普通公路路面补强设计方案选择.doc

1、普通公路路面补强设计方案选择沙延飞（沈阳市公路规划设计院，沈阳）摘要：本文通过对各种路面补强设计方案进行对比分析、计算，提出了相 应条件下路面 补强设计方案的选择建议。关键词：路面补强、设计 方案、半 刚性基层 、柔性基层1 引言随着公路网密度的不断增加，近年来普通公路大修改建工程越来越多，占公路总建设里程 60%以上的比重，研究合理的路面补强设计方案意义尤其重大。本文以辽宁省普通公路改建现状为例探讨合适的解决方案。2 现状改建方案存在的问题2.1 片面追求路表弯沉指标，不加分析的采用半刚性基层加铺方案旧路加铺半刚性基层确实可以有效、经济的提高路表弯沉，但也存在如下问题：1半刚性基层与下卧沥青

2、层间接触连续问题。2经常理论计算需要的半刚性基层厚度只需 5-10 厘米，但为了最小施工层厚的要求采用 18 厘米以上，造成浪费。3难以兼顾全寿命周期成本的理念，远景下一个寿命周期的维修方案难以选择。4原沥青层覆于下层，比较浪费。2.2 随意放弃强度和使用寿命，简单地采用加铺罩面方案这种处理方式只能称为中修，如果原路下承层病害较重，很快会反映到罩面层，长期成本并不经济。2.3 不加分析，随意采用全深式水泥冷再生等新工艺全深式冷再生技术由于受压实条件的限制，层厚只能在 20 厘米左右，无法提供较高的路面强度和长久的使用寿命，只适用于等级较低或原路松散、基层强度严重丧失情况下的旧路改建工程。在原路

3、面层、基层仍有一定强度的情况下，这种处理是一种浪费。同样，远景下一个寿命周期的维修方案也难以兼顾。3 关于路面补强方案确定的几个问题探讨3.1 路面结构类型系数 Ab 值 的选取路面规范06 版规定采用半刚性基层时 Ab 取值为 1.0、采用柔性基层时 Ab 取值为1.6。柔性结构层总厚度在 18-30 厘米之间时，A b 值可内插。该规定是因为“控制路基容许压应变相同的条件下，不同路面材料和厚度组合时，路表弯沉值不同” 。路面规范06 版 9.2.7 条规定加铺结构设计 “在确定设计弯沉值时，应根据加铺层的结构选用路面类型系数” ，在实际工程实例中，经常加铺层与旧路沥青层的总厚度尚不足18

4、厘米，此时旧路基层在维修中的结构状态判断，直接影响整体柔性结构体系是否成立的问题。3.2 柔性结构路面与半刚性结构路面的结构破坏形态柔性结构路面在使用期末的结构破坏形态是沥青层层底的拉应力疲劳破坏，而柔性基层通过长期的行车压密，则是长久性结构。结构的修复主要是沥青面层的浅层修复。半刚性结构路面在使用期末的结构破坏形态是半刚性基层层底的拉应力疲劳破坏，板体基层断裂为块状，可以近似认为已退化为柔性基层。但在维修年，半刚性基层是否已经退化为该种状态则需要相关指标判断。3.3 容许弯沉 lR 与设计弯沉 ld 的关系容许弯沉 lR 的概念是结构使用期未已达完全破坏时表现出来的路表弯沉。设计弯沉 ld

5、的概念是竣工后第一年最不利季节的路表弯沉。根据路面规范97 版条文说明中的弯沉变化曲线，可知 lR=1.4ld，故可近似认为当实测旧路代表弯沉值大于 1.4 ld 时，即可认为旧路半刚性基层已退化为柔性基层，可以按柔性基层理论进行补强层结构设计。3.4 按 路面规范 86 版实施的旧路结构由于经济条件所限，在辽宁按 86 版修建的半刚性路面结构从 90 年代一直延续至 2002年，其特点是采用路拌法施工，半刚性单基层，只控制弯沉，不控制弯拉（实际上 86 版规范的要求也未满足） 。当时的典型结构如下：结构 E 值5cm 细粒式沥青砼（2+3） 110020cm 路拌水稳砂砾 45020cm 天

6、然砂砾垫层 120土基 25该种结构的路表容许弯沉 lR=87（1/100mm ） ，可以认为该种结构当实测代表弯沉大于 87（ 1/100mm）时，已退化为柔性结构。3.5 按 路面规范 97 版实施的单基层旧路结构做为过渡时期，在 2002-2004 年间，辽宁省按 97 版规范修建了部分单基层路面结构，其特点是满足 97 版规范的弯沉指标、不满足弯拉指标，基层采用厂拌工艺，大大提高了基层强度。当时的典型结构如下：结构 E 值3cm 细粒式沥青砼 13004cm 中粒式沥青砼 120020cm 厂拌水稳砂砾 120020cm 天然砂砾垫层 120土基 25按此结构反算路表设计弯沉 ld =

7、66（1/100mm ） ，对应的容许弯沉lR=1.4ld=92（1/100mm ） 。由于未控制弯拉，半刚性基层较易提前达到疲劳破坏状态，可认为旧路实测路表弯沉大于 92（1/100mm）时，已退化为柔性结构。3.6 按 路面规范 97 版实施的双基层旧路结构在 2004-2007 年间，辽宁省多数工程完全采用了 97 版规范，既控制弯沉又控制弯拉，所以修建了很多双基层路面。典型结构如下： 结构 E 值3cm 细粒式沥青砼 13004cm 中粒式沥青砼 120018cm 厂拌水稳砂砾 120018cm 厂拌水稳砂砾 120020cm 天然砂砾垫层 120土基 25 按此结构反算路表设计弯沉

8、ld =38（1/100mm ） ，对应的容许弯沉lR=1.4ld=53（1/100mm ） 。可以认为当旧路实测路表弯沉大于 53（1/100mm）时，已退化为柔性结构。3.7 小结从以上分析可见，对于不同结构的旧路路面，在满足一定条件下，可以按柔性基层理论进行补强设计。 4 柔性基层补强与半刚性基层补强计算对比柔性基层补强交 通 量 （ 设 计 弯 沉 ）类 型 结 构 抗 压 模 量20 ， Mpa 抗 压 模 量15 ， Mpa 劈 裂 强 度15 ， Mpa 200 万（ 58）300 万（ 53.5）400 万（ 50.5）600 万（ 46.6）表 面 层 细 粒 沥 青 砼 1

9、300 2000 1.3 3 3 3 3下 面 层 中 粒 式 沥 青 砼 1200 1800 1.0 4 4 4 4基 层 ATB 1100 1400 0.8 ？ ？ ？ ？140（ 117） 8.6 9.2 9.6 10.2120（ 137） 7.3 7.9 8.3 8.9100（ 164） 5.8 6.3 6.7 7.380（ 205） 3.4 4 4.4 5路 基 旧 路 代 表 弯 沉（ 当 量 回 弹 模 量 ）60（ 273）考 虑 弯 拉设 计 层 厚（ cm） 1.5 1.5 1.5 1.5反 算 路 表 计 算 弯 沉 38-42 36-40 35-39 33-37附注：按

10、二级路计算。半刚性基层补强交 通 量 （ 设 计 弯 沉 ）类 型 结 构 抗 压 模 量20 ， Mpa 抗 压 模 量15 ， Mpa 劈 裂 强 度15 ， Mpa 200 万（ 36）300 万（ 33）400 万（ 32）600 万（ 29）表 面 层 细 粒 沥 青 砼 1300 2000 1.3 3 3 3 3下 面 层 中 粒 式 沥 青 砼 1200 1800 1.0 4 4 4 4基 层 水 稳 砂 砾 1200 3500 0.5 ？ ？ ？ ？140（ 117） 22.4 23.1 23.7 24.5120（ 137） 21 21.8 22.3 23.1100（ 164）

11、 19.4 20.2 20.7 21.5路 基旧 路 代 表 弯 沉（ 当 量 回 弹 模 量 ）80（ 205）考 虑 弯 拉设 计 层 厚（ cm）17.3 18 18.5 19.3反 算 路 表 计 算 弯 沉 13-16 13-15 12-15 12-14附注：按二级路计算，弯拉 轴次取一半计 。对比分析：1 柔性基层与半刚性基层造价比在 5 倍左右。2 半刚性基层与柔性基层计算层厚比为 52.5 倍，随旧路代表弯沉值的增加而减小。3 相同旧路状况下，累计轴次的增加对计算层厚的变化影响不敏感。5 补强方案的选择5.1 采用柔性基层补强方案，可使建成后路面的黑色结构层总厚达 20-30c

12、m，在下一个维修期可采用浅层再生、整体再生或简单加铺的方式，使用寿命较长，从长期看比较经济，应尽量采用。5.2 当旧路代表弯沉值在 60（ 1/100mm）以下时，可直接采用沥青混凝土补强。5.3 当旧路代表弯沉值在 60-80（1/100mm ）之间时，两种补强方案等价，应优先选择柔性基层补强方案。5.4 当旧路代表弯沉值在 80-100（1/100mm）之间时，柔性基层略贵，可以采用柔性基层补强方案。5.5 当旧路代表弯沉值大于 100（1/100mm）时，补强方案应经过慎重比较后确定。此时采用半刚性基层补强方案，往往需要双基层，如果旧路破损、松散严重，应结合水泥冷再生方案考虑；如旧路表观

13、完整，柔性基层补强仍应作为比较方案纳入考虑。5.6 如果旧路弯沉指标较好，但表面功能性病害严重，按柔性理论计算补强层较薄时，应采取措施避免旧路病害的反射。例如在补强前，对旧路表面进行现场热再生或加铺土工织物等方式。5.7 采用柔性基层补强方案，应十分注意可能带来的车辙问题，应采取合理的层次组合设计、级配设计来加以解决。例如可减少沥青混凝土层厚、增加密集配沥青碎石层厚，以增强动稳定度。5.8 旧路采用柔性基层补强方案时，加宽部分宜采用混合式基层，并尽量使黑色结构层在道路全断面上基本等厚。这种方式既不过多增加造价，又有利于下一个维修期的大修方案确定。参考文献1 JTG D502006，公路沥青路面

14、设计规范。2 JTG F402004，公路沥青路面施工技术规范。公路沥青路面设计有关问题探讨沙延飞（沈阳市公路规划设计院，沈阳）摘要：本文结合普通公路路面设计的特点，对设计、管理人 员普遍容易遇到的有关 问题进行分析，并提出相关解决方案。关键词：普通公路、路面 设计、 问题、解决方案1 引言由于普通公路建设投资不足、工期短、项目多等特点，带来普通公路路面设计问题的复杂多样性。本文试就普遍遇到的相关问题进行探讨，供同行参考。2 交通量预测2.1 现存问题交通站观测资料严重失真，且无轴载调查资料，使路面设计失去可靠的依据。交通增长率的确定比较随意。代表车型的选定各不相同。对同一条路，不同的代表车型

15、选定结果可导致计算累积轴次相差数倍。超载和实载率的影响参数缺少本地研究资料，参数无法确定。以上问题导致路面结构计算变成了数字游戏，没有意义，对路面建成后的使用寿命无法正确判断。2.2 解决方案管理部门应加大投入，严格管理，保证交调站数据的准确性，同时增设部分轴载仪长年实测累积轴次数据，委托科研部门作对比分析研究，以便给出本地区真实的年平均日交通量、代表车型、增长率等相关数据，供设计部门参考使用。3 土基模量及季节系数3.1 土基模量土基模量的确定与路基填料、压实质量、路基高度、实测季节等多种因素相关，相对准确的方法是在路基工程交工验收后，通过路基顶面的现场承载板实测数据确定。但普通公路的建设工

16、期、建设程序无法做到，仍需在设计前预估土基模量，这就需要有专门的本地区研究资料做指导。3.2 季节系数各地区的季节系数差别较大，应由管理部门牵头进行多年的实测研究，才能给出本地区参考数据，用以指导设计、施工和验收工作。4 沥青面层的结构层次组合省内技术政策规定二级公路的沥青面层采用 3+4 厘米沥青砼的结构组合，比起几年前的 2+3 厘米结构是一个进步，但因表面层 3 厘米沥青砼如严格按规范建议，只能选用AC10 型，级配过细，无法兼顾以后的加铺维修工作。这一结构选择的原因是在投资受限的情况下还要兼顾平整度指标。普通公路的设计时速为 60-80 公里/小时，过高的路表平整度要求没有必要，并且现

17、在基层普遍采用厂拌机摊工艺，平整度并非主要矛盾。建议采用单层式 6 厘米厚沥青砼，即可降低造价，利于以后加铺，又可减少层次组合、避免薄层沥青结合面的滑动。如有条件，可增设 5-10 毫米厚的下封层，既可密水，又可增强层间连接。5 地产材料的利用由于砂砾、碎石资源的馈乏，近年普遍提倡地产材料、工业废料的利用。鉴于稳定土类材料用做上基层的失败教训较多，建议上基层仍采用水泥稳定粒料类材料。由于现时新建路面结构普遍采用双基层，故下基层采用地产材料有着广阔的空间，但是简单地认为利用地产材料、工业废料就会降低造价，则是一个误区。由于增加了一种施工工艺、运输、杨尘等影响，可能带来造价升高、工期延长等问题。采

18、用地产材料的好处主要是基于环保、缓解建设高峰期料源紧张等方面的考虑，管理部门、设计部门需充分认识到这点。6 柔性基层结构路面的采用新建路面采用柔性结构增加投资较大，目前普通公路仍难以承受。补强路面采用柔性结构增加投资有限，应积极采用。从技术上讲，进入大修期的旧路实测路表弯沉往往已超过其容许弯沉值，根据容许弯沉值的定义，可以认为旧路半刚性基层疲劳破坏后，已退化为柔性基层，按柔性结构理论补强与实际情况吻合。按柔性结构补强设计，一般会形成包括旧路面层在内的总厚度 20 厘米以上的沥青砼层，对路面的耐久性，对下一周期的维修方案确定都比较有利。从经济性上讲，按柔性结构计算的补强厚度一般不大，而按半刚性结

19、构计算补强厚度时，往往计算厚度仅需 510 厘米时，也从施工最小层厚方面考虑，人为的将补强基层厚度设计为 1820 厘米，总体而言造价节约有限。7 加宽部分与补强部分路面结构的配合加宽路面结构的选择取决于补强路面结构的选定。如果旧路采用半刚性基层补强，加宽部分也应采用半刚性基层。如果旧路面补强采用柔性结构，加宽部分宜采用混合式基层，并尽量使黑色结构层在道路全断面上基本等厚。这种方式既不过多增加造价，又有利于下一个维修期的大修方案确定。8 改性沥青的应用目前省内普通公路普遍在上面层采用 SBS 改性沥青，确实对改善路表低温缩裂等方面效果显著，但也存在两方面问题。一是 SBS 价格较高，能兼顾高低

20、温性能，而高温车辙病害原因主要来自于中下面层，故仅为改善路表低温性能时，表面层宜采用价格较低的 SBR 改性沥青。二是改性沥青不可再生，尤其是对现场热再生工艺更不适用，以后的维修只能采用加铺的方式。9 层间连接目前设计、施工部门对层间连接问题均重视不足，加速了路面的早期破坏。面层与面层之间连接的关键是减少层次组合，需要分层时，必须切实做好粘层油。面层与基层的连接，规范规定必须设置透层，部分工程采用稀浆封层代替透层，实际上变成了隔离层，未能达到乳化沥青渗入基层的连接目的。基层与基层的连接应推广采用两层连续摊铺碾压工艺，并通过洒水泥浆等方式加强层间连接。10 中修薄层罩面目前中修工程普遍采用了 3

21、 厘米厚沥青砼薄层罩面的方式，部分工程中修后破坏很快。分析其原因，有关资料表明，在车载作用下，薄层沥青砼底面与下承层之间的水平剪应力很大，只有层厚增至 6 厘米以上时，剪应力才会锐减。由于旧路面污染、粘层油洒布不匀、加铺层与旧路面施工时的巨大温度差、旧路裂缝严重等原因，使加铺薄层未能与旧路面连成整体、共同受力。限于各种原因，必须采用沥青砼薄层罩面的工程，建议采用改性乳化沥青粘层油，并控制路面污染、施工温差等因素。当旧路状况相对较差、裂缝较多时，宜采用旧路表面层现场热再生或热再生后加铺沥青砼的中修方式，以期彻底解决旧路面病害、同时增加整体强度。参考文献1 JTG D502006，公路沥青路面设计规范。2 JTG F402004，公路沥青路面施工技术规范。