基于路基路面协调变形的水泥混凝土路面设计探究

郑 琪，尚 恒

(江西省公路科研设计院)



基于路基路面协调变形的水泥混凝土路面设计探究

郑 琪，尚 恒

(江西省公路科研设计院)

结合某道路改建工程实例，就路面协调变形理论在水泥混凝土路面设计中的应用策略进行了阐述，并结合工程实际条件提出了路面设计方案。

路面协调变形；水泥混凝土路面；路面设计

1 项目概况

某道路改建工程原道路等级及技术标准如下：道路等级：一级公路；设计行车速度：60 km/h；道路宽度：22 m (不包括土路肩宽度)；路面类型：水泥混凝土路面，路面标准轴载BZZ-100；车辆荷载：公路-I级；地震烈度：基本烈度为7°。

该道路改造范围内老路填土均较低，路面基本平齐两侧地物。原有道路路基填料(路面以下120 cm范围)主要以低液限粘土为主。路基长期受大气、降水及毛细水上升的影响，路基土为潮湿或过湿状态。且本工程由于建成年限相对较长，道路总体路面状况一般，现状路面处于加速破坏的阶段，随着交通量的迅猛发展，局部路段的路面服务水平已经衰减，现有道路破损有加快趋势，矫正性处治及常规养护已跟不上病害发展的速度，路面的整体使用性能大幅下降。综上所述，老路整体现状很不适应它在路网中的功能、地位，急需改造。经过前期勘察和交通量预测工作，初步确定老路面板破碎作为新建路面的基层，破碎方式采用多锤头碎石化(MHB)。下文将主要对道路路面结构设计的思路与方法进行介绍。

2 路面协调变形理论在水泥混凝土路面设计中的应用

2.1 水泥处治土回弹模量试验

本次设计中为了获得最佳水泥处治剂量，开展了水泥处治土回弹模量试验，经分析可得，采用承载板法对水泥处治路基土的回弹模量进行测定，压实度为96%，含水量达到最佳含水量时，水泥处治土回弹模量随着水泥含量增大而增大。

2.2 三维路基路面分析模型

接缝的存在在一定程度上破坏了水泥混凝土路面的整体性，考虑到非对称结构问题本研究采用三维有限元方法进行分析。经过计算，在路面板四周边界、基层和路基侧面以及路基底面设置法向位移约束。这表明在分析过程中可忽略接缝传荷能力，仅针对单板模型进行计算和分析。

2.3 不同轴型轴载路基路面结构分析

分析单轴不同轴载作用下路基变形、应力沿深度方向的分布规律为：当1/n=0.1时，不同轴载下路基工作区深度为2.1～4.3 m；当1/n=0.2 时，不同轴载下路基工作区深度为0.8～2.3 m。与此同时，路基浅层荷载盈利的变化速率较大，在0～0.8 m范围内衰减约为75%，在0～1.5 m范围内衰减约为80%。同时，随着深度的不断增加，荷载应力迅速衰减。路基顶变形介于85.9-188.0×10 mm，且路基竖向变形随深度的增加而迅速变小。通过计算可以看出，路基模量对路基、路面的结构影响均十分显著，实际施工中，应对各个改造路段的路基采取针对性的改善对策，为了兼顾经济性和技术性，将处置土回弹模量的建议值确定为65 MPa。

3 路面设计方案

在确立路面回弹模量的基础上，本工程采用圆柱体试件测定抗压回弹模量和劈裂强度来确定路面结构参数。沥青混凝土在弯沉指标计算中用20 ℃抗压模量，底层拉应力计算时采用15 ℃抗压模量，允许拉应力计算时采用15 ℃劈裂强度。根据交通部《沥青路面设计指标与参数的研究总报告》，参照室内混合料实验结果，结合国内已建成路面调查情况，确定各层材料设计参数见表1。

表1 路面结构设计参数

注：上、中面层采用SBS改性

路面设计弯沉值：道路分类系数：1.1；面层类型系数：1；路面结构类型系数：1.6。

路面设计弯沉值: 36.5(0.01 mm)

沥青加铺层计算厚度：根据上述“交通量和轴载分析”，路面各层层底拉应力验算及层顶弯沉控制指标利用交通部推荐专用计算程序HPDS计算，路面结构系数取1.6(柔性基层沥青路面)，经计算得沥青加铺层厚度为19 cm时满足要求。

根据以上计算结果，并结合国内的经验、我省现有几条高速公路改建项目的成功经验，确定路面加铺厚度为19～23 cm，其结构层为：4 cmAC-13 (SBS改性) +6 cm AC-20 (SBS改性)+6～10 cm AC-25+3 cm AC-10 。

验收弯沉值：经计算确定各层验收弯沉值(综合影响系数1.25)，见表2所示。

表2 冲压路段各层顶面验收弯沉计算结果

4 总 结

综上所述，在本次道路改造工程中，采用路面协调变形理论对路面回弹模量进行了设计，并借鉴和参考国内已建成的路面结构参数，确立了本道路的路面结构类型及相应的技术参数。通过本次实践可以看出，路面协调变形理论在路面回弹模量的测定与确立过程中有着重要的作用，对于提高路面设计质量有着重要的意义，在今后的水泥混凝土路面设计过程中应积极引用该理论及其相应的原理与方法。

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2015-03-11

郑琪(1988-)，助理工程师，研究方向：公路路基路面设计。

U415.1

C

1008-3383(2015)12-0070-01