二级公路混凝土路面加铺沥青混凝土面层参数设计分析

李斌

摘要：文章以广西S216线玉林至博白段公路大修工程为例，介绍了混凝土路面沥青混凝土加铺层翻修技术方案，并通过试验确定了加铺层的最佳厚度（20cm）、最佳模量（1200MPa）、地基最低模量（250MPa）等重要参数，提出通过设计土工织物夹层来减少反射裂缝的产生。该项目所取得的成功经验可为其他类似工程提供技术参考。

关键词：二级公路;混凝土路面;沥青混凝土;模量;反射裂缝

中图分类号：U416.217 文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.005

文章编号：1673-4874（2019）10-0013-03

0引言

公路交通是经济发展的基础，目前广西境内公路总里程超过12万km，其中超过60%的公路路面为混凝土路面结构，且大多已服役超过20年，公路质量堪忧，严重阻碍了地区经济发展。因此对混凝土路面进行合理大修已经成为广西交通建设的重要内容之一。

1工程概况

省道玉林山口线（S216）为二级公路，其中玉林至博白段是玉林市通往广东省最重要的公路之一，也是博白县与玉林市连接的主要通道。随着地区经济的不断发展，该段公路上通行的重型车辆越来越多，交通量越来越大。经过多年运行，目前该路段出现了大面积的断板、下沉、破碎等病害，严重影响了行车安全。为了避免该路段路面病害的继续恶化，自治区交通运输厅对该路k4+860-k43+600路段共计56km实施了大修计划。

2 沥青混凝土加铺层结构参数设计分析

2.1沥青混凝土加铺层基本结构

在混凝土路面上部铺设沥青混凝土面层技术目前在广西公路养护中已经得到成熟、广泛的应用。各个材料的参数规格可参照其他工程项目的成功经验，在此不再赘述。本项目设计对原混凝土路面进行碎化、找平等处理，对破坏严重的地段实施全部清除，并填充级配碎石。经过上述处理后加铺沥青混凝土层，具体结构（由下至上）如下页表1所示。

2.2 沥青混凝土加铺层最佳厚度的确定

沥青混凝土加铺层厚度是该大修工程的最重要参数之一，直接决定了工程成本及改造效果。一般来说，加铺层厚度越大，其防反射裂缝效果、路面平稳效果等越好，但是工程成本会直线上升。因此加铺层最佳厚度必须兼顾经济性和使用效果。

2.2.1试验设计

为得到加铺层的最佳厚度，本项目设计按2cm为一级的增量，分析加铺层厚度由10cm逐步增加至24cm过程中，加铺层内部应力及弯沉量的变化情况，以此来确定最佳厚度。设计地基模量E₁=250MPa，混凝土路面板模量E₂=30000MPa，沥青混凝土层模量E₃=1200MPa。在此对受影响最大的混凝土路面接缝处（胀缩缝）进行分析（选取10个点）。

2.2.2 试验结果分析

沥青混凝土加铺层厚度变化对内部应力及弯沉量影响结果如表2和图1所示，经分析数据和曲线图可知：（1）随着沥青混凝土加铺层厚度的增加，加铺层的内部应力及弯沉量数值均减小，说明增加厚度确实可以有效降低路面各项参数;（2）当加铺层厚度由8cm增加至16cm时，最大主应力、等效应力、最大剪切应力分别降低了61.6%、42.1%、43.3%，降低幅度明显;（3）当加铺层厚度由16cm增加至24cm时，最大主应力、等效应力、最大剪切应力分别降低了40.7%、40.1%、37.3%，虽然也有降低，但是幅度逐步減小;（4）最大弯沉量随着加铺层厚度的增加，降幅也在减小。

经过综合分析，为了兼顾该大修项目的经济性和实用性，最终确定加铺层的最佳厚度为20cm。

2.3 沥青混凝土加铺层最佳模量的确定

沥青混凝土加铺层因材料组成比例不同、环境温度不同、载荷不同而出现模量差别较大的现象，尤其是温度因素影响最明显。在此针对不同模量的加铺层进行等效应力计算，以此确定加铺层的最佳模量。

2.3.1 试验设计

由于沥青混凝土加铺层的反射裂缝多产生于温度较低的冬季，且混凝土路面接缝处（胀缩缝）依然为薄弱点，因此模拟这些点（选10个点）处应力的变化情况。模拟温度确定为12℃（玉林市2018年1月日均气温），沥青混凝土加铺层模量由初始的600MPa步增至2200MPa（200MPa为一级），加铺层厚度设定为20cm。

2.3.2 试验结果分析

沥青混凝土加铺层模量变化对内部应力及弯沉量影响结果如表3和图2所示。经分析数据和曲线可知：（1）随着沥青混凝土加铺层模量的增加，加铺层的内部应力均出现提高，这对加铺层结构的稳定性是不利的;（2）加铺层模量数值越高，其最大弯沉量越小，这对减少加铺层的反射裂缝是有利的;（3）随着模量增加，加铺层内部应力提高率和弯沉率均减小，在1000-1200MPa为基本分界点。

经过综合分析，为了兼顾内部应力和弯沉量两项指标，在此确定本项目的沥青混凝土最佳加铺层模量范围为1000-1200MPa，具体取值可根据实际问题进行微调。

2.4 地基模量对加铺层力学结构影响分析

地基是指原混凝土路面路基，是道路的根本支撑体系，其强度和稳定性对于其上部整个路面结构层的稳定性有着决定性影响。经验表明，若路基出现沉降、裂缝等病害，会直接反映在路面上，这不是改善加铺层性能所能弥补的问题。在此通过试验确定地基的最低模量值。

2.4.1 试验设计

本项目设计地基模量由100MPa逐步提高至500MPa（按照50MPa速度升高），以混凝土路面接缝处为检测点（10个）。设计加铺层厚度为20cm，模量为1200MPa，温度选取12℃，其他参数不变。

2.4.2 试验结果分析

地基模量变化对加铺层内部应力及弯沉量影响结果如表4和图3所示。经分析数据和曲线可知：（1）随着地基模量的增加，加铺层的内部应力和最大弯沉量均出现下降，这对加铺层结构的稳定性是有利的;（2）随着地基模量的增加，加铺层内部应力和最大弯沉量的下降趋势逐步减小甚至趋于水平，尤其是在250MPa前后变化明显，说明地基模量的影响已逐步减弱。

经过综合分析，虽然地基模量越高对路面结构层越好，但是会大大增加工程成本，而且也不可能将全部路段混凝土面层清除后对地基作碾实处理。因此本项目要求地基模量最小值应为250MPa，经探测后低于该值的路段应作压实处理。

3 防反射裂缝技术设计分析

反射裂缝是沥青混凝土加铺层最常见的病害之一，也是降低加铺层使用寿命的主要原因。为了减少反射裂缝，目前一般在原混凝土路面和加铺层之间设计一个夹层，常见夹层可分为三大类：应力吸收夹层、土工织物夹层、格栅夹层。这三类夹层的对比分析如表5所示。

通过综合对比分析，本项目设计采用“土工织物夹层”技术来减小反射裂缝产生的概率。但在此需要说明：仅靠该技术来消除反射裂缝是不现实的，需要结合实际情况来综合设计所有相关要素，而且后期管理一定要完善。

4 结语

该项目完工后，经检测其各项指标均满足设计要求，工程合格率达到了100%。通过对$216线玉林至博白二级公路路面大修工程的实施，积累了相关技术经验。沥青混凝土加铺层技术是一项性价比较高的公路大修方法，但是对设计和施工要求较高，一旦某个参数不合理，必然造成路面寿命急剧下降，必须根据各路段的实际情况“量身打造”相关参数，所以在应用该技术时应对相关资料全面了解。4CC1092C-957D-4BF0-AF5B-54391D45FD0A