水泥混凝土路面沥青加铺技术研究

2022-05-20苏腾飞

工程建设与设计 2022年6期

苏腾飞

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司第六分公司，石家庄 050000）

1 引言

国内车流量的增加、超载现象的出现造成许多水泥混凝土路面过早地出现了各种病害，许多路面已达不到使用标准，面对这种现象，目前更多的是采用水泥混凝土沥青加铺技术处理。水泥混凝土路面沥青加铺技术能够有效延长旧路面的使用寿命。其在极大程度上保留了原路面的刚性结构，同时又赋予了新路面一定的柔性，可以提高驾驶员行驶的舒适性和安全性[1]。但是，在该技术的应用中，由于沥青混合料的弹性模量、膨胀系数与水泥板不同，会产生从下至上的反射裂缝，严重时会出现路面断裂等现象。为了更好地解决反射裂缝问题，让加铺技术更加成熟，本文从旧水泥路面病害检测及评价、复合路面结构与材料设计出发，深入研究该技术。

2 旧水泥混凝土路面的检测与处理

采用沥青加铺技术处理旧水泥混凝土路面时，需要根据原路面的破损状况进行加铺层设计，检测指标包括：原路面结构损坏状况、承载能力、平整度以及抗滑性。

2.1 路面损坏状况检测

目前，一般采用网络自动化检测系统对路面的损坏状况进行检测，自动化检测系统应用过程为：路面图像采集→图像数字化→图像储存→图像处理与分析→路面破损识别与分析。

由于自动采集系统价格贵、操作难度高，一些项目仍采用传统的破损检测方法，传统的检测方法较自动采集系统有成本低、操作简单等优点，但其效率低、工作量大，具有较多的安全隐患。

路面损坏分级依据见表1。引用断板率（DBL）来对路面损坏状况进行评定，断板率是指断裂板占总板的百分比，各病害断板率权重值见表2，路面损坏状况评定标准见表3。

表1 路面损坏分级依据

表2 各类病害断板率权重系数表

表3 路面损坏状况评定标准

2.2 路面承载力检测

国内通常使用弯沉值来评价路面的承载能力，其也可用来判断路面的板底脱空情况以及接缝处传递荷载的能力[2]。原路面板底脱空会诱发2块水泥板之间产生竖向位移导致加铺的沥青混合料开裂，接缝处发生的应力集中现象同样是造成加铺层开裂的重要原因。表4为板底脱空检测方法，按照工程实际情况选择最优方法检测。板底脱空评判标准见表5。

表4 板底脱空检测方法

表5 板底脱空评判标准

3 工程概况

某公路双向四车道，全长12 km，由于车流量指数式增长，路面已出现破损现象，为了保证路面行驶安全现决定对其进行加铺处理。表6为原水泥混凝土路面的路面破损以及承载力检测结果。

表6 路面检测结果

4 沥青加铺层结构设计与材料设计

4.1 沥青加铺层结构设计

加铺层厚度的计算步骤如下。

4.1.1 荷载疲劳应力的计算

按水泥路面与地基光滑接触、加铺层与水泥路面完全连续接触的假定，荷载应力计算公式为：

式中，σp为荷载疲劳应力，MPa；kr为应力折减系数；kf为疲劳应力系数；kc为考虑超载和动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数；σps为标准轴载在临界荷位处产生的未考虑接缝传荷能力的荷载应力。

式中，B为系数；ha为拟加铺层厚度，cm；σ0为板底最大荷载应力，MPa。

4.1.2 温度应力计算

温度疲劳应力σt按式（3）计算：

式中，kt为考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数；σtm为最大温度梯度时水泥混凝土板的温度应力，MPa。

4.1.3 加铺层厚度的确定

利用初拟的沥青加铺厚度计算出荷载疲劳应力以及温度疲劳应力，当0.95σ≤σp+σt≤1.03σ（σ为旧路面弯拉强度），初拟加铺厚度可作为设计加铺厚度。本文采用的是10 cm的加铺厚度，满足验算要求。

4.2 沥青加铺层材料设计

本文沥青加铺层采用上面层4 cmSMA-13下面层6 cmAC-20，采用SBS改性沥青为黏层。

SMA-13配合比设计，上面层材料选择两种不同粒径的玄武岩：4.75～9.5 mm、9.5～16 mm，经检验，各物理力学指标均符合规范要求。沥青采用PE类Ⅲ-C型改性沥青，设计的油石比为6.0%[3]。依照要求进行配合比设计∶1号碎石∶2号碎石∶石屑∶矿粉=49∶26∶16∶9，级配曲线呈S形完美贴合规范设计中值曲线。

AC-20配合比设计，下面层材料选择3种不同粒径的玄武岩：4.75～9.5 mm、9.5～16 mm、9.5～19 mm，经检验各物理力学指标均符合规范要求沥青采用PE类Ⅲ-C型改性沥青，采用的油石比为5.0%。依照要求进行配合比设计∶1号碎石∶2号碎石，3号碎石∶石屑：矿粉=30∶16∶16∶22∶12∶4，级配曲线呈S形完美贴合规范设计中值曲线。