改建公路瀝青路面結構設計要點分析

文/曾勇、尹利強

1 前言

在應用瀝青路面結構的環節中，施工單位需要從當前的社會發展態勢出發做好結構設計技術的調整，進而保證設計效果符合當前的公路建設需求。在公路質量的決定性因素上，設計方案的科學合理與否至關重要，施工人員應做好系統的勘察工作，及時收集各方面的信息，為各項設計工作提供有效數據。在應用設計技術方法時，應及時改善存在的各項問題，更好地服務于當前的公路瀝青路面結構設計。

2 改建瀝青路面結構設計要求

2.1 遵循指標

當前，在公路路面結構設計時，設計人員會結合不同類型的公路結構來確定最終的設計指標參數。特別是在面對高速公路一級公路和二級公路的設計上，設計人員會嚴格參照路面回彈彎沉值和瀝青混凝土的拉應值進行處理；與此同時，半剛性材料層的層底拉應力也是重要的參考因素。至于三四級公路的路面結構設計，路表面設計彎沉值是重要的設計指標。如果條件允許，施工人員需要結合重載交通線路的路面情況對瀝青混合料的抗剪切強度進行檢驗，通過驗算看其是否符合最大的剪應力需求[1]。

2.2 設計標準

2.2.1 在雙輪荷載作用下，路面結構表面的輪系中心處整體的彎沉值應該要小于設計的彎沉值。

2.2.2 瀝青面層底面混合料的容許拉應力應該大于最大的拉應力。

2.2.3 至于半剛性基層或者底基層的最大抗應力，應該保持在容許拉應力的范圍內。在計算分析彎沉和應力時，應該視路面結構為多層彈性體系，在雙輪組的作用下，體系里面作用力能夠發揮其應有的價值，并按照要求處理相關的接觸條件[2]。

3 工程概況

某公路工程為一級公路類型，車道設計為雙向四車道，路基寬度為23.5m，車輛行駛速度設計為100km/h，屬于瀝青混凝土結構。由于該工程的通車時間達到了路面結構使用年限，并且在最近幾年受到車輛荷載的不斷影響，該公路出現了大大小小不同類型的病害問題，因此為了提升路面通行功能，強化服務水平，擬定對其改建。改建后設計方案為路面結構設計使用15年，由4 車道改變為6 車道，路基加寬為33.5m,行駛速度為120km/h。在路面結構設計中考慮到結構的類型比較突出，故而需要高度重視，具體內容見下文分析[3]。

4 確定瀝青路面設計標準的措施

4.1 確定彎沉值

在涉及瀝青路面結構的環節中，路面的彎沉值與路面結構的承載力兩者之間存在緊密的關系。假如設計的回彈彎沉值偏小，那么需要提升整體的荷載能力。在荷載力多次作用下，路面會出現不同程度的損害；假使回彈彎沉值偏大，在使用道路的過程中容易損害路面。因此，在設計瀝青路面的環節中，相關工作人員應該理清路面荷載和回彈彎沉值之間的關系。在改建公路瀝青路面結構設計的過程中，設計人員需要熟悉公路在使用環節中可能會出現的回彈彎沉值變化，并掌握相關的信息數據，結合獲取的一手資料，合理控制路面回彈彎沉值，進而延長公路使用期限。從以上變化特點出發，嚴格按照要求設計合理的參數。眾所周知，公路建設后的彎沉值與使用末期的彎沉值之間存在偏差，所以施工單位不能將這些參數作為最終的驗收標準。通常來說，在進行剛性基層結構設計時，一般會將其周期控制在半年左右。等公路完工一年左右后，其整體的彎沉值會接近實際的真實效果。我們可以從這個階段的路面剛度狀態出發做好設計狀態的調整，這從某種程度上來說，也直接延長了公路的使用壽命[4]。

4.2 確定容許拉應力

在改建公路瀝青路面結構設計的過程中，為了保證公路的應用效果，施工單位需要合理控制公路結構層的容許拉應力。路面在反復承受荷載的環節中，經常會達到臨界破壞點，這就是所謂的最大容許拉應力。和第1 次承受荷載時相比較，這種拉應力整體的抗拉強度相對較小。尤其是在結構層的材料質量與性能上，與其內部的差異有著緊密的關系。至于極限抗拉強度的設計，一般要保持在15 度的極限抗拉強度。至于二灰穩定類以及石灰穩定類的相關材料，一般以180d 的極限抗拉強度作為系指齡期。至于水泥粉煤灰穩定類材料，其極限抗拉強度為120d[5]。

5 改建公路瀝青路面結構設計要點分析

5.1 計算公路結構彎沉值

在設計瀝青路面結構的環節中，計算路面彎沉值一般會借助彈性層狀體系理論進行計算。通過大量的實驗數據可知，實測完成值和理論計算值之間存在著一定的差異。經過研究發現，這種差異存在一定的規律性。如果路基高度偏低，那么根據計算公式算得的面層厚度就會遠遠大于預期水平；假如路基剛度偏高，那么面層厚度在理論上就會偏小。結合相關的現象內容，我們認為路基路面的材料并非具有非線性彈性體，而是借助評定材料抗變形能力進行測定，無法反映出結構層內部的真實狀態。為了保證計算值和實際測量值達到平衡，當前在規范的環節中會借助彎沉綜合修正系數進行計算，從而保證設計計算路面厚度符合一定的要求。在大量試驗驗證資料的支持下，實際彎成值、土基回彈模量等參數和彎沉綜合修正系數之間緊密關聯。

5.2 計算層底拉應力

在應用瀝青路面的環節中，無法避免出現疲勞開裂現象。從引發這種情況的原因來看，主要是由于層底拉應力偏大。為了降低這種情況的出現概率，相關工作人員應該隨時檢驗瀝青層和半剛性基層的拉應力大小，然后全面掌握各點的拉應力情況，進而保證拉應力值具有一定的科學性。和路面容許拉應力值相比較，看其是否符合設計要求，只有這樣才能保證設計方案的科學性。另外，在計算層底拉應力的環節中，相關工作人員還應該綜合材料的質量性能，結合不同應用材料，合理設計相關方案。值得注意的是，在改擴建瀝青路面結構設計環節中，針對路面結構的層底拉應力的計算，需要按照車輛荷載的最大值進行，以保證新舊結構的承載力滿足實際需求。

5.3 路面材料與路基土兩者的設計參數

針對公路工程的拉應力、沉彎值而言，路基土以及路面材料的參數以及性能起到直接的影響，因此在設計環節需要對兩者的彈性模量值進行綜合分析。由于路基土以及路面材料在應用環節，其作用力是呈現非線性變化的，故而會受到特征以及彈性模型的影響出現變化。此外，由于兩者材料在應用時會受到環境因素、技術因素的影響，因此會出現定性性能不足問題。在設計時，設計人員需要考慮到兩者的穩定性，明確施工參數，通過利用模型設計，達到后續的應用需求。

5.3.1 設計路基土回彈模量值

在多種因素的影響下，路基土回彈模量值會存在著一定的差異。比方說，應力狀態和荷載方式都會造成影響。與此同時，土質的性能、干濕度以及密實度之間也會有一定的關聯。在設計公路瀝青路面結構環節，工作人員應該結合惡劣環境的特征做好試驗工作，進而確定最終的回彈模量值。在尚未修復路基的狀況下，一般會通過經驗方法估定相關的內容。

5.3.2 設計路面材料回彈模量值

如果沒有粒料墊層與基層的回彈模量值作為支撐，工作人員一般會選擇重復加載三軸試驗做好相關的測定工作。在試驗的環節中，根據基層的實際應力狀況在不同的方位施加相關的限應力，進而保證回彈模量值具有可靠性。在現行的公路瀝青路面設計環節中，工作人員一般會根據回彈模量值進行相關的設計，通常借助圓柱體進行彎曲或壓縮試驗，及時測定不同級別的應力作用，并計算壓縮應變力。

6 其余注意事項

在改建設計方案的確定環節中，工作人員需要從路面結構性能出發實現良好的節能減排效果，避免出現嚴重的環境污染。與此同時，為了降低材料消耗，通過廢物利用的方式實現材料再生；借助動態設計理念，實現科學的改建設計。在施工階段，工作人員要熟悉周圍的路況，同時考慮到項目所在環境的年降水量偏大，因此其要及時設置排水系統進行排水，嚴格按照施工期限內部的交通組織設計，設置臨時安全設施。

7 結語

綜上所述，在改建公路瀝青路面結構設計環節中，施工單位不僅需要考慮到原有路面結構的承載需求，同時還要對新建路面結構的承載能力以及新舊路面結構的承載能力進行研究。在新舊路面結構設計上，將統一的設計標準構建出來，同時在設計階段做好相關設計參數以及設計方案的優化，以此滿足改擴建瀝青路面結構設計的原有需求。