存在再生料层的大修路面构造优化设计探究

陈希胜

（萍乡公路勘察设计院，江西 萍乡 337000）

1 含再生料层路面设计控制指标

主要参考Shell和AI设计法控制指标。

Shell设计方法的控制指标是重复载荷影响下表层底面伸承拉应变及路基上面伸承拉应变或者伸拉应力。

用AI方法判断路面构造损坏时，应同时考虑路基上面永久形变与沥青混凝土材料的疲劳开裂状态，并用路基上面垂向应变及沥青层水平承拉应变为技术控制指标。

1.1 路基垂向压力应变

路基上面垂向压力应变可反应路基和路面各构造层的材料长健康周期形变特性[1]。

式（1）～（2）中：ε系为沥青层底允许承拉应变；N系为轴重，取80kN。按1次80kN的作用相当于100KN作用0.41次换算，则两个公式转换为：

1.2 沥青层底承拉应变

通过沥青层底承拉应变控制沥青层疲劳开裂，转化为BZZ100则为:

式（5）～（6）中：E*系为动态模量，依据测试结果，本研究取E*=7000MPa。

1.3 再生料层底承拉应变

冷再生复合料4种疲劳解析公式如下：

基本300万、600万、1200万和2500万次轴载作用积累频次，计算获得基于交通级别差异的存在再生层路面构造设计控制标准具体见表1所示。

表1 基于交通级别差异的存在再生层路面构造设计控制标准

2 存在再生料层的路面构造计算

2.1 路面构造层主要设计参数

借助计算土基顶部压力应变、再生料层底承拉应变及沥青层底承拉应变的路面构造力学，获得比较合理的含再生料层的每一层路面构造层厚度。确定沥混料的动模量是7000MPa。一般冷再生发泡沥青复合料动模量是静态模量1.5～2.0倍[2]。

原路面开展铣刨后，计算原旧路面上面的反弹模量。其中，原旧路构造层铣刨后厚度约是15cm～45cm；计算出铣刨后原旧路半刚性路面上面当量反弹塑性模量是50MPa～400MPa。借助BISAR软件计算，单轮当量圆半径取0.65cm，基本荷载取双轮单轴组100kN，荷载压力取为0.707MPa，两轮间距取31.95cm，沥青混凝土层与再生料层泊松比为0.25,原旧路为土基，泊松比为0.35。每一构造层的设计参数取值如表2具体所示。

表2 各层设计参数取值

2.2 沥青混凝土层底承拉应变为设计控制指标

当4cm厚度时，沥青混凝土表层底面处在受压状况，压力应变随再生料层厚度的加增先加大后降低；经进一步计算，当原旧路强度不同时，上表层的沥青混凝土厚度加增到8cm时，底层才会发生承拉应变。对比等同原旧路强度条件下，沥青混凝土层厚度分别是10cm、15cm、20cm、25cm、30cm五条关系曲线，由此可知，表层底面承拉应变伴随再生料层厚度的加增而逐步减少，并且减少率亦伴随再生料层厚度的加增而逐步降低；通过对不同原旧路强度，等同沥青混凝土材料层厚度的关系曲线进行对比，发现伴随原旧路强度加增，表层底承拉应变降低率亦逐步降低；当再生料层厚度高出17cm时，对于不同的原旧路强度，再加增其厚度对上层底承拉应变的影响比较小；故在设计路面大修时，不宜过度加增再生料层厚度，以改善路面形变状态。

2.3 以再生料层底承拉应变为设计控制指标

在沥青混凝土层厚度不变的状态下，可通过加增再生料层厚度来减少再生料层的底承拉应变，同理，在再生料层厚度一定的状态下，可通过加增沥青混凝土材料厚度来减少再生料层的底承拉应变，随着沥青混凝土层厚度的加增，影响再生料层的底承拉应变程度越来越小，故在路面大修设计时，从路面的受力形变情况，或者从工程经济方面考虑，均不宜配置较厚的沥青混凝土材料层。

2.4 以原旧路面压力应变为技术控制指标

加增再生料层及沥青混凝土表层厚度都可以降低原旧路面压力应变，同时加增再生料层厚度对原旧路面压力应变的影响亦随沥青层厚度的加增而减少。老路面等效反弹模量分别是400MPa、300MPa、200MPa、120MPa、80MPa、50MPa时，到达重载级别且不受再生料层厚度影响的沥青混凝土面材料层厚度是18cm、20cm、22cm、25cm、27cm、30cm。

3 存在再生料层的大修路面典型构造研究

3.1 交通级别区分的验证

以构造模型为基础，选用表2中设计参数，并且综合考虑原旧路面、再生料层底及沥青混凝土材料层底的拔承拉应变3项技术指标，并依据第1节中确定的技术控制指标，计算出冷再生发泡沥青材料在不同原旧路强度下厚度变化和不同标准轴载作用的频次Ne，并以表3验证交通过流量区分级别的合理性，其中沥青混凝土材料上表层厚度以4cm为定值。

表3 再生料层厚度与过流量敏感性分析（cm）

通过对再生料层厚度与相邻轴载作用频次相减得知，相邻交通级别对于基层影响可以控制在3～5cm以内，达到典型沥青路面构造的交通级别区分标准，故本研究交通级别区分为合理的。

4 结语

提出了不同交通级别沥青混凝土层的层底承拉应变、冷再生料层的层底承拉应变及原旧路面压力应变的技术控制指标。依据再生料层厚度受老路铣刨后强度变化和车流量的影响，区分原旧路强度级别和交通级别，对各构造层底承拉应变受层厚度变化的影响程度进行计算分析，选用降低再生料层厚度和沥青混凝土层的方法，开展路面构造设计优化，对不同原旧路强度级别及交通级别的路面，推荐存在冷再生料层的大修路面典型构造。