路面的結(jié)構(gòu)影響均十分顯著，實際施工中，應對各個改造路段的路基采取針對性的改善對策，為了兼顧經(jīng)濟性和技術(shù)性，將處置土回彈模量的建議值確定為65 MPa。

3 路面設(shè)計方案

在確立路面回彈模量的基礎(chǔ)上，本工程采用圓柱體試件測定抗壓回彈模量和劈裂強度來確定路面結(jié)構(gòu)參數(shù)。瀝青混凝土在彎沉指標計算中用20 ℃抗壓模量，底層拉應力計算時采用15 ℃抗壓模量，允許拉應力計算時采用15 ℃劈裂強度。根據(jù)交通部《瀝青路面設(shè)計指標與參數(shù)的研究總報告》，參照室內(nèi)混合料實驗結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)已建成路面調(diào)查情況，確定各層材料設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

注：上、中面層采用SBS改性

路面設(shè)計彎沉值：道路分類系數(shù)：1.1；面層類型系數(shù)：1；路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)：1.6。

路面設(shè)計彎沉值: 36.5(0.01 mm)

瀝青加鋪層計算厚度：根據(jù)上述“交通量和軸載分析”，路面各層層底拉應力驗算及層頂彎沉控制指標利用交通部推薦專用計算程序HPDS計算，路面結(jié)構(gòu)系數(shù)取1.6(柔性基層瀝青路面)，經(jīng)計算得瀝青加鋪層厚度為19 cm時滿足要求。

根據(jù)以上計算結(jié)果，并結(jié)合國內(nèi)的經(jīng)驗、我省現(xiàn)有幾條高速公路改建項目的成功經(jīng)驗，確定路面加鋪厚度為19～23 cm，其結(jié)構(gòu)層為：4 cmAC-13 (SBS改性) +6 cm AC-20 (SBS改性)+6～10 cm AC-25+3 cm AC-10 。

驗收彎沉值：經(jīng)計算確定各層驗收彎沉值(綜合影響系數(shù)1.25)，見表2所示。

表2 沖壓路段各層頂面驗收彎沉計算結(jié)果

4 總 結(jié)

綜上所述，在本次道路改造工程中，采用路面協(xié)調(diào)變形理論對路面回彈模量進行了設(shè)計，并借鑒和參考國內(nèi)已建成的路面結(jié)構(gòu)參數(shù)，確立了本道路的路面結(jié)構(gòu)類型及相應的技術(shù)參數(shù)。通過本次實踐可以看出，路面協(xié)調(diào)變形理論在路面回彈模量的測定與確立過程中有著重要的作用，對于提高路面設(shè)計質(zhì)量有著重要的意義，在今后的水泥混凝土路面設(shè)計過程中應積極引用該理論及其相應的原理與方法。

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2015-03-11

鄭琪(1988-)，助理工程師，研究方向：公路路基路面設(shè)計。

U415.1

C

1008-3383(2015)12-0070-01