1 加铺层厚度计算方法
(1) 美国沥青学会 (AI) 法。
该方法认为水泥混凝土路面上沥青加铺层开裂的主要原因有水平向温缩和热胀以及水泥混凝土板的垂直弯沉差, 并认为后者的危害更大, 其设计思想是允许垂直应力远小于水平应力, 而且偏于安全的不考虑水泥砼的收缩和膨胀引起的摩阻力。
A I法的设计标准荷载为单轴荷载80kN, 后轴一侧双轮间距50mm, 轮胎压强0.552MPa。按我国的弯沉测试标准 (单轴荷载100kN, 轮胎压强0.7MPa) 进行换算, AI法的弯沉值0.05mm、0.36mm折算成我国的标准弯沉值为0.06mm、0.44mm。
(2) 美国陆军工程师部队 (COE) 的补足厚度缺额法。
美国陆军工程师部队 (COE) 采用补足厚度缺额, 依据强化试验路的观测和分析结果, 于20世纪50年代中期提出了旧水泥混凝土面层上加铺沥青层的经验厚度设计公式如式1-1:
式中:hd为按现有地基承载能力和未来交通要求, 由新建沥青混凝土路面设计方法确定的单层沥青混凝土面层所需厚度 (cm) 。
hex为旧混凝土面层厚度 (cm) 。
F为控制旧面层在加铺后裂缝进一步发展的系数, 随交通和路基强度不同变动于0.6~1.0。
A为控制混凝土厚度与沥青层厚的当量转换系数, A=2.5。
(3) ASSHTO经验法。
ASSHTO罩面设计方法是一种经验法, 它是基于等效结构数来确定沥青罩面层厚度。即如果罩面是为了提高路面的结构性能, 那么所需的罩面层厚度是承受将来交通量需求的结构容量和旧混凝土路面的结构容量的函数。
(4) JTGD50-2006沥青路面设计规范法。
沥青加铺层类型和厚度的设计, 应根据公路等级、交通量、气候条件和投资状况, 结合已有经验确定加铺层厚度。
(1) 沥青面层可由单层或双层组成, 视具体情况增加调平层。C级以上交通的公路加铺沥青层的结构厚度, 一般宜为100mm~180mm, 其他公路宜为70mm~100mm。
(2) 在旧水泥混凝土路面上加铺沥青层时, 宜用热沥青或改性乳化沥青、改性沥青做粘层, 同时为防止渗水、减缓反射裂缝, 加强层间结合, 宜铺设长纤维无纺聚脂类土工布, 或聚合物改性沥青应力吸收膜或设置应力吸收层, 以提高抗疲劳性能。
2 确定沥青加铺层厚度
采用上述五种方法计算得出的旧水泥砼路面上沥青加铺层的厚度。在实际工程中, 可结合考虑车流量, 轴载分析等因素结合本地区的实际情况及以往水泥混凝土加铺改造项目的成功经验确定实际加铺层厚度。
3 加铺层方案比选
综合以上分析, 得出如采用18cm厚度的加铺层方案。可结合实际进行比选。采用18cm的加铺厚度进行了路线纵断面拟合设计, 根据加铺混合料性能提出了三种路面施工方案。
(1) 方案一。
上面层:4cm厚改性沥青玛蹄脂碎石混凝土 (SMA-13) 。
中面层:6cm厚中粒式改性沥青混凝土 (A C-2 0) 。
下面层:8cm厚普通沥青稳定碎石 (ATB-25) 。
旧路面 (原路面修复补强后) 的优缺点如下。
优点: (1) 上面层采用了SMA结构、下面层采用AC型结构, 同时上、中面层均采用了SBS改性沥青, 大大提高了结构的抗车辙变形能力, 抵抗重载及超限运输能力强;同时由于路表面采用了SMA结构, 密水性能好、抗滑能力强, 能有效提高路面抗水损害能力和改善路表服务功能。 (2) 下面层采用了ATB-25结构, 适用于重交通荷载, 粗集料嵌锁成骨架, 细集料填充空隙而构成骨架密实型或骨架空隙型结构, 以抵抗车辆荷载作用下的永久变形。密级配沥青稳定碎石在充分压实后, 对提高路面的疲劳寿命, 减少永久变形, 减少水敏感性, 提高强度和稳定性有利。 (3) 采用8cm的ATB-25作为下面层可以有效防止水泥板的反射裂缝, 而且节省了造价。
缺点:在使用同种沥青的情况下, SMA造价比AC型混合料高约20%。
(2) 方案二。
上面层:4cm厚断级配橡胶沥青混凝土 (A R-A C 1 3) 。
中面层:6cm厚中粒式改性沥青混凝土 (Sup-20) 。
下面层:8cm厚普通沥青稳定碎石 (A T B-2 5) 。
旧路面 (原路面修复补强后) 的优缺点如下。
优点: (1) 下面层采用了ATB-25结构, 适用于重交通荷载, 粗集料嵌锁成骨架, 细集料填充空隙而构成骨架密实型或骨架空隙型结构, 以抵抗车辆荷载作用下的永久变形。密级配沥青稳定碎石在充分压实后, 对提高路面的疲劳寿命, 减少永久变形, 减少水敏感性, 提高强度和稳定性有利。 (2) 在水泥混凝土路面铺设8cm ATB-25, 能有效防治水泥板接缝的反射裂缝。而且比同厚度的沥青混合料的造价要低很多。 (3) 橡胶沥青混合料具有优良的高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害能力, 其抗老化性能和抗疲劳性能更优于其它改性沥青混合料, 同时橡胶沥青弹性恢复能力强, 能有效延缓反射裂缝的发展。 (4) 中面层Superpave20路面能有效提高沥青路面的抗车辙性能, 且不增加工程造价。
缺点:橡胶沥青混合料造价比较高。
(3) 方案三。
上面层:4cm厚断级配橡胶沥青混凝土 (A R-A C 1 3) 。
下面层:6cm厚中粒式改性沥青混凝土 (A C-2 0) 。
下面层:8cm厚普通沥青稳定碎石 (A T B-2 5) 。
旧路面 (原路面修复补强后) 的优缺点如下。
优点: (1) 橡胶沥青混合料及ATB优点如方案二所述。 (2) 6cm的AC-20混合料容易压实, 密水性好, 可以减少雨水进入基层而引起水损害;而且造价比较低。
缺点:橡胶沥青混合料造价比较高。
总之, 旧水泥路面的损坏状况很复杂, 变异性大, 使得加铺层设计需要考虑的影响变量多, 设计参数也难以正确确定;对于在旧水泥混凝土上加铺沥青罩面层, 由于种种技术问题没有解决, 我国目前还没有成熟的设计方法, 但是, 沥青加铺层设计中应考虑的主要因素应该是旧水泥路面结构的强度和反射裂缝的防止。对于同一路段, 用不同的计算方法所得的厚度不尽相同。设计中宜采用不同的方法计算, 对各种结果进行分析比较, 并结合实践经验确定加铺层的最终厚度。
摘要：加铺沥青混凝土面层法, 又称“白+黑”法, 是对原混凝土路面进行一定病害处治后再加铺一定厚度的沥青混凝土面层的改造技术。该方法能较好地改善旧混凝土路面的使用性能, 同时充分利用旧混凝土路面已有的承载能力, 造价低, 施工方便, 而且对交通和环境案的设计、决策提供一些有益的经验和借鉴。
关键词：高速公路,沥青加铺层,结构设计
参考文献
[1] 董萍.高速公路沥青加铺层设计研究[J].民营科技, 2011 (1) .
[2] 陈元水.沥青混合料理论最大相对密度的研究[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2010 (1) .