1、第28卷第1期 湖南文理学院学报(自然科学版) 鱼生 旦 垒坐 苎! ! ! 璺! ： ! ! ! doi：1039690issn1672-6146201601016 Vb128 NO1 Mat2016 二级公路水泥混凝土路面碎石化改造的水稳层厚度计算 何勇 ，贺寒辉 f1湖南省益阳市公路桥梁建设有限责任公司，湖南益阳，413000；2湖南文理学院土木建筑工程学院湖 南常德，415000) 摘要：二级公路水泥混凝土路面碎石化改造工程中，路面结构设计和计算目前尚没有成熟的方法和规范。基 于我国沥青路面设计方法，结合益阳市干线公路提质改造工程的实践，提出了将旧混凝土路面破碎后承载能 力实测值作为设
2、计参数来计算和确定水稳层厚度的方法。针对一般条件下的二级公路计算得到了不同累计标 准轴载、不同碎石化层顶面回弹模量下的最小水稳层厚度。 关键词：二级公路；水泥混凝土路面；碎石化；顶面回弹模量；厚度 中图分类号：U 416214 文章编号：1672-6146(2016)01-0071-04 Thickness calculation of cement stabilized base on rubblized concrete pavement of secondary highways HeYong ，He Hanhui2 (1Hunan Yiyang Highway and Bridge C
3、onstruction Company LTD，Yiyang 413000，China；2College ofCivil Engineering and Architecture，Hunan University ofArts and Science，Changde 415000，China) Abstract：Currently there is no specification on structure design for rehabilitation of cement concrepavement of secondary highway based on rubblizationA
4、n approach for the calculation of thickness of cement stabilized base， which uses the investigated beating capacity of rubblized concrete pavement as design parameter,is suggested based on the Chinese design specification of asphalt pavement and the practice of rehabilitation of arterial highways in
5、 YiyangMinimum thickness of cement stabilized base is calculated for secondary highways based on the combination of different cumulative standardized axle load and composite resilient modulus Key words：secondary highway；cement concrete pavement；rubblization；composite resilient modulus；thickness 水泥混凝
6、土路面由于其施工操作简单、施工设备投入少、管理费用低，在我国以往修筑的二级公路 中得到了广泛应用。目前，很大一部分水泥混凝土路面在使用中出现了结构性病害，包括裂缝、错台、 断板、破碎板等。对此，采用多锤头碎石化技术或共振碎石化技术将旧混凝土路面破碎，并在其上加铺 沥青面层的方法能比较有效地消除反射裂缝。然而，加铺路面结构层厚度的计算，目前尚没有成熟的设 计方法 圳。 基于我国沥青路面设计方法，结合益阳市干线公路提质改造工程的实践，本文提出了根据旧混凝 土路面破碎后实测参数进行设计的方法，对一般条件下的二级公路计算了常用设计数据，以供相关项 目参考。 1 问题的提出 表1列出了我国部分公路的碎石
7、化改造所采用的路面结构【4_6】。从表1可以看出，路面结构组合设 通信作者：何勇，470932065qqcom。收稿日期：201512-25 72 湖南文理学院学报(自然科学版) 2016生 计基本可分为2种类型：设半刚性层和不设半刚性层。 对于旧水泥混凝土碎石化改造后，要不要设半刚性层，行业内存在不同的观点。王松根 结合碎石 化改造后的实测回弹模量数据认为，碎石化后的水泥混凝土板块层可以直接作为新路面结构的基层。根 据美国经验L1 ，旧混凝土路面经过碎石处理以后能够直接加铺沥青面层，但厚度要求大于18 cm。我国 很多国省道干线公路旧水泥混凝土路面改造中，一般也采取了直接加铺沥青面层的方式4
8、。郭林泉等【】 应用双层弹性层状体系理论对碎石化旧路面上沥青加铺层结构应力进行了分析。得出了不同交通量及 沥青加铺层厚度下碎石化IEt路面顶面最小回弹模量值(不设水稳层情况下)，但研究中沥青加铺层的厚 度范围为1020 cm，一般对应的是高速公路与一级公路的情况。 表1碎石化改造路面结构 二级公路相对于高速公路和一级公路有较大不同，首先，本身交通量比较小，设计年限内的累计轴 载相对较低；其次，受造价限制，一般沥青面层厚度较薄。考虑这些不同情况，二级公路混凝土路面碎 石化改造工程能否不设水稳层，若设置，水稳层的最小厚度为多少?值得进一步研究。湖南省益阳市从 2012年开始推广水泥混凝土路面碎石化
9、改造技术，其中使用最多的是多锤头碎石化技术，以益阳市干 线公路提质改造工程中的二级公路设计为例，基本上都采用了碎石化底基层+2530 cm水稳碎石+4 5 cm AC一16C+34 cm AC一13C的路面结构。然而，这种路面结构设置缺乏可靠的理论计算依据，二级 公路碎石化改造是否需要设置水稳层，如需设置，最小厚度为多少?这是本文重点研究的问题。 2 混凝土路面碎石化改造设计方法 21 基本要求 混凝土路面碎石化改造的路面结构组合设计和厚度计算应满足如下要求： (1)满足路面结构的强度和刚度要求。我国沥青路面设计的总体要求是道路建成后的实测路表弯沉 应小于或等于设计弯沉。同时对沥青面层和半刚性
10、基层的层底拉应力进行验算，确保不开裂。对于白改 黑路面结构设计，也应遵循这一设计原则。 (2)最大限度防止反射裂缝。碎石化改造能较大程度防止反射裂缝的产生，但这也和碎石化的效果 有一定关系。如果碎石化程度不够、粒径偏大，则有可能还会发生反射裂缝。为同时满足防止反射裂缝 和承载力的要求，常用的做法是控制路面碎石化后的块状粒径范围，保证板块顶面颗粒粒径小于75 cm，板块上部12厚度内颗粒粒径小于225 cm，板块下部l2厚度内颗粒粒径小于375 cm8 。 (3)经济性要求。二级公路的碎石化改造，从造价上考虑，往往不能采用厚沥青面层的设计方案， 一般可采取薄沥青面层加水稳层的做法。水稳层的厚度应
11、通过计算确定，取可满足道路使用要求和施工 要求的最低值。 22水稳层厚度的计算方法 二级公路混凝土路面改造中，一般沥青面层厚度变化不大，在此前提下，水稳层厚度主要取决于设 计车道上的累计标准轴载和混凝土路面碎石化后的承载能力。累计标准轴载的确定可以通过交通需求 预测和轴载换算确定，与新建公路的区别不大。 混凝土路面碎石化后承载能力的大小与如下因素有关：(1)旧混凝土面层的厚度与混凝土强度；(2) 旧混凝土路面基层材料的厚度与强度；(3)旧混凝土路面路基的承载力、含水量；(4)破碎化施工的破碎 第1期 何勇，等：二级公路水泥混凝土路面碎石化改造的水稳层厚度计算 73 程度与施工效果。 受上述因素
12、影响，承载能力变化较大。以上海金山大道为例，碎石化层项面当量回弹模量的范围为 250520 MPatl 。郭林泉等 J通过研究得到碎石化旧路面顶面弯沉可在5O180(O01 ram)之间变化， 推算得到旧路面顶面当量回弹模量在100400 MPa范围内。根据益阳市多条二级公路旧混凝土路面碎 石化后的弯沉测定结果，代表弯沉(贝克曼梁法)在30100(001 rnm)之间变化，换算成回弹模量即为 547 164 MPa。代表弯沉与回弹模量之间的换算采用公路沥青路面设计规范(JTG D502006)规定 的公式Et=1 000mlm2(2 )计算。式中：Et为旧混凝土路面碎石化处理后的项面当量回弹模
13、量(MPa)；P 为轮胎接地压强，取07 MPa；劝标准车型的当量圆半径，取1065 cm；1o为旧混凝土路面碎石化处理后 的代表弯沉；m 为轮板对比值，取11；m2为原路面当量回弹模量扩大系数，按规范进行取值和计算。 碎石化层承载能力差异较大，对计算的水稳层厚度有较大影响。而且，承载能力受诸多因素影响， 其数值很难在设计时就予以确定，这与新建路面有显著不同。新建公路路基承载能力差异性相对较小， 对路面结构层厚度的影响相对较小，一方面，路基填筑和压实是比较标准化的施工，变异性较小；另一 方面，路基承载能力本身数值较小，刚度主要来源于新铺的基层和底基层。 因此，碎石化改造项目的水稳层厚度最好能以
14、破碎化施工后的承载能力实测值作为设计参数进行 计算和确定。承载能力可以用回弹模量、弯沉等指标表征，测试方法包括承载板法、贝克曼梁法、落锤 式弯沉仪法等。用这些方法直接测出回弹模量或者换算出回弹模量后，就可以将其作为旧混凝土路面碎 石化后的当量回弹模量，然后按照公路沥青路面设计规范的要求，以路表回弹弯沉和层底拉应力作 为控制指标，采用弹性层状体系理论设计程序计算水稳层的厚度。 3实例计算分析 对于二级公路，可以将不同累计标准轴载和碎石化层承载能力所对应的最小水稳层厚度计算出来， 供设计和施工参考。 31计算前提条件 沥青面层采用3 cm AC一13C上面层+4 cm AC一16C下面层，这是益阳
15、市干线公路提质改造工程中二 级公路的常用情况。 设计车道上的累计标准轴载以设计弯沉和沥青层层底拉应力为指标进行轴载换算，根据二级公路 可能出现的累计标准轴载，按5个等级进行 计算，分别为500，800，1 300，1 800和2 300 万次车道。旧混凝土路面碎石化后的顶面当 量回弹模量。根据实测情况，其值基本在 100500 MPa之间变化，按5个等级进行计 算，分别为100，200，300，400和500 MPa。 材料参数取值如表2所示。 32计算结果与分析 按照公路沥青路面设计规范的要求， 系理论设计程序计算得到不同累计标 准轴载、不同回弹模量下最小的水稳层 厚度如表3所示，表3中还列
16、出了与回 弹模量对应的代表弯沉。所计算的最小 水稳层厚度为9 cm，其余均在10 cm以 上，说明二级公路在3 cm AC13C上面 层+4 cm AC16C下面层的沥青面层组 合下，是需要设置水稳层的。 由表3可知，回弹模量对水稳层的 表2计算用的材料参数 MPa 注： 弯沉计算用； 拉应力计算用。 以路表回弹弯沉和拉应力作为控制指标，采用弹性层状体 表3计算的不同顶面当量回弹模量下水稳碎石厚度cm 累计标准轴次 顶面当量回弹模：MPa(对应弯沉，001 mm) 万次车道)100(164)200(82)300(55)400(41)500(33) 74 湖南文理学院学报(自然科学版) 厚度有较
17、大影响，以累计标准轴次800万次车道为例，回弹模量为100 MPa时，所需的水稳层厚度为 27 cm，而回弹模量为500 MPa时，所需的水稳层厚度仅为11 cm。 在回弹模量200 MPa时，累计标准轴载的变化对水稳碎石厚度的影响相对较小，例如回弹模量为 200 MPa时，累计标准轴次300万次车道所需的水稳层厚度为19 cm，而累计标准轴次2 300万次车道 所需的水稳层厚度为22 cm，仅比前者多3 cm。 数据显示，当回弹模量200 MPa时，即测得的旧混凝土路面碎石化后代表弯沉82(O01 mm)时， 按照现有的施工条件(现有压实设备能有效压实25 cm以内的水稳层)，一层水泥稳定碎
18、石层就足以满足 路面的使用要求。 表3数据可作为实际工程的设计和施工参考，在实测旧混凝土碎石化层弯沉和模量后，结合公路的 累计标准轴次即可从表3中获得所需的最小水稳层厚度。根据益阳市干线公路提质改造工程的实测数 据，弯沉代表值多数处于6080(001 mm)之间，对应的最小水稳层厚度在15“-22 cm之间。益阳市干 线公路提质改造工程早期(2012-2013)采用碎石化改造的一批二级公路均采用了2025 cm厚的水稳层， 经过两三年的使用后，路面平整度良好，反射裂缝、路面局部沉陷等结构性病害很少见，这说明2025 cm厚的水稳层可以满足路面结构刚度要求，与本文的计算结果是相符的。目前部分设计
19、中也有采用30 cm厚的水稳层，根据本文计算结果，若施工中碎石化后实测弯沉代表值小于80(001 mm)，建议减小设 计厚度，避免工程浪费。 4结论 旧混凝土路面碎石化改造后的顶面当量回弹模量离散性较大，且受诸多因素影响，其数值很难在 设计时就予以确定，这与新建路面有显著不同。而顶面当量回弹模量的数值很大程度上决定了需要的水 稳层厚度，建议以破碎化施工后的承载能力实测值作为设计参数来计算和确定水稳层厚度。 针对一般条件的二级公路计算得到的不同累计标准轴载、不同碎石化层顶面回弹模量下的最小水 稳层厚度，可作为实际工程的参考。当碎石化层项面回弹模量大于200 MPa，或代表弯沉小于82(0O1 m
20、m)时，一层水泥稳定碎石层就足以满足路面的使用要求。 参考文献： 1 郑晓光，许勇，张强水泥混凝土路面碎石化后加铺沥青层设计方法研究J】城市道桥与防洪，2009(6)：2123 2 张红日，孙方旧水泥混凝土路面沥青加铺结构设计研究J山东交通科技，2010(6)：3638 3】 谢晓晖旧水泥路面加铺沥青层方案的综合分析J】中国市政工程，2010(2)：6-7 【4 王显平农村公路旧水泥混凝土路面碎石化改造加铺层应用技术研究D济南：山东大学，2013：1-5 5】 王松根，李昶，张玉宏，等旧水泥混凝土路面MHB碎石化后强度机理分析J公路，2006(12)：95-99 6 侯利国，沈建荣，吕伟民混凝
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