浅析沥青路面半刚性基层加铺层的设计

章文峰，罗理云

(江西赣粤高速公路工程有限责任公司)

浅析沥青路面半刚性基层加铺层的设计

章文峰，罗理云

(江西赣粤高速公路工程有限责任公司)

鉴于我国一般采用“强基薄面”的路面结构，因此研究沥青厚度对半刚性基层路面损坏影响十分必要。基于国内外研究现状，首先对有效厚度法、弯沉法、力学经验法3种结构性加铺层设计方法进行了对比。从有效厚度法出发，并借鉴国外的AASHTO方法，提出一种新的沥青路面半刚性基层有效厚度计算法。并按照此方法对工程实例进行计算，将得到的有效加铺厚度与其他几种方法得到的厚度进行对比，发现得到结果与AI法接近，说明本计算方法符合要求。为今后沥青路面半刚性基层加铺层厚度设计提供理论指导。

基层;半刚性;沥青路面;加铺层

1 结构性加铺层设计方法对比

随着沥青路面的使用，其在交通载荷和自然因素作用下就会出现裂缝、表面损坏、变形等病害。当病害达到最大值时，就必须对其进行罩面或者加铺等改建，以提升行车舒适度。当前的加铺层厚度设计主要依赖于工程经验，多数加铺厚度采用的是最小厚度，以保证有效施工。目前，国内设计结构性加铺层主要采用有效厚度法、弯沉法、力学经验等。

有效厚度法是根据各层情况将现有路面厚度折合成有效厚度，加铺层的厚度即为现有厚度与有效厚度之差，但是如果路面已经严重损害并且总寿命有着部分消耗，则有效厚度减薄。利用此方法的有AI和AASHTO等机构。弯沉法是指加铺层必须有足够厚度抵消弯沉值，弯沉值一般是由经验公式计算得出。力学经验法是利用力学模型分析路面半刚性基层内的应力分布，评估出路面状况并得出剩余寿命，在由此确定加铺层厚度，我国规范就参用此方法常超限。这3种计算方法各有优劣，将其对比情况列于表1。

弯沉值的计算方法是

表1 3种加铺层设计方法对比

其中:hi是第i补强层的厚度，cm;Ei为第i补强层的抗压模量，MPa;En－1为与旧路面接触层的抗压模量，MPa。

上述两种方法都需要用到的性能指标是相对弯沉系数，假设竣工后的路面弯沉值为L0，通车后各年的弯沉值Lr与L0的比值即为相对弯沉系数。对工程实例进行分析后得出其相对弯沉系数随时间的变化见图1。

力学经验法的公式为

图1 相对弯沉系数随时间的变化

由图1可知，弯沉系数先增加后降低，因此早期弯沉值并不与损害对应，前两年的弯沉值较大，但是路面损害并不严重。由些弯沉值不严重的路段存在大量坑槽和裂缝，所以弯沉值并不能作为加铺层厚度的唯一参考标准。

2 基于AASHTO方法的有效厚度设计

基于AASHTO设计方法，建立一种新的回弹模量法计算路面加铺层的有效厚度。采用自由度为n－1的t分布进行概率计算，则面层有效厚度

沥青加铺层的有效厚度为

其中:hact为旧路面沥青的厚度，cm;Eact为取芯得到的旧面层的弹性模量，MPa;Enew为新建面层的实际模量，MPa;hf为额定寿命需要的面层厚度。

依据上文理论，当hact=10 cm时，其面层有效厚度随旧路面层实际模量的变化曲线见图2。

图2 有效厚度随实际模量的变化曲线

当Eact=800 MPa时，其面层有效厚度随旧路沥青面层实际厚度的变化曲线见图3。

图3 有效厚度随旧路实际厚度变化曲线

由图2可知，随着旧路沥青面层实际模量的降低，面层有效厚度不断减少，其中Eact=1 600 MPa表示旧路面状态良好，此时的有效厚度刚好为旧路面层实际厚度。由图3可知，当Eact一定时，随着面层实际厚度的增加，有效厚度逐渐降低。

PCI是路面状况指数，评价体系中认为PCI大于90的路面状况指数是优，小于60的路面状况是差。

旧路面沥青面层有效厚度:

本实验路段位于西部地区，该道路路面已经出现破损，表现为车辙、裂缝、松散等。为了消除安全隐患，公路部门已经对该高速公路K1194～K1240合计46 km路段进行路面综合破损情况评价，现需要根据评价结果对路面进行加铺层设计。根据评价结果显示，对该路段影响最大的病害是麻面，占到了86.52%，其次是车辙占5.07%，其余病害所占比例均小于4%。

该旧沥青路面的设计厚度是10 cm，鉴于实际厚度变化较大，因此采用式(3)进行计算，根据对其路面钻芯取样得到的参数为1.644，有这些参数计算出的沥青面层有效厚度为9.641 cm。

但是施工前会对道路进行铣刨处理，因此加铺层实际厚度

其中的h'就是铣刨深度，需要根据不同路段施工情况确定。

将得到的沥青面层有效厚度9.641 cm带入式(6)，并结合评价情况得出，得到的路面加铺厚度应为3.94 cm。图4给出了4种不同方法应用于本工程实例得到的路面加铺厚度。

图4 不同方法结果对比

得到的结果介于AI法与PCI法之间，并且与AI法接近，说明实际加铺层厚度应该为3.0～5.0 cm，得到结果符合规范要求。

3 结语

随着沥青路面的使用，其在交通载荷和自然因素作用下就会出现裂缝、表面损坏、变形等病害。目前，国内设计结构性加铺层主要采用有效厚度法、弯沉法、力学经验等。首先对这3种方法的优劣进行探讨。并基于有效厚度法，充分借鉴国外的AASHTO等方法，提出了一种新的沥青路面半刚性基层有效厚度计算法。并据此对西部某高速公路加铺层厚度进行计算，得到的路面加铺厚度应为3.94 cm，发现得到其与AI法的3.79 cm接近。希望为今后沥青路面半刚性基层加铺层设计提供理论指导。

［1］ 杨振丹.半刚性基层沥青路面加铺层设计方法研究［D］.哈尔滨工业大学，2008.

［2］ 刘玉龙.半刚性基层沥青路面养护评价指标及加铺层设计研究［D］.长安大学，2013.

［3］ 武建民，杜荣耀，王笑风.基于有效模量的沥青路面加铺层设计方法［J］.长安大学学报(自然科学版)，2012，(4):1－6.

U416

C

1008－3383(2015)10－0006－02

2014－09－15

章文峰(1983－)，男，江西南昌人，助理工程师，研究方向:高速公路建设。