农村水泥混凝土路面加铺沥青面层施工工艺研究

2023-04-03张鹤峰

工程建设与设计 2023年5期

张鹤峰

（抚宁区农村公路发展中心，河北秦皇岛 066300）

1 引言

近年来，随着我国农村道路蓬勃发展，水泥混凝土路面已经修建到每家每户。水泥混凝土路面虽然具有承载力高和耐久性好等优点，但随着人们对道路性能要求越来越高，水泥混凝土路面已经不能满足人们的基本要求，因此，在农村逐渐推广“白加黑”路面，在水泥混凝土路面上直接加铺沥青面层既可以利用水泥混凝土路面的强度和承载能力，又可以提高路面使用性能，延长路面使用年限[1]。

本文通过ABAQUS 有限元软件分析沥青加铺层为10 cm、11 cm、12 cm、13 cm、14 cm、15 cm 时，对层底力学响应的研究，确定最佳加铺层厚度，并结合“白加黑”路面施工工艺，对农村水泥混凝土路面加铺沥青面层施工工艺研究和推广具有重要意义。

2 工程概况

某农村水泥道路起点桩号为K154+200，终点桩号为K168+200，全线长14 km。由于水泥混凝土路面养护成本大、噪声大、行车舒适性差、抗滑性能差，已经不能满足农村公路要求，但该项目工程路段水泥混凝土板完整性能较好、强度较好，因此，决定在水泥混凝土路面加铺沥青面层。为防止昼夜温差变化过大而导致水泥板发生翘曲变形，需在各水泥板之间设置一道1 cm 的接缝。另外，白加黑路面易出现反射裂缝，因此，可以增加沥青加铺层厚度来延缓反射裂缝，但沥青加铺层过厚时，延缓反射裂缝效果则不会增大，反而增加施工成本。

3 沥青加铺层厚度应力分析

3.1 有限元建模

沥青加铺层厚度不足时，会导致沥青面层在接缝处产生反射裂缝，严重影响行车安全性与舒适性；沥青加铺层厚度过大时，会造成施工成本过大。因此，需确定水泥混凝土路面沥青加铺层最佳沥青层厚度。

3.1.1 模型尺寸

采用沥青混合料加铺面层长3 m、宽3 m、厚度控制在10～15 cm，旧水泥混凝土基层长3 m、宽3 m、厚22 cm，其中在水泥混凝土基层设置一条长3 m、宽1 cm 的施工缝。参照水泥混凝土路面加铺沥青混合料设计规范，确定面层各基层宽度、厚度、弹性模量及泊松比等参数。

3.1.2 荷载

“白加黑”路面行车荷载根据JTG D50—2017《公路沥青路面设计规范》要求，取标准单轴-双轮轴载BZZ-100，车轮对路面的压强为0.7 MPa。由于在旧水泥混凝土路面接缝处易产生反射裂缝，为简化荷载对路面压强，数值模型中在接缝正上方设置矩形荷载作用区域。

3.2 加铺层厚度对层底应力响应分析

为研究不同加铺层厚度对沥青面层的层底应力响应，本文采用有限元模拟“白加黑”加铺层厚度为10 cm、11 cm、12 cm、13 cm、14 cm、15 cm 时，沥青面层的层底等效应力、最大主应力及剪应力。加铺层厚度从10 cm 增加到15 cm 时，加铺层厚度与应力关系如图1 所示。

图1 加铺层厚度与应力关系图

由图1 可知，沥青加铺层厚度从10 cm 增加到15 cm 时，沥青层层底最大主应力、等效应力与剪应力先减小后趋于稳定。加铺层厚度从10 cm 增加到13 cm 时，沥青层层底最大主应力从0.485 MPa 减小到0.348 MPa，主应力减小率为25.3%；加铺层厚度从13 cm 增加到15 cm 时，沥青层层底最大主应力从0.348 MPa 减小到0.315 MPa，主应力减小率为9.5%。

加铺层厚度从10 cm 增加到13 cm 时，沥青层层底等效应力从0.691 MPa 减小到0.423 MPa，等效应力减小率为38.8%；加铺层厚度从13 cm 增加到15 cm 时，沥青层层底最大主应力从0.423 MPa 减小到0.419 MPa，等效应力减小率为0.09%。

加铺层厚度从10 cm 增加到13 cm 时，沥青层层底剪应力从0.741 MPa 减小到0.569 MPa，剪应力减小率为23.2%；加铺层厚度从13 cm 增加到15 cm 时，沥青层层底剪应力从0.569 MPa 减小到0.513 MPa，剪应力减小率为9.8%。这是因为沥青层厚度的增加不会延缓反射裂缝从基层扩散到面层，再增加加铺层厚度只会增加施工成本，因此，项目工程水泥混凝土路面加铺沥青面层最佳厚度控制在13 cm。

4 工程应用

4.1 施工工艺

4.1.1 施工准备工作

水泥混凝土路面沥青加铺层施工前需要对原路面进行清扫，保证施工面整洁、无杂质，为保证施工安全性，需要提前对施工路段采用封闭措施，为确保项目工程满足施工要求，提前检查机械设备，确保机械设备可以正常运行。

4.1.2 拌和与运输

沥青加铺层混合料应满足施工要求，拌和前需要对沥青、集料和矿粉等原材料进行质量检测，检测结果均满足规范要求才能投入使用。本项目工程沥青采用70 号基质沥青，集料采用玄武岩，沥青混合料需要严格控制拌和温度，厂拌沥青混合料在搅拌仓内温度不得高于180 ℃、不得低于150 ℃，在拌和厂内完成拌和后应立即送至施工现场。运输车内注意保温工作，控制温度不得低于140 ℃，同时为防止沥青混合料发生离析，需要在车厢内均匀涂抹一层润滑油，运输车驾驶时，控制驾驶速度，应防止急刹车、急转弯等问题[2]。

4.1.3 摊铺

加铺层沥青混合料进行摊铺作业时，为保证施工质量满足要求，需要控制摊铺温度。摊铺施工时，沥青混合料温度不得低于150 ℃，摊铺机行驶速度控制在3 km/h，不得中途停车，应保证沥青混合料摊铺均匀性与连贯性。当摊铺设备到达指定位置后，应在烫平板下方设置垫木，以强化高程测量的准确性[3]。

4.1.4 压实

加铺层沥青混合料压实施工时，控制加铺层厚度为13 cm，为保证沥青混合料强度与压实度满足要求，压实遍数在8 次以上，12 次以下为佳，初压遍数为2～3 遍为佳，复压遍数为4～6 遍为佳，终压遍数为2～4 遍为佳[4]。

4.2 平整度检测

项目工程白加黑路段施工完成后，根据规范要求采用3 m直尺测得路面平整度，并根据公式将试验路段3 m 直尺测量值转换为IRI 值，本文在项目路段K155+230～K155+330 和K161+330～K161+430 分别选取2 处检测点，试验路段IRI 指数检测结果如表1 所示。

表1 试验路段I RI 指数

由表1 可知，K155+230～K155+330 国际平整度IRI 平均值为0.56 m/km；K161+330～K161+430 国际平整度IRI 平均值为0.37 m/km，依据JTG F 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求国际平整度IRI 应当小于2 m/km，“白加黑”路段IRI 值为0.56 m/km 和0.37 m/km，均远远小于2 m/km，满足规范要求，说明加铺层路段路面具有较好的行车舒适性。