改性沥青路面结构在公路改建工程设计中的应用

2016-05-25贾国强

工程与建设 2016年4期

关键词：旧路加铺结构层

贾国强

(北京中港路通工程管理有限公司，北京 101102)

改性沥青路面结构在公路改建工程设计中的应用

贾国强

(北京中港路通工程管理有限公司，北京 101102)

通过结合某高速公路运营情况，针对公路交通量，提出合理的路面结构设计方案，采取改性沥青路面结构层，为同类工程提供参考借鉴。

公路改建；路面设计；改性沥青路面

1 项目概况

京港澳高速公路石家庄至磁县段全线服务水平将进入三级，该高速路面结构层采用4 cm中粒式沥青混凝土上面层+5 cm粗粒式沥青混凝土中面层+6 cm沥青碎石下面层组成；基层厚度均为20 cm二灰碎石。通过对该公路标段采取检测，检测结果表明，路面使用性能指数PQI整体状况良好，上行行车道平均值91.1，下行行车道平均值91.1。针对该公路不断增加的交通量，需要对其采取改建处理。

2 路面使用性能分析

旧路从1998年通车，路面性能变化较大。本项目初步设计阶段通过对旧路性能的全面检测及历年病害养护历史的分析，结合现场分层测试结果，采用多层弹性层状体系理论对旧路路面强度进行分析，分别通过PCI预估模型、疲劳方程、MEPDG分析软件对旧路路面使用性能进行了分析，均得出旧路路面状况“良好”的结果，表明旧路仍具有较高的强度，可采用直接加铺的方式进行充分利用，对旧路路面病害处治后加铺层厚度为10 cm时即可实现新旧路面性能协同一致，具有良好的抗疲劳性能。另外本路段沥青混合料整体而言高温稳定性较好，仅部分路段略显不足，在旧路处治时，对于高温稳定性不足路段根据车辙病害发育情况、历年养护情况进行特殊处理。

3 路面改扩建设计原则提出

路面设计按道路等级、交通量、交通组成等使用要求，根据沿线气候、水文、地质及筑路材料的分布情况，本着因地制宜、合理选材、施工方便、利于养护及积极采用新技术、新工艺的原则，同时在结合本项目周边高等级公路路面结构、材料组成以及使用状况总结和分析的基础上，进行路面技术和经济比较[1-2]。

根据旧路改扩建的特点，本项目确定了“各行其道，各司其职；上下搭接、左右协调；物尽其用、低碳环保；加强检测监测，全面分析病害原因[3]；贯彻动态设计理念，加强施工过程中检测和优化设计”的设计原则，力求实现：① 新旧路面使用性能和使用寿命协调一致。② 延长初次维修期限，体现长寿命设计理念。③ 合理确定接缝位置和构造措施，确保新旧路面协调受力。

本项目除匝道收费站采用水泥混凝土路面外，主线路段及其余匝道均采用沥青混凝土路面，沥青混凝土路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层连续弹性层状体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计标准，计算路面结构厚度，对沥青混凝土面层，半刚性基层及底基层进行层底弯拉应力验算[4]。沥青混凝土路面设计采用以双轮组单轴轴载100 kN为标准轴载，设计使用年限15 a。水泥混凝土路面设计基准期为30 a。

4 基于设计弯沉下的路面设计

鉴于本工程特殊性，结合以往工程实践经验，本工程改扩建采用分车道设计的原则，大型车行车道设置于最右侧车道，大型车超车道则设置于旁边车道。同时，另外四道车道供小客车灵活行驶[5-6]。针对本工程最右侧车道为大型车道，因此基于规范八车道分布系数取值基础上，考虑增大车道分布系数，最终取值为0.4，具体交通量分配如下：

8车道分车道设计：自中央分隔带向外第一、第二车道为旧路面改建利用车道，按行驶小型车、中型车进行设计(分配小客车、大客车、小货车、中货及25%大货车)；第三、第四车道和硬路肩全部新建路面，按行驶大、中型车进行设计(小货车、中货车、大货车、拖挂车)。根据预测交通量计算本合同段累积当量轴次如表1和表2所示。

表1 设计参数表(以设计弯沉和沥青层层底拉应力为指标)

表2 设计参数表(以半刚性材料层层底拉应力为指标)

5 改性沥青路面设计

5.1 路面结构组合设计及结构层厚度计算

根据《公路自然区划图》，本项目属Ⅱ4海滦中冻区。沥青路面使用性能气候属夏炎热冬冷湿润区。本项目所在地区属Ⅱ4海滦中冻区，参照文献[7]，考虑路床部分压实标准的提高，本项目土基回弹模量取为40 MPa。对主线旧路改建路面采取加铺补强，路面结构层为：上面层：4 cmSBS改性沥青SMA-13；上封层：SBS改性沥青封层；下面层：6 cmSBS改性沥青AC-20C；下封层：SBS改性沥青封层；调平层(根据路线纵坡与原路面标高拟合高差而定)。

原旧路面结构层为10 cm+调平层+原旧路面厚度[8]。对于加铺补强方案是针对现有检测路况(2010年和2011年)而定的，实际路面施工时，应对当时的路面进行检测，当实测代表弯沉值<34(0.01mm)时,采用上述加铺方案，当实测代表弯沉值在>34(0.01 mm)时，需根据实际检测弯沉值重新计算路面结构，并报设计部门审核进行特殊设计。

5.2 旧路纵面找平及加铺方案

本合同段经纵面拟合，路线纵坡与原路面标高拟合高差路基最大填高32 cm，最大下挖11 cm[9]。结合旧路路面结构和加铺方案，对于不同拟合高差范围相应找平方案如下(下列数值表示设计标高与原路面标高的差值，高于为正，低于为负，单位为cm)：

差值为(-11,4)时采取铣刨掉原路面结构，采用右侧拼宽的路面结构。注：对于旧路因设计标高过低导致全部挖除重建路段，路基顶面强度及压实度要求同拼宽新建部分土基顶面强度和压实要求；差值为(4，6)时铣刨8 cm(至原上面层底面)，采用4 cmSBS改性SMA-13+8～10 cmSBS改性AC-20C的路面结构，调平层为SBS改性AC-20C；差值为(6，10)时铣刨4 cm(至原罩面层底面)，采用4 cmSBS改性SMA-13+6～10 cmSBS改性AC-20C的路面结构，调平层为SBS改性AC-20C；差值为(10，14)时不铣刨，采用4 cmSBS改性SMA-13+6～10 cmSBS改性AC-20C的路面结构，调平层为SBS改性AC-20C；差值为(14，18)时铣刨4 cm(至原罩面层底面)，采用4 cmSBS改性SMA-13+6 cmSBS改性AC-20C+8～12 cmAC-25C的路面结构，调平层为AC-25C；差值为(18，26)时不铣刨，采用4 cmSBS改性SMA-13+6 cmSBS改性AC-20C+8～16 cmAC-25C的路面结构，调平层为AC-25C；差值为(26，38)时不铣刨，采用4 cm SBS改性SMA-13+6 cm SBS改性AC-20C+8 cm AC-25C+8～20 cm ATB-25的路面结构，调平层为ATB-25。同时根据具体旧路路面标高和纵断面拉坡情况，结合施工方法，合理调整施工长度。

5.3 旧路病害处治

结合检测结果表明，本项目旧路依然具有较高强度，同时其指标良好。通过结合当前规范设计方法对旧路采取加铺设计，然后对其采取检测。检测结果表明，加铺后旧路完全能够满足使用期强度要求[10]。因此，针对于旧路段本工程通过结合点病害处治措施进行处治后，直接加铺4cm SBS改性SMA-13+6 cm SBS改性AC-20C。