城市化公路交叉口“白加黑”路面技术研究

钟志明

摘 要：随着我国城市化水平的不断提高，交通运输行业的发展越来越迅猛，道路交通流不断增大，尤其是重型车辆的增多，使得交通路面出现一系列塌陷、开裂现象，特别是在城市道路交叉口路面，这一现象尤为突出。因此，研究城市化公路交叉口“白加黑”路面技术具有非常重要的现实意义。

关键词：公路交叉口；“白加黑”路面；加铺层厚度；有限元力学分析

中图分类号：U416.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.153

随着道路交通流的增大和重型车辆的增加，城市道路路面，尤其是交叉口位置，经常出现塌陷、开裂问题。城市交叉口是公路交通的枢纽位置，来往的车辆和行人都要从交叉口通过。为了确保交通道路安全，在交叉口通常设有信号灯，因此，车辆会在交叉口频繁的停止和启动。长此以往，会加剧交叉口路面病害。城市公路交叉口路面的塌陷和开裂病害会使路面的使用年限缩短，并且需要耗费大量的人力、物力和财力维修，从而造成一定的经济损失，也给人们的出行带来诸多不便。

1 城市化公路交叉口的特点

随着城市公路的快速发展，公路交叉口的设置、扩建及耐用性问题都显露出来。为了更好地开展对城市道路路面的研究，我们需要先对城市公路交叉口有个大概的了解。城市公路交叉口一般具有以下多个特点。

1.1 范围大、车流量大、设施齐全

城市化公路一般都有6个车道，而且人行道和绿化带的总宽度大于40 m。另外，交叉口也是上、下班和车流量的高峰地段，白天客车、中小型货车较多，夜间重型车辆较多。为了确保行车畅通和行人的安全，一般会在交叉口设置交通信号灯、人行横道和安全岛。

1.2 改造较为复杂

交叉口底下的管线较多，行人和设施也较多，这势必会影响交叉口的改造。

1.3 路面极易损害

由于频繁的制动和启动，路面很容易出现车辙、麻面、坑槽等损害，而不断修补会影响路面的平整度。

2 公路交叉口“白加黑”路面简介

目前，我国路面大修改造的常用方法是在水泥混凝土上加铺沥青混凝土路面。具体实施方案是：破碎旧板后加铺沥青混凝土路面，对旧板加固后加铺沥青混凝土。上述步骤是形成城市道路“白加黑”路面的主要步骤。破碎旧板会使原混凝土成为粒径较均匀的粒料基层，使路面整体形成柔性体。在破碎后的基层上面必须加铺过渡基层，用来增大承载力和抗反射裂缝应力。另外，对旧板进行加固后加铺沥青混凝土，可以使旧板充分发挥作用，形成稳固的底盘。虽然这种方法成本较高，但形成的路面不易损害、病害较少、使用寿命长。但如果加铺层的厚度不够，旧水泥混凝土路面板上的接缝、错台、裂缝和脱空状况会反复出现，并且在裂缝的位置出现反射裂缝，从而缩短加铺层的寿命。

为了减少反射裂缝的数量和减缓反射裂缝的发展速度，我国的科研人员做了多项研究，并提出了一些防治反射裂缝的方法。这些方法大致可以分为三大类，即改善沥青加铺层性能、设置中间夹层和增设补强层。

2.1 改善沥青加铺层性能

改善城市化公路交叉口“白加黑”路面沥青加铺层的性能，主要是为了提高加铺层的整体抗拉能力和抗变形能力。在改善沥青加铺层性能方面，我国常用的方法有以下3种：①改变沥青混合料的级配，采用品质、性能较好的沥青；②在混合料中掺加纤维、高黏弹性材料；③增加面层厚度。

2.2 设置中间夹层

在城市化公路交叉口“白加黑”路面设置中间夹层是指在基层与加铺层之间增加抗拉夹层。设置中间夹层可以使水泥混凝土板接缝的变化及相邻板边的竖向位移被夹层吸收。常用的夹层材料有土工布和土工格栅等。

2.3 增设补强层

在城市化公路交叉口“白加黑”路面增设补强层是指在原水泥混凝土路面上铺设补强层，然后再加铺沥青面层，目的是降低裂缝反射程度。

3 “白加黑”路面结构分析

在城市道路建设中，交叉口路面结构的组合形式既关系到路面的使用年限，也关系到路面功能的发挥，同时也与工程造价息息相关。因此，在铺设路面时要考虑多种因素，比如当地的气候特征、交通荷载量和交叉口位置的特殊性。

3.1 加铺层厚度及力学分析

目前，加铺层厚度的计算方法主要有COE经验法、美国地沥青学会法、AASHTO经验法和有效厚度法。COE经验法是通过对使用多年的路面进行分析，得出旧水泥混凝土路面加铺沥青层的经验计算公式，根据公式计算加铺层的厚度。通常，加铺层厚度约为8 cm。美国地沥青学会法是对水泥混凝土板进行分析，在有限大板和平均温度相差34 ℃的情况下，加铺的沥青混凝土厚度不能低于11 cm。AASHTO经验法采用补强厚度计算，计算出的平均厚度为18 cm。我国的“白加黑”路面铺设厚度还没有形成规范，各地根据当地的气候条件和使用实际情况确定加铺层厚度。由于各地的气候条件不同，采用上述四种测试方法所得的结果也有差异。另外，对交叉口路面结构进行分析时，所选取的各层材料的计算参数是不同的，详细参数如表1所示。其中，材料模量的选取要考虑改性和非改性因素，借鉴规范的推荐值，模量的取值为一个范围。

3.2 “白加黑”路面结构的有限元力学分析

通过对“白加黑”路面结构的有限元力学分析，可以计算路面多层体系内的应力、应变和位移，并且可以检验路面的结构强度。沥青路面的结构组成较为复杂，虽然各个结构层都用集料与黏结料混合组成，但是集料的级配和黏结料的类型不同，所体现的弹性模量也会有很大的差别。汽车超载、重载会使累计标准轴载增大，导致公路路面过早出现病害，因此必须对超载进行受力分析。通过有限元力学分析发现，垂直荷载对路面结构的影响与荷载大小成正比——轴载越大，面层内压应力数值越大，影响范围越广，越容易产生残余的压缩变形。另外，沥青混凝土加铺层的最大剪应力位置一般出现在旧水泥路面的中间位置，因此，沥青加铺层的中间位置会形成明显的剪应力。

4 结束语

城市道路交叉口采用“白加黑”的方法有利于施工的顺利进行和路面使用性能的提升。施工时，应先加固、维修原来的水泥混凝土路面，且在满足规范要求后才能加铺沥青混合料。总之，我们需要对“白加黑”路面进行深入的研究，从而保障交通运输业的迅速发展。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕