路面改造工程中瀝青罩面最佳厚度確定研究

摘要 在國際道路改造工程項目中，要求采用力學－經驗法確定路面結構，施工單位應會根據現狀道路實際情況統計分析和現狀道路反算數據計算所需路面結構數SN，兼顧瀝青路面罩面層厚度經濟性和結構層組合要求。文章結合某國外道路工程項目，借助AASHTO公式確定最佳罩面層厚度，研究成果旨在為我國企業參與國際道路工程項目施工提供參考。

關鍵詞 海外工程；瀝青混凝土道路；路面改造工程；罩面層；厚度確定

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0130-03

0 引言

根據《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）要求[1]，瀝青路面結構厚度范圍為20～250mm。現有規范體系基本覆蓋了半剛性基層路面、柔性基層路面等大部分路面結構類型，但針對路面改造工程的罩面厚度的相關研究較為缺乏[2]。該文結合某國外道路瀝青混凝土路面改造工程，基于AASHTO設計方法確定瀝青罩面最佳厚度，旨在為路面改造工程瀝青罩面厚度設計、施工提供有益參考。

1 工程概況

某國際道路工程起止樁號為PK243+000～PK300+000，道路總長57 km，工程建設內容包括瀝青混凝土路面工程、排水工程、附屬工程等。工程原路面因周期性洪水淹沒、交通重載等綜合原因導致路面病害嚴重，出現裂縫、變形、松散、剝落、坑槽等問題。本工程內容重要為原有路面病害處理和加鋪瀝青罩面層。

根據工程地質勘察文件，道路所在場地為碟狀盆地，中部、南部為平原，東部、北部和西部為高原和山地環繞，總體為中間低、向東南敞口的地貌。道路路線范圍內無高山洼地，路線高程變化較小。

工程所在地區氣候分為干季和濕季，年最高溫度36°C左右，最低氣溫為17°C左右，溫差相對較小。雨季降雨量大，加之區域內地勢平緩無起伏，導致原AC-20瀝青混凝土路面路基受降雨引發周期性洪水而淹沒，并在車輛通行荷載作用下出現路面破壞問題。工程施工前，施工單位按每50 m一個測點分幅進行FWD試驗，共計測量1 087點。根據FWD試驗結果：工程PK243+000～PK252+000、PK259+000～PK261+000、PK277+000～PK279+000、K283+000～296+000為嚴重病害段落。現狀病害表現為路面裂縫（縱裂、橫裂、龜裂、網裂）、變形（車轍、推移、波浪、沉陷）、基層缺陷（松散、彈簧、車轍、坑槽）等。

2 瀝青路面罩面層厚度確定

2.1 瀝青路面罩面層厚度確定方法

該工程路面設計要求采用美國力學－經驗法[3]，要求采用AASHTO設計方法確定路面結構層厚度。AASHTO計算公式為：

式中：W18——累計當量軸載作用次數；ZR——給定可靠度R的正態分布偏差；S0——交通量預測的組合標準差；SN——路面結構數；ΔPSI——初始設計適用性指標之間的差；MR——路基彈性模量，psi（磅力/平方英寸）。

SN=a1D1+a2D2m2+a3D3m3 （2）

式中：SN——路面結構數；a1、a2、a3——面層、基層、底基層結構層系數；D1、D2、D3——面層、基層、底基層厚度，in（英寸）；mi——排水系數。

SNoverlay=SNrequired?SNoffective （3）

式中：SNoverlay——瀝青路面罩面層覆蓋所需結構強度，psi；SNrequired——計算所需設計結構強度（psi）；SNoffective——現有路面剩余有效結構強度（psi）。

2.2 設計參數取值

該工程瀝青路面罩面層設計取值和計算結果如下：（1）設計基準年為2017年；（2）設計使用年限為15年，根據現場人工測量車流量數據，調查當前道路48 h平均車流量數據，按合同文件提供的車輛每年增長率6%測算設計年限內車流量總數，按設計年限內車流量增長系數23.28和AASHTO設計指南中“第四動力定律”計算等效單軸載荷（ESAL）為514萬次，設計15年后等效單軸載荷為355萬次；（3）工程為雙向二車道二級公路，根據48 h交通流量統計數據，實測數據統計分析道路雙向負載不相等，方向分布系數取值0.58；（5）ΔSPI取值2.2；（4）可靠度R按城市主干道取值90%；（6）ZR計算取值?1.282，路面交通與性能預測綜合標準差S0為0.45；（7）MR按4 d的CBR試驗實測結果按最佳經驗方程反算回彈模量MR，MR（psi）=2 555CBR0.64，CBR為加州承載比（%）；（8）路面結構層系數a1=0.44，a2=0.23，a3=0.14。

2.2 瀝青路面罩面層設計厚度確定

通過對試驗段進行為期4 d的試驗，路面設計采用第10個百分位值，將CBR值轉換為回彈模量MR值（如表1所示）。

根據已反算回彈模量MR值計算所需設計結構強度SNrequired（如表2所示）。

根據式（3）可知，已知SNreq情況下，可通過SNreq減去FWD撓度獲得現有路面剩余有效結構強度即為瀝青路面罩面層所需的結構強度[4]。根據AASHTO指南值瀝青覆蓋層系數0.17 /cm和水泥穩定基層0.063/ cm層系數，計算SN為：

SN=0.063CSB+0.17ACov （4）

式中：SN——路面結構數（cm）；CSB——基層最小厚度且與相鄰路面層結合良好（cm）；ACov——罩面層現有厚度（cm）（如表3所示）。根據工程設計，檢查標準為SN?SNol≥?0.02。

+100、PK285+400～PK288+000段路面病害嚴重，承包商已挖除現有AC-20瀝青混凝土路面結構層。根據現有路段病害情況和SN結構數計算瀝青路面罩面層厚度為3 cm。考慮現有路段病害全挖除需使用15 cm水穩層和5 cm路面層恢復現有結構（如表4所示），可計算得出該工程需新鋪瀝青路面罩面層厚度為3.0 cm，病害全幅刨除段罩面層攤鋪厚度為5.0 cm。

3 結語

該工程計算結果表明：瀝青路面罩面層厚度滿足工程設計要求。經工程試驗段施工驗證后，施工單位進行大面積工程施工并一次通過工程驗收。根據工程實踐經驗，國外道路工程項目中，采用力學－經驗法確定罩面層厚度需綜合考慮路面病害、工程造價等因素綜合確定罩面層厚度，力求設計確定最佳罩面層厚度。同時，在道路改造工程中，施工單位應結合現狀道路實際情況反算路面結構數SN，防止計算結果與工程設計要求偏差較大影響工程驗收。

參考文獻

[1] 蘇賢鋒，趙世樂.基于新版公路瀝青路面設計規范的路面結構計算[J].工程與建設，2019（3）：430-431+433.

[2]艷紅，申愛琴，侯蕓.資金-目標雙優化法在路面養護決策中的應用[J].公路交通科技，2018（9）：34-40.

[3]段虎明，馬穎，石鋒，等.道路路面測量數據的特征參數提取與統計分析[J].振動與沖擊，2013（1）：30-34+42.

[4]楊國峰，王浩仰，潘玉利.基于混合效應模型的瀝青路面使用性能預測[J]. 公路交通科技，2018（8）：19-27.