“白改黑”路面结构设计技术要点探讨

陈巧玲

（三明市公路事业发展中心，福建 三明 365000）

1 工程概况

项目路线全长9.204 km，旧路路基宽度8.5 m，路面宽8 m。公路等级为原山岭重丘二级公路，设计速度60 km/h，原路面为24 cm水泥混凝土+15 cm水泥稳定碎石层+15 cm级配碎石垫层。本次路面病害调查，全线路面板共检测病害板块306块，断板率为9.17%。平均错台量为6 mm。路面损坏状况评定等级为中，选择“白改黑”路面结构进行加铺。

2 旧水泥路面状况调查及处置

2.1 旧水泥路面状况调查

2.1.1 外观缺陷检测

依据《公路技术状况评定标准》（JTG 5201—2018）[1]，采用目测和尺量。全线混凝土板3 680块，共检测病害板块306块，占比9.17%。

2.1.2 弯沉检测

检测依据《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019）[2]，采用贝克曼梁法。项目3 680块混凝土板检测4 642点，96个点弯沉值>20（0.01 mm）。

2.1.3 接缝弯沉差检测

检测接缝弯沉差62组，有5组接缝弯沉差>6（0.01 mm）。

2.2 旧水泥路面病害处置

2.2.1 板块维修

板块维修分为换板处理和局部维修[3]，针对不同的病害情况采取不同的处置方式。

换板处理需要先破除旧板块，清扫基层表面。如果基层以下变形或已破坏，用C15混凝土恢复基层标高，再进行换板处理；如果基层以下完好，采用弯拉强度5.0 MPa混凝土进行换板处理。

局部维修分为板边修补和板角修补，如图1、图2所示。

图2 板角修补处置（单位：cm）

针对板与板之间发生错台，如果错台位移超过10 mm，先清除位置低的板后再换板；如果错台位移在5～10 mm之间，可采用磨平机磨平；若错位位移<5 mm，可以不处理。如果板内有裂缝但无错台，修补裂缝即可，无须更换板。

2.2.2 裂缝维修及构造缝处置

对于小于1.0 cm的缝，先用清缝机清缝，再进行灌缝处理，操作时应垂直使用聚氯乙烯胶泥、焦油类填缝料和橡胶沥青等加热施工填缝料。

对构造缝进行清缝、填缝[4]。处置完成后，全线填缝料已失效的构造缝需要进行清灌缝处理，处理后使灌缝较两边宽2～5 cm，使用混凝土路面专用填缝料进行填缝。

2.2.3 灌浆处理板内裂缝维修后如果仍不满足弯沉检测的技术要求，应进行灌浆处理；脱空板块也需要灌浆。

2.2.4 病害处置后弯沉检测

水泥混凝土板经过处理后需要再次进行弯沉检测，水泥混凝土板应≤20（0.01 mm），相邻混凝土板间弯沉应≥6（0.01 mm）。处置后共检测混凝土板109块109点，有1个点位弯沉值>20（0.01 mm）。

3 路面结构设计

3.1 交通荷载参数及计算

项目位于福建省，属于二级公路，使用年限设置为12年。综合交通量OD调查可知[5]，与沥青混合料层对应的永久变形及疲劳开裂的当量设计轴载累计作用101 878次。按照使用年限，本公路设计交通等级为轻交通。

3.2 初拟路面结构方案

项目在对原路段水泥砼板破损区域进行修复的前提下，综合考虑工程造价以及后期的维护工作等因素。

初拟种路面结构如图3所示。

图3 初拟路面结构

3.3 路面结构验算

路面结构中2 cm富油沥青砼AC-5为功能层应力吸收层，不参与结构验算。

3.3.1 沥青混合料层永久变形验算

以弹性层状体系理论为依据，通过分析计算求解各分层永久变形量。

沥青层永久变形结果如表1所示。

表1 沥青层永久变形结果

3.3.2 沥青混合料层疲劳开裂验算

沥青层冻结指数为32.0 ℃·d，层底水平拉应变为69.0 με，季节性冻土地区调整系数为1，基准路面结构温度调整系数为1.49，沥青层饱和度为92.0%，温度调整系数为1.78。沥青层疲劳开裂的设定寿命为29 749 450次。分析交通参数可知，沥青层在使用年限内疲劳当量设计轴载累计为101 878次，拟定的路面结构满足沥青混合料层疲劳开裂验算要求。

3.3.3 贯入强度验算

公路所在地月平均气温为25.0 ℃，计算得沥青混合料层的综合贯入强度为0.96 MPa，贯入强度要求值为0.41 MPa，路面结构及材料都符合要求。

3.3.4 路面低温开裂指数验算

针对所在地区的实际情况分析可知，其低温设计温度为-3.0 ℃，经计算可知低温开裂指数为-0.4，本文取5.0。验证该指数结果显示，所选路面结构、材料均符合要求。

3.3.5 路表验收弯沉值

针对路面结构路表（加铺后）采用弹性层状体系理论，计算验收弯沉值为38.9（0.01 mm）。

3.3.6 路面结构验算

根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2019）[6]选取参数。

基层顶面当量回弹模量100 MPa，考虑可靠度系数后旧混凝土面层综合疲劳应力3.13 MPa，最大综合应力3.32 MPa[7]。

结果表明，综合疲劳应力和最大综合应力均小于旧面层混凝土弯拉强度。在路面结构极限状态下，符合沥青混凝土加铺层设计厚120 mm，路面结构层最小防冻厚度400 mm。改建前原旧路面总厚度参与防冻重厚度验算，结果表明路面总厚度满足路面结构层最小防冻厚度。

各项验算内容表明所选路面结构与材料均符合要求。

4 病害处置和结构设计技术要点分析

4.1 病害调查应注意事项

确定路基工程、路面工程的外观缺陷部位，初步探明产生缺陷的原因。通过对沿线路基工程、路面工程外观质量进行检测，调查工程存在的缺陷、病害，检测结果作为病害处理提供数据资料。

4.2 病害处置注意事项

通过人工破碎法破除局部维修[8]混凝土块，采用切割机具切割分离保留部分、破碎部分，要避免损伤保留部分。整块换板维修方面，旧混凝土板可通过液压镐凿，撞击式破碎机破除大面积换板。施工缝传力杆直径、长度分别为30、45 cm，将沥青、润滑油涂于伸出端，在保留板内嵌入深22.5 cm，约在板1/2厚处放置传力杆，孔距设置为30 cm。在传力杆安装前，应坚壁钻孔，横向锯缝，使用直径比传力杆大2 mm的钻头。成孔后，利用压缩空气清理孔内的尘土、碎屑，插入传力杆前应按比例配制水泥与环氧砂浆，即环氧砂浆。

注浆工人在注浆前，需要用土工布铺设注浆孔，之后开启液浆泵调整压力，使注浆处于稳压状态。这个过程中，如发现路面抬升或隔壁孔冒浆，则应结束注浆，并通过木塞封孔。其他施工注意事项严格按照相关施工验收规范执行。

4.3 加铺沥青路面结构计算的技术要点

4.3.1 路面结构的拟定

为了保证尽快通车，应该将施工难易程度作为整个方案设计的关键点，尽可能采用简单的施工工艺，且有利于施工进度方案的推进。

合理选择集料、沥青类型，精准配设混合料级，充分保障面层的抗滑性能，确保路面的抗滑性达到要求。在阳光的直射下，上面层路面温度较高，应保证其路面结构有较强的抗车辙的能力；考虑路面汽车荷载行驶的过程中尤其是紧急刹车时，会产生很大的剪应力，所以更应该注意层间黏结材料的选择，确保新旧路面紧密黏结，具备优越的抗剪切性能。

4.3.2 路面结构验算

根据项目的实际情况，科学、合理、如实、灵活地选用和确定各主要设计参数的取值，应注重交通量及交通组成的调查与分析。根据当地气候条件的调查与分析实际情况确定参数，不应盲目根据规范提供的指导参数；旧砼路面回弹模量取值应首选现场试验取值等。应尽量使用实测数据，不能实测的应根据实际情况综合分析指导参数，灵活取值运用。

科学、合理地分析验算结果，灵活调整技术参数，可保证项目结构安全可靠、经济指标合理，降低工程造价。

4.3.3 路面加铺施工注意事项

提前落实有关路面横向管线埋设，之后才能进行路面结构层施工。在检查并确认路面下层质量达到要求的情况下，通过机械摊铺沥青层面并进行铺筑。禁止在下层质量不达标的情况下铺筑面层，且铺筑前必须按规定完成下封层及黏层、洒布透层；只有在待摊铺层完全自然冷却后，才能热拌沥青混合料路面，开放交通的前提条件是混合料表面的温度小于50 ℃。

其他施工注意事项严格按照相关施工验收规范执行。

5 结语

本文结合工程实例，首先通过实地调查了解旧路路况，就旧水泥混凝土路面病害提出针对性处置措施。其次通过计算分析对初拟的路面结构组合进行验算分析，最终确定沥青加铺路面结构。本研究系统介绍了旧水泥混凝土路面加铺沥青层结构设计应考虑的因素、设计理念和思路以及主要步骤，结合实例及以往的经验，对“白改黑”路面结构设计技术要点进行总结分析，可供其他类似项目参考。