改建公路沥青路面结构设计要点分析

2021-12-09曾勇尹利强

运输经理世界 2021年15期

文/曾勇、尹利强

1 前言

在应用沥青路面结构的环节中，施工单位需要从当前的社会发展态势出发做好结构设计技术的调整，进而保证设计效果符合当前的公路建设需求。在公路质量的决定性因素上，设计方案的科学合理与否至关重要，施工人员应做好系统的勘察工作，及时收集各方面的信息，为各项设计工作提供有效数据。在应用设计技术方法时，应及时改善存在的各项问题，更好地服务于当前的公路沥青路面结构设计。

2 改建沥青路面结构设计要求

2.1 遵循指标

当前，在公路路面结构设计时，设计人员会结合不同类型的公路结构来确定最终的设计指标参数。特别是在面对高速公路一级公路和二级公路的设计上，设计人员会严格参照路面回弹弯沉值和沥青混凝土的拉应值进行处理；与此同时，半刚性材料层的层底拉应力也是重要的参考因素。至于三四级公路的路面结构设计，路表面设计弯沉值是重要的设计指标。如果条件允许，施工人员需要结合重载交通线路的路面情况对沥青混合料的抗剪切强度进行检验，通过验算看其是否符合最大的剪应力需求[1]。

2.2 设计标准

2.2.1 在双轮荷载作用下，路面结构表面的轮系中心处整体的弯沉值应该要小于设计的弯沉值。

2.2.2 沥青面层底面混合料的容许拉应力应该大于最大的拉应力。

2.2.3 至于半刚性基层或者底基层的最大抗应力，应该保持在容许拉应力的范围内。在计算分析弯沉和应力时，应该视路面结构为多层弹性体系，在双轮组的作用下，体系里面作用力能够发挥其应有的价值，并按照要求处理相关的接触条件[2]。

3 工程概况

某公路工程为一级公路类型，车道设计为双向四车道，路基宽度为23.5m，车辆行驶速度设计为100km/h，属于沥青混凝土结构。由于该工程的通车时间达到了路面结构使用年限，并且在最近几年受到车辆荷载的不断影响，该公路出现了大大小小不同类型的病害问题，因此为了提升路面通行功能，强化服务水平，拟定对其改建。改建后设计方案为路面结构设计使用15年，由4 车道改变为6 车道，路基加宽为33.5m,行驶速度为120km/h。在路面结构设计中考虑到结构的类型比较突出，故而需要高度重视，具体内容见下文分析[3]。

4 确定沥青路面设计标准的措施

4.1 确定弯沉值

在涉及沥青路面结构的环节中，路面的弯沉值与路面结构的承载力两者之间存在紧密的关系。假如设计的回弹弯沉值偏小，那么需要提升整体的荷载能力。在荷载力多次作用下，路面会出现不同程度的损害；假使回弹弯沉值偏大，在使用道路的过程中容易损害路面。因此，在设计沥青路面的环节中，相关工作人员应该理清路面荷载和回弹弯沉值之间的关系。在改建公路沥青路面结构设计的过程中，设计人员需要熟悉公路在使用环节中可能会出现的回弹弯沉值变化，并掌握相关的信息数据，结合获取的一手资料，合理控制路面回弹弯沉值，进而延长公路使用期限。从以上变化特点出发，严格按照要求设计合理的参数。众所周知，公路建设后的弯沉值与使用末期的弯沉值之间存在偏差，所以施工单位不能将这些参数作为最终的验收标准。通常来说，在进行刚性基层结构设计时，一般会将其周期控制在半年左右。等公路完工一年左右后，其整体的弯沉值会接近实际的真实效果。我们可以从这个阶段的路面刚度状态出发做好设计状态的调整，这从某种程度上来说，也直接延长了公路的使用寿命[4]。

4.2 确定容许拉应力

在改建公路沥青路面结构设计的过程中，为了保证公路的应用效果，施工单位需要合理控制公路结构层的容许拉应力。路面在反复承受荷载的环节中，经常会达到临界破坏点，这就是所谓的最大容许拉应力。和第1 次承受荷载时相比较，这种拉应力整体的抗拉强度相对较小。尤其是在结构层的材料质量与性能上，与其内部的差异有着紧密的关系。至于极限抗拉强度的设计，一般要保持在15 度的极限抗拉强度。至于二灰稳定类以及石灰稳定类的相关材料，一般以180d 的极限抗拉强度作为系指龄期。至于水泥粉煤灰稳定类材料，其极限抗拉强度为120d[5]。

5 改建公路沥青路面结构设计要点分析

5.1 计算公路结构弯沉值

在设计沥青路面结构的环节中，计算路面弯沉值一般会借助弹性层状体系理论进行计算。通过大量的实验数据可知，实测完成值和理论计算值之间存在着一定的差异。经过研究发现，这种差异存在一定的规律性。如果路基高度偏低，那么根据计算公式算得的面层厚度就会远远大于预期水平；假如路基刚度偏高，那么面层厚度在理论上就会偏小。结合相关的现象内容，我们认为路基路面的材料并非具有非线性弹性体，而是借助评定材料抗变形能力进行测定，无法反映出结构层内部的真实状态。为了保证计算值和实际测量值达到平衡，当前在规范的环节中会借助弯沉综合修正系数进行计算，从而保证设计计算路面厚度符合一定的要求。在大量试验验证资料的支持下，实际弯成值、土基回弹模量等参数和弯沉综合修正系数之间紧密关联。

5.2 计算层底拉应力

在应用沥青路面的环节中，无法避免出现疲劳开裂现象。从引发这种情况的原因来看，主要是由于层底拉应力偏大。为了降低这种情况的出现概率，相关工作人员应该随时检验沥青层和半刚性基层的拉应力大小，然后全面掌握各点的拉应力情况，进而保证拉应力值具有一定的科学性。和路面容许拉应力值相比较，看其是否符合设计要求，只有这样才能保证设计方案的科学性。另外，在计算层底拉应力的环节中，相关工作人员还应该综合材料的质量性能，结合不同应用材料，合理设计相关方案。值得注意的是，在改扩建沥青路面结构设计环节中，针对路面结构的层底拉应力的计算，需要按照车辆荷载的最大值进行，以保证新旧结构的承载力满足实际需求。

5.3 路面材料与路基土两者的设计参数

针对公路工程的拉应力、沉弯值而言，路基土以及路面材料的参数以及性能起到直接的影响，因此在设计环节需要对两者的弹性模量值进行综合分析。由于路基土以及路面材料在应用环节，其作用力是呈现非线性变化的，故而会受到特征以及弹性模型的影响出现变化。此外，由于两者材料在应用时会受到环境因素、技术因素的影响，因此会出现定性性能不足问题。在设计时，设计人员需要考虑到两者的稳定性，明确施工参数，通过利用模型设计，达到后续的应用需求。

5.3.1 设计路基土回弹模量值

在多种因素的影响下，路基土回弹模量值会存在着一定的差异。比方说，应力状态和荷载方式都会造成影响。与此同时，土质的性能、干湿度以及密实度之间也会有一定的关联。在设计公路沥青路面结构环节，工作人员应该结合恶劣环境的特征做好试验工作，进而确定最终的回弹模量值。在尚未修复路基的状况下，一般会通过经验方法估定相关的内容。

5.3.2 设计路面材料回弹模量值

如果没有粒料垫层与基层的回弹模量值作为支撑，工作人员一般会选择重复加载三轴试验做好相关的测定工作。在试验的环节中，根据基层的实际应力状况在不同的方位施加相关的限应力，进而保证回弹模量值具有可靠性。在现行的公路沥青路面设计环节中，工作人员一般会根据回弹模量值进行相关的设计，通常借助圆柱体进行弯曲或压缩试验，及时测定不同级别的应力作用，并计算压缩应变力。

6 其余注意事项

在改建设计方案的确定环节中，工作人员需要从路面结构性能出发实现良好的节能减排效果，避免出现严重的环境污染。与此同时，为了降低材料消耗，通过废物利用的方式实现材料再生；借助动态设计理念，实现科学的改建设计。在施工阶段，工作人员要熟悉周围的路况，同时考虑到项目所在环境的年降水量偏大，因此其要及时设置排水系统进行排水，严格按照施工期限内部的交通组织设计，设置临时安全设施。