水泥混凝土路面沥青加铺层设计研究

孔庆峰

摘 要 水泥混凝土路面在长时间使用后容易出现裂缝、坑洞、剥落、板角断裂以及拱起等质量病害，可以通过铺设沥青加铺层的方式保证路面保持良好的使用性能。实践证实，在水泥混凝土路面沥青加铺层设计中要结合路面性能进行加铺厚度计算，同时依据实际情况进行设计方法的选择，以有效提升沥青加铺层设计质量。

关键词 水泥混凝土路面；沥青加铺层；设计

作为常用的一种路面修复技术，沥青加铺层在改造破损水泥混凝土路面工程得到广泛应用，具有修复便捷、效率高等优势，如果设计或施工不合理，那么就容易形成反射裂缝等影响路面使用寿命质量的病害。因此，如何才能科学地设计水泥混凝土路面沥青加铺层值得深入探讨。

1 水泥混凝土路面沥青加铺层厚度设计的基本要求

1.1 评定水泥混凝土路面的性能

沥青加铺层设计之前，先仔细地评定水泥混凝土路面的实际性能，这决定是否需要开展改造设计。在实际的性能评定中，评定内容主要包括路面承载性能、抗滑性能、平整度、破损情况以及结构性能（弯沉值、接缝处传荷能力和板底脱空情况）等。比如，其中路面破损评定中，主要是看水泥混凝土路面是否存在裂縫、坑洞或剥落等病害；平整度评定中是借助连续式平整度仪等相关仪器设备进行平整度测量；抗滑性能则是通过调查路面和车轮轮胎之间的摩擦系数；弯沉调查则是调查荷载作用下公路路面的弯沉量；板底脱空则是检测道路板下唧泥或塑性变形的情况。通过对水泥混凝土路面的各种性能进行评定，若发现存在质量问题，再展开沥青加铺层设计工作。

1.2 明确沥青加铺层设计要点

在评定混凝土路面损坏情况以及使用性能后，如果最终评定的等级为中或优良，那么可进行沥青加铺层设计工作。在铺筑沥青加铺层期间，要对出现破碎的面板进行更换，裂缝进行填封和修补，错台进行磨平，将面层表面存在的擦痕、油迹和碎屑等彻底清除，板底存在的脱空部位进行注浆填封处理，同时将接缝部位处已经失效的杂物或填缝料进行剔除，之后即可进行封缝隙。但是最为关键的是做好反射裂缝减缓的设计控制工作，比如可以适当地增加沥青加铺层厚度，同时在其中适当地添加一些土工织物夹层、玻璃纤维格栅和橡胶沥青应力吸收夹层，或者以配沥青碎石作为沥青加铺层下层设计原料等。

1.3 科学设计加铺层厚度

在设计沥青加铺层厚度期间，要基于减缓反射裂缝的设计要求合理确定。对于一级或高速公路，相应的厚度不可小于100mm，其他等级公路的沥青加铺层厚度适宜控制在70mm。旧水泥混凝土板的厚度、基层顶面回弹模量标准值、混凝土弹性模量与弯拉强度标准值等均需要以相应路面的实测值为主[1]。

2 水泥混凝土路面沥青加铺层设计中的常用方法

2.1 弯沉法

根据美国沥青协会的实践研究可知，沥青加铺层出现开裂的重要因素和竖向弯沉值（水平方向）之间具有密切联系，如果水泥混凝土公路路面接缝部位处存在弯沉差值，沥青加铺层也容易出现开裂问题。有关调查结果表明，轮载的作用频率一般要比面板层所对应的位移伸缩速率要高，所以要对公路路面的允许垂直应力及相应的弯沉值进行有效控制。在弯沉法设计沥青加铺层期间，要适当地将公路路面的弯沉量降低，一般按照每1cm厚度的沥青混凝土路面，要相应地降低2%左右沥青加铺层的弯沉量，需确保设计配比的准确性。在相应的弯沉量满足规定设计要求后，为了减少所设计加铺层中可能出现的反射裂缝数量，适当地调整加铺层的厚度值，具体的调整幅度适宜和面层板的水平伸缩幅度保持一致。根据美国沥青协会的研究结果，建议沥青加铺层的最佳厚度为100mm。如果所设计的沥青加铺层厚度>100mm，在设计加铺层期间采取一些减少反射裂缝的措施来确保沥青加铺层设计的质量。

2.2 补足厚度缺额法

自20世纪50年代起，补足厚度缺额法被首次提出，并在沥青加铺层设计中得到了广泛应用，这种加铺层设计方法主要是基于新建水泥混凝土路面，综合考虑原有公路路面的实际使用寿命以及其他对路面使用性能产生影响的因素，结合强化实验路段所获得的观察数据和分析结果，对沥青加铺层厚度进行科学设计，具体的厚度设计计算公式如下：

在计算公式中，指沥青加铺层设计厚度值；，和分别指水泥混凝土路面所需厚度值、实际厚度和实际状况系数；A指混凝土厚度和沥青层厚度的当量转换系数；F指加铺层设置后面板裂缝扩大的发展系数，其会伴随着道路强度以及交通状况而发生改变，具体控制在0.5～1.0范围内。

2.3 经验法

在20世纪50年代初起，欧美国家的一些科研人员通过实践研究，提出了经验法这种路面加铺层设计法。该种沥青加铺层设计方法主要是基于传统加铺层设计方法的基础上，进行了适当调整，相应的设计实用性更强，具体设计中需要对混凝土板处理、厚度计算、可行性研究以及反射裂缝防范措施等进行综合考虑，相应的设计公式为：。公式中的指沥青加铺层设计厚度值；指混凝土路面的有效厚度值；指实际交通需求和地基承载力等条件下混凝土路面所对应的设计厚度值；A指混凝土厚度和沥青层厚度的当量转换系数，是体现混凝土厚度缺额的重要函数体现，具体计算按照以下公式：

随着研究的深入，奥斯丁研究工程师基于力学视角，对经验法进行了研究，具体就是采用静力分析平衡模型对沥青加铺层进行科学设计。力学经验法认为，在温度应力和车辆荷载的共同作用下，旧水泥混凝土板接缝部位处会相应地形成水平/垂直相对位移，以至于使得沥青加铺层中出现了剪应力和拉引力，容易造成加铺层反射裂缝问题。在实际的沥青加铺层设计中，要以水泥混凝土路面上所设置的沥青加铺层底部剪应变和拉应变为主要设计控制指标。通过将该法的应用步骤编程特定的计算机程序，就可以对旧水泥混凝土路面结构的评估，设计变量输入和分析加铺层厚度完成加铺层厚度设计工作[2]。

3 结束语

沥青加铺层是水泥混凝土路面改造中常用的一种施工技术，可以有效改善水泥混凝土路面的使用性能，延长其使用年限。在实际的设计中，需要在严格遵从设计基本要求的基础上，灵活选用经验法和弯沉法等设计方法，可以有效保证沥青加铺层设计工作的质量和效率。

参考文献

[1] 徐凯军.旧水泥混凝土路面加铺层的设计研究[J].交通科技，2016，

（3）：126-128.

[2] 任新涛.旧水泥混凝土路面沥青加铺层[J].沈阳大学学报（自然科学版），2017，29（4）：330-334.