旧水泥砼路面沥青加铺层结构优化设计
摘要：通过对佛山市区某城市主干道水泥混凝土路面状况、交通量和承载能力的调查,结合该路路面病害成因的分析,提出适用于一般道路的旧路加铺优化设计原则、具体设计方案。
关健词：路面状况，旧路加铺优化设计
目前,国内对沥青路面上加铺沥青面层已有可依据的规范,本文结合佛山市区某旧水泥混凝土路面改造工程，研究了旧水泥混凝土路面上沥青加铺层的结构优化设计。
一.工程概况
该道路位于佛山市东部,道路全长514km,设计行车速度为60Km/h,现状路宽50m。路段属于东南湿热区（Ⅳ6),该区因春、夏东南风造成梅雨和夏雨,形成明显的不利季节.年降雨2000mm以上，月平均最高气温大于30℃,月平均最低气温大于5℃,日极端最高气温38.7℃旧极端最低气温0℃。年平均气温22℃.年平均降雨量1696.5mm,最大降雨量2864.7mm,最小降雨1113.2mm旧最大降雨量284.9mm.其气候特点：降雨量大、气温高并且高温持续时间长。交通荷载组成特点：通过用轮重仪收集、调查该路的交通量资料，其分析统计结果表明：小于2t的车占70％左右；大于2t的占30%,特别是大于,13t的占轴重调查总数的19％。实际调查交通量为：N＝20154辆／d（双向交通量）。
二．基础资料调查
调查前先进行有关资料的收集：有关路基路面结构设计、施工及质量的资料；有关交通量和交通组成的资料；有关自然环境及路基状况的资料及过去的养护修补情况等。
1.路面破损情况调查按照《水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ073.1-2001)对路段上各种病害进行了调查研究,根据表中各种病害的数量及其严重程度．采用路面状况指数（PCl）和断板率（DBL）两相指标对路面破损状况进行评价。路面状况评价结果为优和良的路段占55%,而评定为中及中以下的路段占45％。根据计算分析,全路段路面状况指数(PCl)为42%,断板率（DBL）为19％。路面状况评定为“次”级,即路面破损已比较严重。
2．路面结构承载能力调查
为了对路面结构的强度和刚度进行了解,对旧水泥砼路面进行静态弯沉测试。目的是确定接缝的传荷能力和板底脱空现象。在调查中，使用BZZ−100标准轴载和贝克曼梁，测定荷载作用下的回弹弯沉值。检测结果表明：旧水泥混凝土路面路段代表弯沉在27.6~185.4μm之间,全线的路面结构强度和刚度及接缝传荷能力变异性大、均匀性差,表明全线现有路面结构出现了大量的板底脱空、错台、面板断裂、接缝损坏和基层松散等病害;各路段车道的板边弯沉差代表值在8.24~228.50μm之间,根据相关规范和经验,弯沉量值大于0.4mm混凝土板应视为板底脱空。这说明沿线接缝存在大量的损坏和板底脱空现象。模量反算结果显示,60％以上路段的面板模量及70％以上的基层模量偏低,表明面板存在较多的破损和病害、板底脱空。
3路面行驶质盆调查
路面行驶质最采用行驶质量指数（RQI）进行评定，根据调查及路面行驶质盘评价标准,该路段平均行驶质量指数为7.985,路面行驶质最评价为“良”。
4．路面抗滑能力调查
本次调查采用摆式仪法评定路面的抗滑能力。调查结果显示：约2/3路段抗滑等级为“良”．其余路段抗滑等级为"中”。
5．路面结构参数调查
采用路面钻芯取样测定路面板厚度和强度等参数,试验结果表明，路面板厚度小于设计厚度的占76.4%,芯样强度大于设计强度的占96.20％。全路段路面强度基本满足要求，但厚度整体偏小。
三.加铺层结构设计的原则
旧水泥混凝土面板在处治后达到规定的接缝弯沉差和基层综合模量的基础上,加铺层结构设计应满足以下要求,以保证加铺层在设计期限内的使用性能。
1抗滑性。特征指标为横向力系数SFC60和构造深度TD。从集料选择和级配组成设计入手,提高面层抗滑性,要求横向力系数和构造深度满足高速公路、一级公路的抗滑指标要求。
2高温稳定性。即具有高的抗车辙能力和抗挤压破坏的能力，不使车辙过深而影响交通安全。考虑到该道路的气候环境，最高气温达到40.16℃,对高温稳定性提出了较高要求,要求采用高粘度沥青、优质矿料的高性能沥青混凝土。特征指标：动稳定度和永久变形。
3.水损害问题。该道路年降雨量达2000mm以上,属于多雨地区。我国沥青路面早期损害的一个重要因素就是水的影响。评价加铺层沥青混合料水稳定性的特征指标有：粘附性、试件冻融前、后的间接抗拉强度比。
4．延缓和减少反射裂缝。实践证明：旧水泥混凝土路面上沥青加铺层产生反射裂缝是无法避免的。为此,在旧水泥混凝土板处治好的基础上,采用优质沥青混合料,并在加铺层结构设计中,采取防裂措施或设置应力吸收层,以减少和延缓反射裂缝的产生.
四.沥青加铺层结构优化
设计根据工程实际,应首先确定沥青加铺层的最小厚度,并以,此来指导道路的纵断面设计。由于该道路地处南方高温、多雨地区，因此，保证沥青混凝土结构层的高温稳定性和水稳定性,减少车辙和水损坏以及防止反射裂缝的发生,是设计中要首要考虑的问题。
1.沥青加铺层最小厚度的确定沥青加铺层厚度确定应考虑以下几个问题:尽管对旧砼板进行了较为全面的处理,但无法对基层、底基层及土基进行处理,不宜按正常新建沥青路面结构厚度进行设计,而应考虑分期修建,加铺层不宜太厚。2.根据佛山的气候条件及交通量实际情况,防止车辙的发生,加铺层不宜太厚.3.根据城市道路改造的性质及沥青硷的施工特点,加铺厚度取大于9cm为宜。
2．沥青加铺层结构设计.
根据该市政道路的投资控制、施工进度、交通组织与交通安全等方面的要求,通过分析与计算,采用的路面加铺层结构设计方案（表1）。
(l）面层沥青混合料类型的选用表面层是车辆直接作用的结构层除了考虑沥青混凝土的结构稳定外还要考虑抗滑、降噪、防止眩光等要求表面层果用SBS改性沥青层AC−13C。粗型级配沥青混合料具有构造深度较深、抗滑性好、降噪效果良、路面水排除快的特点。由于车辙变形主要产生在中面层中面层也宜采用粗型级配混合料，使混合料向骨架密室型级配发展以提高高温稳定性及水稳性。(2）调平层结构类型选择由于路基沉降、路面病害和养护等原因．造成现有路线标高改变根据不同路段纵断面情况进行纵坡设计并确定调平层厚度。为此根据经济合理的原则按照不同路段的平均调平层厚度选取不同的调平层材料。①采用沥青混凝土作为调平层：具有密水性和抗疲劳性能好的优点并且为防水土工布铺设提供较好的施工平台,使土工布具有防水功能的同时起到延缓反射裂缝的作用。适用于调平厚度小于4cm的情况。②采用沥青碎石作为调平层：沥青碎石用沥青材料作为胶结料,提高混合料的强度和稳定性.有助于减轻裂缝向上反射穿透沥青面层。适用于调平厚度小于9cm的情况。③采用贫混凝土作为调平层：贫混凝土具有良好的整体性、足够的力学特性、抗水性，而且强度较高，造价较低，但施工时注意防止收缩裂缝的产生。适用于调平厚度为9~15cm的情况。④采用水泥稳定碎石作为调平层：水泥稳定碎石具有良好的整体性、足够的力学特性、抗水性和耐冻性。适用于调平层厚度大于15cm的情况。
(3)防水夹层材料的选择
根据旧水泥混凝土路面的破损情况,分别考虑在整平层顶面铺设耐高温的漫溃沥青土工布和自粘式玻纤格网,以增强沥青混凝土结构抗反射裂缝的能力。对于旧水泥混凝土整体强度较好的路段,可采用浸溃沥青土工布的防裂措施。对于需起加筋和防反射裂缝双重作用的路段,可采用自粘式玻纤格网的措施。
(4)其它技术要求和措施
(a)各沥青面层之间分别洒粘层油，提高界面粘附能力和减少雨水渗入到路面结构内部。(b)调平层根据纵坡与横坡测量情况决定，分别采用AC−13C,AM−20、贫混凝土、5％水泥稳定碎石，并采用多次调横坡的方式将原1.5％的横坡调整到2.0％。(c）对原有混凝土板面的各种病害需要进行处理,处理方案将根据实际情况予以确定.但原有混凝土板上的板缝必须处理,清除里面的杂物,并用纯沥青填封。此外,混凝土板面上铺设沥青混凝土之前必须洒改性乳化沥青粘层.(d)减少沥青混凝土水损害。①改善路面结构内部的排水、防水条件,分别设置防水层和边缘排水设施。②提高石料和沥青粘附性等级至5级.经检验属于酸性岩石或中性岩石的石料，当石料与沥青和改性沥青的粘附性不满足规定要求时，应采用抗剥离措施以提高石料与沥青的粘附性能。④对密实性沥青混凝土采用双指标控制现场密度。表面层压实度应达到98%,空隙率应小于6%,且大于3%;下面层,调平层及整平层的压实度应达到97%,空隙率应小于7%,且大于3％.(e)提高沥青混凝土高温稳定性:提高混合料石料的技术性能,如针片状含量不大于10%;采用碎石含最较高的沥青混凝土级配;③采用水泥代替矿粉;④尽量少采用天然砂,天然砂含量不大于7％。
五．结语
根据旧水泥混凝土路面上加铺沥青的设计原则，提出了某城市主干道水泥混凝土路面上沥青路面加铺层的设计方案．在满足技术标准下．充分利用旧路资源，降低工程造价，在结构上是可行的，有利于恢复路面的表面性能．