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關鍵詞:高速公路;路面;分期修建;結構;技術
1影響高速公路路面分期修建方案的關鍵因素
路面分期修建是相對于一次性修建而言的。分期修建路面結構各層次(包括面層、基層、底基層)的材料和厚度與一次性修建方案原則上應基本相同,只是將路面上面層或中面層以上部分作為二期工程,在過渡期后鋪筑。
1.1影響一期路面結構的主要因素
一期工程的路面面層應較薄,也稱"過渡期路面"。在確定一期路面結構時,應考慮以下因素:
(1)地基沉降量。過渡期內沉降量的大小是決定過渡期路面結構的根本因素。若沉降量較小,可以選用接近使用年限的路面結構;相反,選用滿足過渡期內累計當量軸次的路面結構即可。(2)近期累計交通量。近期累計交通量是指過渡期年限內路面將要承受的標準軸載累計作用次數。一期路面結構應按近期累計交通量進行設計和驗算。過渡期的時間范圍選擇3~7年較為合適,小于3年就沒有實際意義了,大于7年則可能導致一期路面投資過大。(3)路面結構層的最小厚度。路面結構層的最小厚度是指各結構層的設計最小厚度和施工厚度。二期修建時,在不挖除原有路面結構厚度或僅挖除過渡路面面層的情況下,各結構層的厚度應滿足其最小厚度的要求。
1.2二期路面鋪筑時間的確定
路面分期修建方案中,二期路面鋪筑時間的確定是一個技術經濟問題,不僅要考慮路面結構的壽命、路面的使用性能、地基沉降等因素,同時也應考慮經濟效益。
具體方法如下:(1)確定一期實施的路面結構,計算使用年限(用I表示)。根據設計預測交通量和一期實施的路面結構,確定一期實施的路面結構或原設計路面結構的中下面層的最大使用年限,此理論計算使用年限可作為二期路面實施的最終期限,即二期路面的實施必須在一期實施的路面結構最大使用年限之前完成。(2)根據實際運營交通量確定二期路面需要實施的時間。一期工程竣工通車后,根據交通量觀測結果,計算出通車年限內的累計交通量N,自運營第二年起,將實際運營交通量N與設計預測交通量Ni(第Ii年末)進行比較,若N<Ni,則不需計算;若N>Ni,則應計算累計當量軸次,并根據一期實施的路面結構,計算實際路面結構參數,確定是否實施二期工程,若滿足路面設計指標要求,可繼續使用,否則應立即實施二期工程。(3)按地基等載預壓固結理論計算沉降時間Ij。一般Ij應小于Ii與I的較小值。否則,在工程實施時,應考慮地基加固處理。二期工程實施的最佳時間It為:
Ij<It<min(Ii,I)
若Ij>min(Ii,I),則應根據固結理論計算沉降時間,反算一期實施的路面厚度,確保在路基固結完成前,路面具有足夠的強度和良好的服務性能。
2高速公路路面分期修建關鍵技術與措施
2.1分期修建方案的路面設計標高問題
分期修建方案要求橋梁、涵洞等主線構造物按第一期路面竣工時的標高控制。二期路面修建時,通過局部的縱坡調整,使二期主線路面標高與主線橋梁標高連接平順。跨主線的天橋、分離式立交等則必須按二期路面竣工時的標高進行控制。過渡期內地基發生固結沉降,可通過調平層進行調平,以保證二期面層竣工時能夠達到設計標高。
2.2路面層間處理
一期和二期路面層間的結合問題是保證二期工程實施效果的關鍵,處理的好壞直接關系到二期工程的成敗,處理措施如下:
(1)原路面面層設計厚度在15cm以上時,在保證抗滑表層厚度的前提下,一期實施的面層厚度建議控制在10cm以上,以滿足現行規范要求的高速公路瀝青混凝土路面面層最小厚度要求。(2)保證中面層的平整度至關重要。當瀝青混凝土路面為三層時,基層的平整度對面層影響相對較小,但分期實施時基層的平整度對面層平整度指標的影響相對較大。因此,采用分期實施時必須加強包括路基、底基層、基層等在內的各結構層的平整度、壓實度指標控制,以確保一期工程具有良好的服務性能。(3)二期路面面層與一期路面的層間結合的處理極為重要。設計時需根據一期路面病害情況及其原因進行相應進行如下處理措施:
①標線清除:原路面標線如采用熱熔型反光標線,應采用小型標線銑刨機對原標線進行徹底的清理;
②路面污染的處理:在二期工程施工前,應對原路面進行徹底的清掃和沖刷,施工前再用大型吹風機械清理路面縫隙中的雜物;
③壓漿孔的處理:在過渡期或二期工程水泥灌漿施工中,對灌漿孔要單獨處理,以保證路面質量;
④灑布粘層油:為使新老路面更好地結合,應在層間灑布粘層瀝青。
2.3補強層的設置條件與材料
若出現交通量增長特別快等意外情況,在二期路面設計驗算時,一期路面結構層的強度不足,則要考慮設置一層補強層。對于原有水泥混凝土路面,補強層材料有鋼纖維混凝土、連續配筋水泥混凝土(CRCP)以及素混凝土可供選擇,補強層厚度應通過計算確定。
2.4防止反射裂縫的技術措施
鋪筑瀝青混凝土路面必須考慮防止反射裂縫的技術措施,防反射裂縫的方法主要有三種:改善加鋪層材料和增加加鋪層厚度、設置夾層和瀝青加鋪層上鋸切橫縫。
增加加鋪層厚度使裂縫要經過較長時間才能到達加鋪層表面,同時減小了溫度對舊面板的影響。研究資料表明,瀝青混凝土的厚度與防止反射裂縫能力成正比關系,單層改性瀝青混凝土的裂縫率較兩層改性瀝青混凝土高。
設置中間應力吸收層。目前采用較多的材料有土工織物夾層和格柵夾層。利用土工格柵或玻纖格柵做應力吸收層主要是利用其高抗拉強度和彈性模量高的特點,格柵的主要作用為均勻傳遞荷載,分散反射裂縫的應力,同時增強瀝青混合料的整體抗拉強度。但土工格柵的高溫穩定性稍差,施工難度大。
瀝青加鋪層上鋸切橫縫或設置毛勒縫作為一種補充方式,可在橋梁伸縮縫、變坡點和長距離分斷處局部采用。
2.5排水系統的合理設置與銜接
按照“上封下排”的原則設置排水系統。充分利用原有的排水設施,對局部破壞而造成路基積水的地方,增設盲溝排出路基積水;對于路基已穩定的路段,可以采用漫流的形式排出路面雨水,不破壞原有穩定的植被;對于因沉降量較大,路面結構層形成反坡,結構層內的水不能匯入原有盲溝排出,聚集在基層或底基層,導致基層或底基層的強度降低的情況,過渡期內預測沉降量較大時,路面結構需采用水穩性較好的基層或底基層,同時路面基層底部設置縱橫向盲溝排除路面結構內部水。路肩部分亦要沿路面結構外側設置縱向邊緣排水系統。
2.6中央分隔帶設置
中央分隔帶設置最終應滿足一次性修建成路面的使用性能。二期路面設計時應結合原有設計,確保原設置的中央分隔帶縱橫向排水系統與超高路段排水系統安全暢通。中央分隔帶開口部位的路面結構宜采用與主線路面相同的結構。
2.7.構造物
高速公路路面分期修建時,橋梁、涵洞、通道、交叉工程等不宜分期修建,應按二期路面鋪筑后的恒載狀況,一次設計到位,并一次修建完成。
3高速公路路面分期修建關鍵技術結構設計
3.1瀝青鋪面設計(1)設計步驟。
①根據設計任務書的要求,確定路面等級和面層類型,計算設計年限內一個車道的累計當量軸次和設計彎沉值;②按路基土類與干濕類型,將路基劃分為若干個路段,確定各路段土基回彈模量值;③參考推薦結構,擬定幾種可能的路面結構組合與厚度方案,根據選用的材料進行配合比試驗,測定各結構層材料的抗壓回彈模量、抗拉強度,確定各結構層材料設計參數;④根據設計彎沉值計算路面厚度;⑤進行技術經濟比較,確定新建高速公路采用的路面結構方案。
(2)驗算一期路面的結構設計是否滿足設計要求。
驗算一期路面的結構設計,即按照新建公路的設計步驟,驗算擬建的一期路面結構方案是否滿足在過渡期年限內累計當量軸次作用下的結構強度要求。如果擬建的一期路面結構方案滿足設計要求,可以確定為一期路面的結構方案。
(3)一期路面結構驗算。
一期路面結構的設計應充分為最終路面結構設計利用,因此,一期路面結構的設計應利用最終路面結構的底基層和基層作為其底基層和基層,其上修建一層至兩層較薄的瀝青混凝土或瀝青混合料的過渡期面層。過渡期路面結構應滿足過渡期內累計當量軸次的要求,即路面結構厚度應保證路表彎沉和瀝青及半剛性層拉應力能夠滿足過渡期內相應指標的要求,即:
ls1≤ld1
σm1≤σR1
式中:ls1,ld1,σm1,σR1分別為一期路面驗算時,過渡期路面的實際彎沉值(0.01mm)、路面設計彎沉值(0.01mm)、層底最大拉應力(MPa)、路面結構材料的容許拉應力(MPa)。ls1,ld1,σm1,σR1的計算方法與ls,ld,σm,σR一致。
3.2混凝土鋪面設計
(1)設計步驟。①收集交通資料,包括初始年日平均交通量和交通組成,方向分配系數和車道分布系數,交通量的年平均增長率;②計算設計車道使用年限內的標準軸載累計作用次數Ne;③初擬路面結構,包括路基類型和土質、墊層類型和厚度、基層類型和厚度、面板初估厚度和平面尺寸;④設計混凝土混合料組成,并確定混凝土的設計彎拉強度fcm和彈性模量Ec;⑤確定基層頂面計算回彈模量Etc;⑥計算荷載疲勞應力σ和溫度疲勞應力σt;⑦檢驗是否滿足下列要求:0.95fcm≤σp+σt≤1.03fcm。⑧對多個方案進行技術經濟比較,確定新建高速公路采用的水泥混凝土路面結構方案。
(2)驗算一期路面的結構設計是否滿足設計要求。驗算一期路面的結構設計,即按照新建公路的設計步驟,計算擬建的一期路面結構方案是否滿足過渡期年限內結構承載能力要求。如果擬建的一期路面結構方案滿足設計要求,可以確定為一期路面結構設計方案。設計時應擬定多個設計方案,并進行技術經濟比較,選用較優的設計方案。
(3)一期路面結構方案及驗算。①將新建路面結構的面層去掉,在基層上適當加鋪一定厚度的瀝青面層,擬定一期路面結構方案:
②一期路面的驗算與瀝青鋪面設計的一期路面的驗算方法相同;
③二期路面設計可參考《公路水泥混凝土路面設計規范》(JTGD40-2002)。
參考文獻:
關鍵詞:水泥砼路面;裂縫問題;技術分析
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.073
0 引言
水泥砼路面是現代路面施工中常用的方法,水泥砼路面以混凝土為路面面層的主要材料,是一種優質耐用的高級路面。水泥砼路面由墊層、基層和面層構成,由于水泥在凝固時會受溫度和其他因素影響產生收縮,造成混凝土面層開裂,因此在水泥砼路面施工中一定要注意對路面裂縫進行有效控制,保證水泥砼路面的施工質量并提高混凝土路面的使用壽命。
1 路面裂縫的成因
(1)路面厚度無法達到承載要求。混凝土路面作為高級路面的一種,由于受混凝土材料及路面使用情況的影響,有一定的使用壽命。在進行混凝土路面設計時,必須按照混凝土路面的建設要求進行合理的路面厚度設計,以保證混凝土路面的軸載符合公路運營要求。一旦混凝土路面厚度無法達到要求,混凝土路面投入使用后極容易由于路面實際承受的當量軸次數大于為其設計依據設計年限內的累計當量軸詞,導致新建路面出現過早開裂,加大保養和維護成本。
(2)基層強度和穩定性不達標。混凝土路面作為剛性路面的一種,對基層的強度和穩定性有較高的要求。如果水泥砼路面基層穩定性和強度不達標,將會導致混凝土路面面層在車載和溫度翹曲應力的作用下,由于部分位置應力集中導致薄弱面層開裂。有些水泥砼路面在施工時由于基層施工時對標高控制不嚴,導致需要多次補加基層,由于后補基層與下層基層無法緊密連接,也容易導致基層松散,從而引起路面開裂。
(3)路面窨井及管線影響。水泥砼路面作為一種高級路面,在城市內道路建設中比較常見,由于城市內道路鋪設涉及的窨井和管線項目較多,如果在工程施工時沒有做好窨井和管線的處理,將會導致路面開裂。比如在路面壓實過程中,由于為了避免損壞窨井,窨井周圍壓實工作很容易出現問題,留下路面開裂的隱患。如果施工時對路面下的管線處理不當,導致后期管線漏水,也會由于水流的沖擊導致基層被破壞,引起路面開裂。
(4)混凝土質量的影響。水泥砼路面是以混凝土為主要面層原料鋪設的,因此混凝土質量將會直接影響路面的質量和使用壽命。如果在施工時選擇不同標號及品種的水泥,則會導致混凝土硬化時間和收縮量不同,形成裂縫。同時,如果混凝土的集料質量、叫板質量、振搗質量和養護強度也會直接影響水泥砼路面是否會出現后期裂縫。
(5)橫向縮縫質量的影響。水泥砼路面在施工時,為了避免收縮應力應力和撓曲應力導致路面開裂,必須設置橫向伸縮縫。如果橫向伸縮縫的施工質量不達標,極易引發路面開裂。在橫向縮縫切割時,一定要保證切割時間、切割深度符合混凝土路面設計要求,切割伸縮縫時要保證氣候溫度相對恒定,切割深度以達到板間傳荷能力為好。另外要注意做好對接縫料的處理,避免由于接縫料導致混凝土板出現問題形成裂縫。
2 水泥砼路面裂縫控制
(1)完善道路施工設計方案。水泥砼路面厚度、基層強度、窨井及管線、混凝土質量等都與道路施工設計有直接關聯,在進行水泥砼路面設計時,一定要根據路面的使用要求以及當地的氣候特征,做好水泥砼路面厚度、基層強度的設計,并合理布置窨井和管線的路徑,保證窨井和管線的施工質量。除此之外還要對混凝土配比進行合理設計,不僅要進行實驗室的混凝土配比實驗,還要到現場環境中進行系統性實驗,保證混凝土質量符合要求。
(2)做好橫向與縱向伸縮縫的施工設計。水泥砼路面在施工時需要根據混凝土的特點和路面使用要求設計橫向和縱向伸縮縫。在設置縱伸縮縫時,一般會用螺紋鋼筋作為相鄰混凝土板塊的連接,以保證水泥砼路面的整體性。縱向施工縫的拉桿設置有三種方法,一種是在模板上設孔, 立模后在澆筑混凝土之前將拉桿穿在孔內。第二種是把拉桿彎成直角形, 立模后用鐵絲將其一半綁在模板上, 另一半澆筑在混凝土內, 拆模后將露出在已澆筑混凝土側面上的拉桿彎直。第三種方式是采用帶螺栓的拉桿, 一半拉桿用支架陡在基層上, 拆模后另一半帶螺栓接頭的拉桿同埋在已澆筑混凝土內的半根拉桿相接。
水泥砼路面施工時需要處理的橫向伸縮縫有縮縫、脹縫和施工縫三種。縮縫可以在混凝土凝結后切割,或在混凝土鋪筑時壓縫修筑。脹縫施工時應與路中心線垂直,保證縫壁垂直和縫隙寬度一致。施工縫多設置與脹縫或縮縫處,在進行施工縫設置時,要注意不能將多車道的施工縫設置于同一橫斷面上。
(3)接縫填封。水泥砼路面的縱縫和橫縫在混凝土板養護期滿后必須進行填封,以保證混凝土路面的整體性和平整性。進行混凝土路面接縫填封時,要做好縫內的清潔,避免縫隙內存在雜物。水泥砼路面接縫填封可以選擇灌入式填充。灌入式填封施工時必須保證縫槽干燥,關注深度3~4cm即可,灌注高度應該根據環境溫度進行合理的設計,以保證填封料膨脹后能夠與版面平齊。灌入式填封的填縫料養生冬天一般為24h,夏天為12h。
(4)水泥混凝土路面的養護管理。水泥砼路面養護的重點是對接縫的養護,在水泥砼路面施工時,要根據不同的季節溫度采取不同的接縫養護措施。對接縫處及時的進行填充料鏟除或填充,保證接縫完好表面平順。如果施工現場氣溫變化較大,產生了接縫擴大的現象,要及時的將接縫填滿,避免雨水侵入基層,造成基層損壞,形成裂縫。在對水泥砼路面進行養護施工時,要尤其注意保證接縫的清潔,避免砂石或其他異物嵌入縫內,影響板塊伸縮。在公路后期養護中,也要做好水泥砼路面的接縫管理和養護,如果接縫材料由于老化失去彈性和粘性,應進行及時的更換,以保證混凝土塊的自然收縮不會造成開裂。當水泥砼路面面板出現脫空現象時,要及時處理。在處理時可以采用板底灌漿等方法,避免路面病害擴大。
綜上所述,水泥砼路面裂縫問題作為水泥砼路面使用時的常見病害,其直接影響著水泥砼路面的質量和使用壽命。為了避免水泥砼路面開裂,一定要在水泥砼路面施工時做好工程設計,并按照設計要求科學施工,以保證各項施工都能達到技術要求,提高水泥砼路面的施工質量,避免路面出現裂縫。
參考文獻:
關鍵詞:高速公路;瀝青路面;結構設計;存在問題
瀝青公路具有耐壓強度大、力學性質好等特點,已經成功應用到我國公路建設中,對我國公路工程的建設和發展帶來了巨大效益。但是由于結構設計不合理,導致瀝青路面受到了較大影響,縮短了使用年限。因此必須加強結構設計研究,滿足瀝青路面要求。
一、高速公路路面結構設計遵循的原則
結合高速公路路面結構設計特點,實際設計中必須遵循以下原則。第一,具有較高的承載力。高速公路上行駛的車輛數量多,而且速度較快,要求公路必須具有較高承載力,滿足安全行車需求。因此設計路面結構時,必須結合材料特點及負荷變化等規范操作。第二,滿足穩定性與耐久性要求。由于區域情況差異較大,導致高速公路的自然環境也有所不同,因此必須結合氣候環境等特點,選擇材料或路面結構,主要目的是減少病害發生。例如在氣溫較低的地區,為了避免基層遇冷形成干裂縫,要求必須控制好瀝青面層材料及厚度;雨水較多或潮濕地區,要求做好車轍防范工作,結合地區環境特點靈活選擇。第三,選擇經濟方案。我國高速公路建設耗資較多,要求在技術合理的技術上選擇經濟方案。
二、做好高速公路結構層設計
(一)結構層組合設計
目前結構層組合主要由基層+瀝青路面;剛性基層+瀝青路面;全厚式瀝青路面;混合式瀝青路面組成,其中半剛性+瀝青路面結構應用的較多,路面承載層主要是半剛性基層,此種組合最顯著的特點就是造價較低。剛性基層+瀝青路面主要應用混凝土操作,提升了路面承載力,但受混凝土自身性質影響,容易出現開裂問題,養護難度較大,而且耗費了較多成本。全厚式瀝青基層與面層使用瀝青穩定材料,具有粘彈性,容易發生塑性變形,成本投入高,但使用壽命較長,而且維修簡單。混合式瀝青路面主要將瀝青鋪設在半剛性基層與瀝青面層中,降低了路基損害,而且控制了輻射式裂縫。
(二)選擇結構層材料
墊層、面層與基層材料較重要。一般在地下水位較高或排水不佳等位置,要求設置墊層,主要應用碎石、礦渣等鋪設,滿足透水性要求,而且要控制好墊層與路基寬度,促進排水工作的進行。現階段,我國高速公路設計中依然存在嚴重的強基薄面思想,要求承載層負荷必須在耐壓、耐久與抗水等方面滿足要求,基層材料主要由柔性基層、穩定類基層與復合式基層等組成,其中水泥穩定碎石基層應用的較多。設計面層時,要求高速公路進行三層式設計,合理選擇穩定材料厚度與類型,上層做好路面抗滑與抗裂等設計;中層選擇強度較大及具有抗變形的瀝青材料;底層選擇耐久性較好的材料,避免發生開裂。表1給出了多誰是瀝青混凝土礦料級配范圍。
(三)結構層厚度設計
我國公路路面使用的材料主要是瀝青類材料,進行高速公路路面結構設計時,可利用控制路表回彈彎沉值及瀝青面層與基層的拉應力方式提高路面承載力。本次研究的高速公路地多雨潮濕,目前交通部門進行路面結構研究時,充分應用了并參考了國內外研究成果,同時提出了新型組合式瀝青混凝土路面與結構設計。新型路面結構設置為如下:路床、30厘米厚水泥穩定碎石底基層、16厘米厚級配碎石基層、粘層、16厘米厚后瀝青穩定碎石ATB-25、6厘米厚AC-20C中粒式瀝青砼中面層、4厘米厚瀝青砼抗滑層AC-13C。
三、瀝青路面防水設計
瀝青路面經常會受雨水影響出現損壞,因此必須加強路基路面強度與穩定性控制,做好排水設計。從排水設計類型上分析,主要由路表排水與路面排水組成,具體分析如下。
(一)防水設計
進行瀝青路面結構層設計時,一般將第一層看作透水層,如果不考慮此層狀況,要求另設防水層防水。
(二)排水層設計
理論上路面結構層會順著基層表面流向低位置,底層主要設置了空隙率較大的瀝青碎石,主要目的是給水提供通道,加快水排放。但是從實際情況來看,即使集成路面強度得到保證,或者界面較干凈,也不能避免負荷壓力引起面層水外排放。因此必須從以下三方面分析:一方面,將一層瀝青薄膜設置在基層表面,密封基層,避免水沖刷,同時給水提供光滑的通道;另一方面,高速公路設置有高速分離帶,應該設置縱向排水溝,不僅要排出路表水,而且促進下滲水的排出。最后一方面,軟土地基在長期應用后,路基沉降影響,道路路面橫坡度不斷降低,因此必須設置路面橫坡值,盡量高處預拱度,保證水順著橫坡基層順利排出。
路基強度與穩定已經成為影響高速公路路面使用質量的主要因素,為了延長高速公路使用年限,提高路面穩定相,要求必須做好結構設計,主要從結構材料選擇及結構厚度控制兩方面進行分析,認真做好防水。同時還要對路面結構設計中存在的問題進行歸類分析,并針對性解決。此外,還要加強公路養護,延長瀝青路面的使用壽命。
作者:張桂玲 單位:濟寧市公路勘測設計研究院
參考文獻:
[1]黎振賢.關于高速公路瀝青路面若干問題的探討[J].科學時代,2014,(03).
關鍵詞:瀝青路面 結構層材料 設計
Abstract: according to the domestic and foreign existing design system of the asphalt pavement, in the current design method and pavement problems in the practice, the author combined with years experience, and separately from mechanics, design idea, factors and life cycle, etc, the paper puts forward some Suggestions of the asphalt pavement design in our country.
Key words: the asphalt pavement structure layer material design
中圖分類號:U416.217文獻標識碼:A文章編號:
隨著近年來汽車量的不斷增加,交通負荷也不斷加重,長壽命的瀝青路面設計方法在我國使用長壽路面尤為重要。在瀝青路面結構發展的過程中,新結構的出現總是對應于設計方法的發展。縱觀世界各國瀝青路面設計狀況,大多依據對瀝青路面結構行為的認識與經濟發展水平制定出了相應的設計方法。長壽命瀝青路面的概念最早起源于歐洲.隨后,在美國得到了進一步的發展,借鑒國外長壽命路面實踐經驗,來研究分析國內高級公路長壽命瀝青路面結構設計的影響因素。
1、瀝青路面結構要求
國外20世紀60年代以來修建了大量全厚式瀝青混凝土路面和深層高強瀝青混凝土路面,其中設計、施工良好的路面表現了很好的性能,提供了良好的長期服務性能。全厚式瀝青混凝土路面是指瀝青混凝土路面層直接鋪筑在處治的或未處治的土基上,深層高強瀝青混凝土路面則直接鋪筑在粒料基層上。這類路面的特點是路面的總厚度小于傳統上采用的瀝青混凝土面層較薄的路面結構的厚度,基本上消除了傳統上普遍存在的疲勞損壞,路面的損壞只發生在路面的表層。以此為基礎,提出了長壽命的概念。
目前對于長壽命路面的設計壽命,國內外還沒有形成統一的標準。各國對長壽命路面的壽命期望值為35~60年。根據美國瀝青路面協會定義,長壽命路面是指設計使用年限達50年的瀝青路面,在設計使用年限內無結構性的修復和重建,僅需根據表面層損壞狀況進行周期性的修復。可見,長壽命路面結構的設計壽命達到40年以上,在設計壽命期間不發生結構性破壞,路面的損壞只發生在表面功能層,不需要進行結構性大修。因此,進行長壽命路面結構設計時應滿足:
(1)較高的路基穩定性。在設計時應盡可能地提高路基的承載能力,在環境和荷載作用下產生盡可能小的不均勻變形,從而為路面結構層提供長期穩定均勻的支撐。
(2)良好的材料性能。長壽命路面結構的面層材料首先應具有較高的強度、溫度和水穩定性,以抵抗大規模車輛荷載的重復作用引起的車轍,同時避免水損壞,確保行車的安全性。長壽命路面結構對主要承重層材料的要求也很高,以確保結構層在使用壽命期內不發生疲勞破壞。半剛性材料、碾壓混凝土以及柔性基層原則上可用于長壽命瀝青路面的基墊層。
(3)合理的路面結構設計。長壽命路面結構設計時就要考慮路面各結構層的功能,充分發揮其整體性能,避免在長壽命期內發生早期性損壞。
(4)一定的結構層厚度。路面結構層厚度一直是長壽命路面結構設計時所關心的問題。實現路面使用的長壽命,只有結構層有足夠的厚度,才能實現路面只有表層損壞,維修只需銑刨表面層,再重新加鋪罩面,就能保證路面長時間地使用下去。
(5)較低的層底應力。長壽命路面結構設計保證不出現結構性損壞的關鍵就是控制結構層底的拉應力,以防止出現一次性破壞和疲勞開裂現象的發生,保證路面結構具有較長的使用壽命。
(6)與排水相結合。水是造成路面破壞的重要原因之一,在長壽命路面結構設計時,要與排水設計相結合,盡量做到防排相結合。典型長壽命路面結構設計要求(圖 1),由于輪載100~150mm區域是高受力區域,也是各種損壞(主要是輪轍)的發生區域,面層應為 40~75mm厚的高質量瀝青混凝土,需為車輛提供良好的行駛界面,應具有足夠的表面構造深度、抗車轍、水穩定性好的特點;中間層應為 100~175mm 厚的高模量抗車轍瀝青混凝土,起到連接和擴散荷載的作用,應具有高模量、抗車轍的特點;基層應為75~100mm厚的高柔性抗疲勞瀝青混凝土,起到消除疲勞破壞的作用,應具備高柔性、抗疲勞、水穩定性好的特點;最大拉應變產生在基層底部,該區域最易發生疲勞破壞,該區域的彎拉應變,對于控制瀝青混凝土層自下而上的疲勞開裂,防止路面過早出現結構性損壞具有特別重要的意義;路面基礎不僅為瀝青面層的鋪筑提供良好的界面,而且對于路面的變形、抗凍都是至關重要的。
圖1典型長壽命瀝青路面結構設計要求
2、長壽命瀝青路面的結構設計
2.1長壽面瀝青路面結構
國外已積累了豐富的資料和經驗。長壽命瀝青路面的典型結構(表1)。長壽命瀝青路面結構結構性破壞原因主要是在重復荷載作用下,結構層疲勞開裂所導致的貫穿整個結構層的裂縫;在重復荷載作用下,路基頂面產生不可恢復的壓應變所導致的路面結構層永久性變形。路面結構設計指標為:
(1)瀝青層底的彎拉應變應小于疲勞極限,目前大部分人認為長壽命瀝青路面瀝青混合料層層底的彎拉應變應不高于60~70με,瀝青層底的彎拉應變小于該值時,路面結構可以經受設計年限內的軸載作用次。在長壽命瀝青路面結構設計時,應驗算瀝青層層底彎拉應變是否滿足瀝青層對疲勞極限的要求。
(2)路基頂面容許壓應變。目前大部分人認為路基頂面容許壓應變不超過200με。路基土垂直壓應變應小于容許壓應變時,在設計年限內路面結構不會出現結構性車轍破壞,會達到長壽命的要求。
2.2瀝青路面結構設計時各結構層材料的相應要求。
(1)路基。高強、穩定和均勻的路基對長壽命路面極為重要。英國TRL規定路基頂面的模量要求不小于40M Pa,基層頂面的模量要求不小于65MPa。德國交通部認為路基頂面模量值應不小于48M Pa。下基層頂面模量值對輕交通應不小于120MPa,對重交通為應不小于180MPa。法國對修筑路基有強制性的規范。路基在軸載為13t 的荷載作用下變形小于2mm 或承載板試驗所得模量值大于50M Pa。
(2)瀝青層。表面磨耗層層的具體要求依賴于交通條件、環境因素、當地的經驗和經濟條件。性能要求包括抗車轍性能、抗表面開裂性能、良好的抗滑性能、緩解水霧的影響并能減小噪聲,一般選用選擇SMA、密級配混合料或OGFC等。HMA中間層必須同時具有耐久性和穩定性,穩定性,應從粗骨料間的骨架結構及采用合適的高溫等級瀝青來獲得,確保集料形成骨架,中間層瀝青結合料所要求的高溫等級與表面層一致,以抵抗車轍。
(3)HMA 基層。瀝青基層需要抵抗由于行車荷載反復作用造成的彎拉應力引起的疲勞開裂。高瀝青含量的混合料有利于抵抗疲勞開裂,一般通過增加瀝青含量增加混合料柔性以阻止變形和疲勞開裂的發展,并采用合適的瀝青層厚度,確保源于底部的疲勞開裂不發生。HMA基層設計必須使底面的彎拉應變低于材料的疲勞極限,以預防或減緩路面結構性破壞。
表1長壽命瀝青路面典型結構
國家 路面結構
英國 30mm 熱壓 AC+68mm 粗粒式 AC+63 熱壓 mmAC+190mm 貧混凝土
德國 37mm 澆注式 AC+200mmAC 基層+150mm 穩定底基層
法國40 排水面層 mm+220mmAC 穩定底基層
奧地利 27mm 細粒+30mm粗粒 AC+45mm 粗粒 AC+140mm 密級配
瀝青碎石+160mm 開級配瀝青碎石
意大利 30mm 中粒式+70mm粗粒式 AC+150mm 瀝青碎石+360mm 級配
砂粒
美國 50mmSMA +37.5mm Superpave+30mm 瀝穩定碎石 150mm 級配碎石
3、結論
瀝青路面具有施工方便、行車平穩舒適、噪音低且易于養護維修。長壽命路面是道路建設發展的一個必然方向,在我國的道路建設中有90%的道路是瀝青路面結構。隨著路面設計施工技術的進步、交通量的增加、軸載的加重和頻繁維修帶來的費用等一系列問題的產生,使得人們越發認識到在重交通地段修建長壽命路面的必要性。但我們也應該清楚認識到,我國公路的建設起步比較晚,技術力量薄弱,同時也由于我國氣候和交通荷載條件復雜多變等,許多公路路面還存在種種問題。本文從路面設計的角度,對長壽命路面設計方法進行的了全面分析,為我國有能力的地區修建高等級公路時采用長壽命路面理念進行路面設計積累了新的技術資料。
作者簡介:
1、 何斌,男,1981年10月生,湖南道縣人,工程師,畢業于長沙理工大學,長期從事道路交通設計。
水泥混凝土路面即“混凝土路面”,是目前國內道路施工的主要內容。設計是路面施工的前期工作,設計方案的科學與否決定了后期施工能否取得理想的質量標準。受到國內路面設計技術的限制,早期的路面結構竣工使用后出現了不同程度的受損問題,既增加了施工作業的難度,也提高了施工單位的建設成本。
傳統設計模式,引起常見病害
混凝土路面的運用范圍較廣,常見于道路工程、橋梁工程等,是工程項目中不可缺少的一部分。而受到傳統設計理念的約束,設計師對于混凝土路面的規劃缺乏科學的指導,造成混凝土路面質量與標準要求存在差距。設計方案是后期施工的總指導,若設計出現問題則會給正常施工帶來不利影響。面板厚度問題面板厚度大小決定了路面承受載荷的能力,尤其是一些交通要道的路面面板厚度更應該嚴格控制。這一方面存在的主要問題則是混凝土面板厚度較小,削弱了路面結構的穩定性。如:當混凝土面板厚度小于標準則引起彎拉強度減弱易造成路面斷板、開裂等問題。基層結構問題基層結構形式關系著路面底部的牢固、穩定,混凝土路面地質地下水流沖刷的主要結構。早期路面設計對基層結構的選型不夠科學,因基層抗沖刷能力減弱而造成水泥混凝土板振動、沖擊等現象。比較多見的損壞則是板底脫空、面板斷裂等,降低了路面的結構性能。排水系統問題排水系統是為了將路面聚集的雨水及時引流到地下,對雨水侵入路面造成損壞時有抵制作用。傳統路面設計時把重點集中到了路面結構分布上,對排水系統沒有綜合性的設計方案。排水系統功能不充分造成雨季時,雨水經過接縫、裂縫滲入混凝土路面內。接縫方案問題為了給路面施工創造方便,設計師往往會對接縫方案進行調整。而早期的設計中對橫向縮縫都沒有設置相應的傳力桿,造成接縫傳荷力過小,從而使得接縫位置產生唧泥。另外,對于一些處理不當的接縫則會因為板邊撓度過大,在短時間承受過大載荷之后而形成板塊斷裂。
改進設計方法,增強路面性能
混凝土路面設計的難度較大,并且對路面施工計劃的安排有著重要的指導作用。在設計過程中必須要結合現有的設計條件,不斷優化傳統的路面設計方案,這樣才能保證混凝土路面結構的質量符合交通運行的要求。根據筆者的工作經驗,混凝土路面設計必須滿足“結構、性能、質量”等三大核心指標。參照標準缺乏科學的標準作為參考,水泥混凝土路面設計的方案將失去價值。目前,國內路面設計的參考標準文件是《公路水泥路面設計規范》,在設計過程中要結合公式完成理論計算,如下:(公式略)該公式能把車輛的具體軸載換算為標準軸載,為設計人員提供了重要的參考。如:結合該公式可弄清路面能夠承受的最大荷載,再根據調查統計的車流量大小,合理選擇路面的荷載承受范圍。
實地勘測
設計混凝土路面方案之前,設計人員必須要經過實地考察勘測這一環節,收集到足夠的數據資料后才能啟動設計方案。如:對路面區域的交通流量進行為期1周的勘察,弄清交通流量的大小以確定路面承擔的最大荷載;對路面的地質構造實地考察,選擇合適的路面結構等。合理計算路面設計與數據計算緊密相關,在設計階段可通過對路面有關的數據合理計算。如:在性能計算方面,對設計參數、計算公式等適當選擇,讓所設計的路面厚度達到標準要求;在尺寸計算方面,對路面的寬度、深度、長度等詳細計算;在年限計算方面,要結合交通等級,如表1:確保安全路面的安全性、可靠性是評價水泥混凝土路面設計方案的兩大標準,設計單位要嚴格按照兩方面的要求完成設計任務。一般情況,安全性是指所設計路面正式流通后,不會出現質量問題而引起意外事故的發生;可靠性是指提升路面設計的可靠度系數,延長路面的使用壽命。控制厚度混凝土面板在路面中是很關鍵的結構,對面板厚度的大小加以控制可保證路面的優越性能。對于面板厚度的設計,設計時可選擇某一段路為試驗點,再按1cm級差厚度設計板厚,路面竣工之后收集相關的檢測數據。另外,對于面板使用期間產生的異常現象要加強維護管理。路面排水,優化設計重點排水系統是路面設計的一個重點。據調查,我國大多數路面都受到雨水沖蝕的破壞,路面平均使用壽命減短了3~5年,而多雨季地區的路面受損情況更為嚴重。導致雨水沖蝕路面的最大因素是由于排水系統設計不合理所致,如:管材、管道、管槽等設計失誤,大大降低了排水系統的功能作用。根據這一點,設計單位要優化混凝土路面排水系統的設計方案,提高系統的設計性能。
封堵結合,規劃統一
路面排水系統設計的首要原則是“封堵結合”,兩方面協調設計后控制好系統的排水性能。常用的設計方法:擴大路面的橫拱度、實現路肩的路面化等,這樣可以把地表內聚集的水量及時輸送到路面之外。而針對排水系統阻塞這一問題,可在系統中添加清理裝置以定期將雜物清理干凈。定期疏通,防范入滲若雨水已經滲入路面結構中,若不及時疏導水量會對路面內混凝土造成沖蝕,破壞了原有的穩定結構。設計路面時可采取修筑全斷面、抗沖刷的基層結構及邊緣排水系統,讓路面內的積水被疏通排出。同時,也可以在路面鋪設1cm的瀝青封層,改善路面的抗滲、防滲等性能。優化結構,增強性能排水系統的結構優化主要是在基層結構上改進。我們可積極選擇力學性能好、板體性好、抗沖刷能力高的剛性基層結構,如:水泥穩定碎石基層、貧混凝土基層等,這些有助于增強混凝土路面面板的性能。此外,可對給排水系統中檢查井結構優化改造,提升檢查井的性能,如(圖略)。適當選材,抗沖抗蝕每一種基層結構在抗沖抗蝕方面的性能是不一樣的,這種差異取決于基層的材料性能。如:基層材料的性質、含量、粗細等,都會影響層面的性能強弱。設計過程中可以把不同基層按材料的耐沖刷能力詳細劃分,即:極耐沖刷、耐沖刷、較耐沖刷、較易沖刷、易沖刷等。定期檢查,延長壽命排水系統構建結束之后,工程單位要安排專業人員定期檢查,對排水系統的各組成部分逐一排查。如:檢查排水管道是否出現開裂、腐蝕等問題,檢查排水溝槽是否被泥土掩埋等。定期檢查可提前發現排水系統存在的問題,提醒路面維護人員及時處理。
[關鍵詞] 路面允許孔隙率;試驗室實測孔隙率;現場孔隙率;壓實度
這幾年我國瀝青路面有了很大發展,施工質量不斷提高。但也出現了一些問題,比如施工過于追求路面的平整度,而忽視了路面的壓實效果。路面壓實度不足,孔隙率較大,高速公路的水損害、車轍比較嚴重。特別在南方高溫多雨地區,由于瀝青路面壓實度不足而造成的高速公路早期損壞越來越受到各界的重視。需要闡明的是,壓實度的控制不僅僅是一個施工問題,還涉及到設計中的一些問題。筆者長期從事高速公路養護工作,對于如何控制瀝青路面壓實度也形成了一些粗淺的認識,如下:
1 路面允許孔隙率
對于密實型瀝青混合料,路面孔隙率成為影響其使用性能的重要指標。反過來,可以根據路面的使用性能要求確定路面孔隙率。路面的使用性能主要考慮路面的水穩性、高溫穩定性和耐久性。根據相關工程的試驗數據表明,當空隙率超過7%以上時,路面滲水率明顯加快。另一方面,隨著路面孔隙率的增加,路面車轍隨之增大,耐久性、耐疲勞性能降低,因此路面允許空隙率也不宜太高。但路面空隙率并不是越小越好,在不同空隙率的路段產生車轍的情況是:在1~7%的路面空隙率分布中,車轍量主要集中于空隙率小于3%的路段上。當路面孔隙率低于3%時,在夏季,由于瀝青與石料的熱脹系數不同,路面很容易產生泛油,在行車荷載的作用下,產生側向流動變形。路面開放交通后,在初期路面有一個逐漸壓密的過程,然后趨于穩定。因此路面成型后的現場空隙率應較3%稍大些。美國Westrack環道試驗結果認為,4%是最小孔隙率的臨界界限。因此路面現場允許隙率較合理的范圍是4~7%。
2 試驗室設計空隙率
(1)設計孔隙率的確定
現場允許孔隙率、現場孔隙率與試驗室設計孔隙率是密切相關的。現場允許孔隙率是確定試驗室設計孔隙率的重要依據。設計孔隙率影響生產配合比、施工配合比混合料的孔隙率,進而影響路面的現場孔隙率。試驗室孔隙率一般要略小于現場孔隙率。試驗室孔隙率、壓實度與路面現場孔隙率存在如下關系:Vi=[1-k(1-Va)]×100%或k=(1-Vi)/(1-Va)×100% 。式中,Vi為路面芯樣的孔隙率,代表路面現場孔隙率;Va為試驗室成型試件的孔隙率;k為路面某處壓實度。對于密實型瀝青混合料,規范要求混合料的設計孔隙率控制在3%~6%之間。路面施工現場通常采用壓實度指標控制路面施工的壓實效果,規范要求路面的壓實度不小于96%。但如果僅通過壓實度一項指標來控制是不科學的,因為不同的設計孔隙率,在相同的壓實度條件下,有不同的現場孔隙率。這說明現場孔隙率不僅與設計孔隙率有關,還與路面的壓實度有關。因此應當結合目標配合比、生產配合比、施工配合比試件的孔隙率,并依據現場孔隙率的實測結果綜合確定路面壓實度。因此要達到預期的壓實效果,不同的設計孔隙率應對應不同的壓實標準,而不能一概而論,所以規范96%的壓實度要求過于籠統。從壓實功的角度分析,當設計孔隙率較小時,例如3%,達到7%的現場孔隙率標準所需的壓實度標準也低,為96%。若試驗室設計孔隙率大,按照6%設計,要達到相同的路面壓實效果,需要較大的壓實功,即需要99%甚至更高的壓實度,因此必須調整設計孔隙率。另外,曾經發現有的瀝青路面的實度甚至超過100%的現象,經過調查發現主要原因是瀝青混合料的目標配合比設計不當造成。這說明路面壓實效果的控制與瀝青混合料的設計密不可分的,也印證了將試驗室設計孔隙率控制在3~5%的范圍內是合理的。
(2)影響孔隙率的因素
如果瀝青混合料目標配合比的空隙率不滿足3~5%的要求,就需要對瀝青混合料進行調整。影響瀝青混合料的因素主要有混合料的級配、瀝青用量、成型溫度以及擊實次數。通常使用體積指標Va、VMA、VFA來反映其特性。若VMA偏小,混合料極易壓密。在這種情況下,混合料對瀝青用量非常敏感,即使瀝青用量不多,也能達到孔隙率標準的下限和飽和度標準的上限,因此確定出的瀝青用量偏少;若VMA偏大,混合料不易壓密。在這種情況下,混合料對瀝青用量不敏感,即使增加瀝青用量,孔隙率仍然很大,而飽和度不足。規范對瀝青混合料的目標配合比設計的VMA值只定了下限,而沒有對其上限作限制。根據國外資料研究,混合料體積參數VMA應當有個上限,其值為在VMA下限的基礎上增加2%。
3 現場壓實控制
瀝青混合料溫度離析和骨料離析是影響現場壓實度的重要因素。因此碾壓溫度和混合料級配的變化將改變瀝青混合料局部的壓實度。碾壓溫度高,瀝青粘度減小,瀝青混合料很容易形成過碾,路面易產生泛油車轍等病害;溫度過低,瀝青粘度增大,混合料不易碾壓,空隙率大,水侵蝕的可能性增大。骨料離析則造成路面局部混合料級配的改變。根據金麗溫高速公路路面大中修部分路段施工調查結果。當混合料的設計孔隙率為4% 時,壓實度控制在97%以上,其現場孔隙率均滿足小于7%的要求。當孔隙率為3%時,壓實度控制在96%以上。在實際生產過程中,通過測定現場空隙率方法控制路面的壓實更加方便。將現場測得的路面空隙率與路面允許空隙率作比較,如果現場空隙率偏大,則需增加壓實效果。
4施工中應當注意的問題
瀝青路面的壓實效果與路面的壓實溫度、壓實遍數、壓實速度、壓實方式的組合、料的離析狀況等因素有密切聯系。在施工中要確保拌和有足夠的時間,使其充分、均勻,不產生花白料、不離析;在混合料的運輸過程中要確保溫度損失最少,可采用適當提高拌合溫度及運輸過程中加蓋帆布等措施;特別要注意攤鋪過程中的離析現象,對于已經出現離析的地方,組織現場工人進行撒鋪調節,協調攤鋪機速度與送料車的速度,盡量保證攤鋪的連續性。混合料的碾壓溫度、碾壓和攤鋪速度要嚴格按照規范要求執行。
【關鍵詞】瀝青混凝土路面;就地熱再生;混合料;設計
前言
隨著我區經濟社會的飛速發展,寧夏境內的G6線(京藏高速)、G20線(青銀高速)在建成通車7-8年后,瀝青路面在自然、荷載等因素的作用下,逐漸出現了大量的路面病害,尤其以路面車轍為主。2007年以前,處治路面車轍的主要方法是把路面病害按照一定的深度進行銑刨,廢舊瀝青混合料徹底清除后,重新用新瀝青混合料進行鋪筑。因為廢舊瀝青混合料沒有有效利用,多年來廢棄的瀝青混合料都堆放在沿線的各養護作業站,一方面造成養護資源的浪費,另一方面對環境污染也很嚴重。2008為了配合交通運輸部“材料節約與循環利用專項行動計劃”,寧夏公路管理局進行了多方面的考察和調研,引進了瀝青路面就地熱再生技術并在高速公路路面養護中大力推廣應用,截止“十一五”末,共采用就地熱再生技術修復高速公路路面168.39萬平方米,經過3年跟蹤觀測,使用效果良好。根據筆者多年經驗,認為推廣應用瀝青路面就地熱再生技術,關鍵在再生后瀝青混合料配合比設計,以下結合G6線(京藏高速)K1078+053-K1283+000段就地熱再生施工為例,淺談瀝青路面就地熱再生混合料配合比設計,僅供參考。
一、瀝青路面就地熱再生混合料配合比設計思路
經過多年使用的舊瀝青路面內部會有骨料級配改變和瀝青老化兩種主要變化,因此就地熱再生瀝青混合料的配合比設計應分四個步驟進行:一是對瀝青路面進行實地勘察對瀝青路面的變形(車轍、擁包、波浪、沉陷)病害調查;路面抗滑性能調查;強度調查;損壞(錯臺、網裂、松散、過度磨損等)病害調查。根據實地勘察結果,對照高等級公路就地熱再生標準,選定就地熱再生施工方案。二是對舊瀝青路面鉆取芯樣,利用芯樣和實驗室檢測設備,對瀝青混合料的級配及油石比進行檢驗;三是對舊瀝青檢驗及添加劑后瀝青的檢驗;四是再生瀝青混合料的設計。
再生混合料配合比設計的重要性,在于它是再生路面使用性能的保證條件之一。舊瀝青路面經過多年行車碾壓,在荷載作用和自然因素作用下,瀝青混合料的骨料顆粒受到反復搓磨甚至壓碎,導致瀝青混合料級配變化,或多或小偏離規范要求,應通過對舊瀝青路面提前進行路面調查,檢驗車轍深度,路面裂痕等病害,進行取有代表性芯樣進行室內抽提試驗檢測瀝青用量和瀝青混合料級配,進行數據分析計算新瀝青混合料與舊瀝青混合料的合成級配。此舉也有助于路面的耐久性和耐熱性的提高。
老化的瀝青路面表現為表面脆化,容易出現裂紋、松散、車轍等病害。瀝青路面的老化主要是指瀝青的老化的化學變化,主要表現為油分減少、瀝青質增加、膠質增加,通過對舊瀝青路面進行阿布森法回收瀝青方法進行試驗,通過相應的常規性能指標檢驗,針入度減小、軟化點升高、延度降低等等,與新瀝青相差甚遠。
隨著新骨料的添加和舊瀝青的老化,需要通過配合比設計,根據合成級配適當添加新瀝青和再生劑來改善混合料類型。即根據再生劑廠家提供的經驗,試驗室進行摻配和試驗結果,將再生劉與老的瀝青按一定比例進行混合,以恢復已老化瀝青的各種性能。
二、瀝青路面就地熱再生混合料配合比設計
1.路面舊料抽提回收試驗
施工路段路面舊瀝青混合料抽提回收試驗結果見表1、表2。經過試驗檢測測得原路面瀝青含量平均值為4.64%、4.75%。
由試驗結果可知:原路面施工時實際采用的是SAC-13型級配,混合料礦料級配中0.075mm篩孔通過率不符合規范要求,表明混合料的級配出現了一定程度的細化,且基本在SAC-13的規范要求之內。同時可以看出原路面瀝青針入度降低、延度下降、軟化點增大,說明瀝青老化現象比較嚴重。
2.原材料的添加與再生混合料類型的選擇。
本次配合比設計時,為了提高再生混合料的抗車轍變形能力,添加了S9(10~20mm碎石)、S12(5~10 mm碎石)、S14(3~5mm碎石)三種新集料以改善原有路面的礦料級配,再生后的瀝青混合料級配類型定為AC-16C型。
3.再生瀝青標號的選擇。
由于再生瀝青混合料的品質要求與普通瀝青混合料的要求基本一致,故對再生瀝青標號的選擇一般與普通瀝青路面對瀝青標號的選擇基本一樣。本次就地熱再生工程所在地寧夏地區夏天熱,冬天冷,氣候干旱,屬2-2-4氣候分區,高速、一級公路新修瀝青路面一般選擇90號A級瀝青。熱再生施工時新瀝青混合料選擇90號A級新瀝青進行拌和。
4.再生劑用量確定
按照《公路瀝青路面再生技術規范》就地熱再生混合料配合比設計方法C.4.1要求:再生瀝青標號的設計目標是使其接近新路面上的瀝青標號,由于需要考慮拌和和攤鋪過程的瀝青老化,再生瀝青的標號要比同一地區經常使用的新瀝青標號低。因此,本次舊路面瀝青再生指標再生到新瀝青經拌和運輸到施工現場但未攤鋪時新瀝青老化后的指標即可。
從實踐效果看,瀝青再生劑的添加量應該是以新瀝青混合料運輸到施工現場后但未攤鋪前的瀝青指標為目標確定再生劑的添加量,更為符合實際情況。因此,本次再生劑的添加量按此考慮。
本次熱再生工程中再生劑摻量通過瀝青三大指標常規試驗確定再生瀝青標號確定為70號A級瀝青。試驗結果見表3
5.新料摻配率
經過對舊路面調查,發現瀝青含量較大,再加之路面車轍深,通過施工試驗路段,新料的添加量約在20%~30%之間波動,設計新料的邊界也按此控制。施工時也控制在此范圍。理論上,影響級配的最大誤差為0.5%,經試拌試鋪,25%新料添加量較優,故確定新料添加量為25%。
6. 礦質集料合成級配的設計
(詳見表4)
7.新料瀝青用量確定
新料分別在瀝青用量為3.5%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%下拌和,經目測,瀝青含量為1.5%~3.5%時,拌和料基本沒有花白料,瀝青膜厚度適宜。在新料:舊料=25%:75%拭配時初步估算其瀝青用量為2.5%,其最終新料瀝青用量根據再生瀝青混合料的最佳瀝青用量來確定。現場施工前根據施工路段車轍深度推算新料加量,再根據新料加量確定舊料的用量后根據舊料的實測瀝青用量,再生劑的用量反算新料的瀝青用量。
8.再生混合料的最佳初始瀝青用量的確定
(1)由于再生混合料舊料發生磨圓、細化等變化,導致集料棱角性降低,礦質混合料間隙率減小,加之馬歇爾試驗確定的油石比相對又較大,容易出現瀝青過飽和情況的發生。因此,此次設計采用旋轉壓實儀法確定瀝青混合料的瀝青用量,并將空隙率設計為4.0%,新混合料的瀝青含量控制在2.5%,級配為AC-16C型的混合料。
再生瀝青混合料采用旋轉壓實儀成型試件,旋轉壓實儀設定的單位壓力為0.6MPa。根據高速公路預計交通量數據,選擇壓實次數N最初=9次,N設計=125次,N最大=205次。依據Superpave設計標準,在同條件下成型試件時,將旋轉壓實次數設定在N設計=125次。瀝青混合料體積性質見表5。
依據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004),試驗段再生瀝青混合料的馬歇爾試驗結果見表6、高溫穩定性能的試驗結果見表7。
根據試驗結果可以看出試驗數據滿足技術標準。
三、瀝青混合料配合比設計結論
根據所用的集料、瀝青等原材料,按照規范設計標準進行室內配合比設計,得到的最佳瀝青用量為4.0%。瀝青混合料的體積指標符合設計要求,本配合比設計可作為生產配合比依據。
參考文獻:
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關鍵詞:瀝青路面路面病害 預防養護 養護措施
中圖分類號: TU535 文獻標識碼: A 文章編號:
Abstract: with the development of highway, road traffic volume is increasing, on road traffic safety, comfort, convenience, stability requirements are constantly improve. Asphalt pavement has the advantages of smooth surface, the driving comfortable, wear resistance, low noise, short construction period, easy maintenance and repair, has been widely used in highway construction.
Keywords: asphalt pavement preventive maintenance maintenance measures
目前,我國已經建成的高等級公路中有90%采用了瀝青路面。但是已經建成的多條瀝青路面出現了嚴重的早期破壞,有的通車不到幾年的時間就出現路面開裂、剝落、泛油、擁包、車轍等早期破壞現象,嚴重影響了行車舒適性和行車安全。瀝青路面的破壞雖然有很多其他方面的因素,但是瀝青路面施工中過程控制不嚴格,關鍵環節控制不得力也是造成路面早期破壞的重要原因之一。
一、 瀝青路面容易出現的問題及原因分析。瀝青路面的主要病害形式有以下幾種形式:車轍、平整度不高、路面裂縫等問題。
1.瀝青路面病害成因分析
1.1車轍
車轍是車輛長時間在路面上行駛后留下的車輪永久壓痕。路面車轍是路面周期性評價及路面養護中的一個重要指標。
路面車轍深度直接反映了車輛行駛的舒適度及路面的安全性和使用期限。路面車轍深度的檢測能為決策者提供重要的信息,使決策者能為路面的維修、養護及翻修等作出優化決策。
由于氣候寒冷或者氣溫的驟降,會使瀝青路面由于收縮或者來不及應力松弛而產生開裂。對疲勞性能的影響在車輪荷載的反復作用下,瀝青路面會由于不斷地受拉荷受壓出現疲勞破壞,其主要原因是瀝青出現應力疲勞。
1.2平整度
影響路面使用性能的第一因素是平整度,在路面使用期間,隨著車輛荷載的反復作用、周圍環境周期變化的影響以及路面齡期的增加,路面的平整度會隨著各種路面病害的出現而逐漸下降。當平整度下降到一定的期限時,路面便不能滿足基本功能的要求,而需采取適當的改建措施以恢復其功能.
1.3路面裂縫
路面開裂的主要原因:一種是由于行車荷載的作用而產生的結構性破壞裂縫,一般稱之為荷載型裂縫。另一種主要是由于瀝青面層溫度變化而產生的溫度裂縫,包括低溫收縮裂縫和疲勞裂縫,一般稱之為非荷載型裂縫。 由于現行瀝青路面設計規范中規定或推薦瀝青路面采用半剛性基層。所以還存在著因為半剛性基層的溫縮裂縫或干縮裂縫引起瀝青面層產生的反射裂縫或對應裂縫。 由于施工的原因產生的橫向裂縫和縱向裂縫。
2.原因分析
瀝青路面產生損壞的主要原因有:對路面施工要求不嚴格,質量標準沒到位,導致路面施工質量低劣。如瀝青砼和瀝青碎石未檢測壓實度,則影響瀝青路面的質量,容易造成淪陷、坑槽。現實施工中在材料施工配比、含水量的檢測都達不到合格公路所應有的標準,加上有超尺寸顆粒的集料,嚴重影響瀝青路面的質量。瀝青公路施工過程當中未按要求按規范的級配要求摻配碎石,并未拌合均勻。
另外,不少瀝青公路出現問題的原因還有級配砂礫底基層松散、整體強度低,含超尺寸顆粒、級配差,含泥量大、混合料不均勻離析等問題。大致有以下三個因素影響了瀝青路面的使用質量。
(1)路面設計。這里主要指路面結構及厚度設計。瀝青路面的結構及厚度設計應根據氣候條件、交通荷載、地理條件、材料供應等因素根據計算理論得出。目前我國的瀝青路面設計大部分可稱之為模式化設計,不同地區,不同氣候條件,甚至不同交通量狀況,得到的瀝青路面結構及厚度設計都是類似或相同的。
(2)材料設計。瀝青路面的材料設計(原材料質量要求及瀝青混合料配合比設計、是瀝青路面設計、施工中的一項重要內容)。而在我國的設計文件中,缺乏有針對性的材料設計內容,而僅僅是照搬規范,按中值法確定瀝青混合料級配。在實際施工中,施工單位按照設計圖紙或規范推薦的級配范圍中值法確定瀝青混合料級配。這樣做的結果是確定的瀝青混合料的級配同使用要求不匹配,易形成早期損害。
(3)施工因素。瀝青路面的早期損壞經常與使用的材料不好、壓實度偏低、級配變異性大、排水設計不合理等有關。要充分發揮瀝青路面的優點,必須有良好的施工品質作保障。要確保瀝青路面達到預期的設計目標和路用性能,必須做好施工階段的質量控制。影響施工質量的因素很多,如原材料、氣候條件、施工工藝、施工質量管理方法,尤其是施工過程中的變異性問題等。
二、針對問題解決的方法
2.1嚴格管理
公路管理部門對建成的公路實行嚴格的驗收制度,并在使用過程中實行每年檢查,對質量不符合規范的公路,分析原因,并找出相關負責人承擔相應的責任。只有權責明確,制度規范,人的行為受到正當的約束,瀝青公路路面容易出現的問題才能得到改變.
2.2提高業務水平
專業的人才能修建出專業的路。因此,對公路的建設人員,包括管理、設計、施工、監理、材料供應、后期維護等都要進行專業的培訓。
2.3嚴格材料的篩選
嚴格材料的篩選,不斷引進國外新的能源材料,延長路面使用壽命是最熱門的研究話題。國外新型材料路面主要采用抗車轍,不透水,抗磨損的表面層,其結構使用壽命在50年以上,是今后我國公路建設發展的方向。
三、瀝青公路的預防性養護不可忽視
瀝青路面在長期的使用過程中,由于車輛的反復作用及氣候和環境的影響,必然會出現各種各樣的損壞現象。由于超載車輛長期超負荷運營,更加快了道路病害的產生。
關鍵詞:公路;路基設計;路面設計;排水設計
中圖分類號:U213.1 文獻標識碼:A 文章編號:
一、工程概況
某公路建設項目,采用雙向四車道,建設標準為一級公路,設計速度采用80km/h,路基寬度采用21.5m,其中硬化土路肩0.4m、路緣石0.1m,硬路肩2.0m、行車道2×3.75m、中間帶寬1.5m,其中左側路緣帶0.5m,中央分隔帶寬0.5m,采用混凝土護欄。通過針對該公路的路基、路面及其排水設計進行深入探討。
二、公路路基設計
(1)路基的設計原則。對于公路路基設計原則應當根據沿線地形、地貌、地質、水文、氣象等自然條件,貫徹因地制宜、就地取材的原則,設計完善的排水設施和防護工程,采取經濟有效的病害防治措施。
(2)路基標準橫斷面。通過結合《公路工程技術標準》的規定,本項目采用雙向四車道一級公路標準,設計速度為80km/h,路基寬度為21.5m,行車道寬4×3.75m。路基中心設0.5m分隔帶,分隔帶兩側為0.5m路緣帶,分隔帶采用混凝土護欄。其中土路肩橫坡為3.0%。
(3)路基設計標高。道路高程設計線為道路中線。本項目的公路用地范圍,由于項目地處城鎮密集區,土地資源較為緊張,公路用地范圍采用路堤兩側邊溝外邊緣外側1.0m以內為公路用地范圍,埋設公路界碑。路基高度的設計,使路肩邊緣高出路基兩側地面積水高度,同時要考慮地下水、毛細水和冰凍的作用,不致影響路基的強度和穩定性。同時路基高度還受到舊路高程、路線交叉、橋涵等構造物高度要求的限制。除滿足以上要求外,路基高度還應該盡可能滿足路基壓實度要求的最小高度的要求。本項目路基的設計壓實度及填料的最小強度(CBR)值要求如表1所示。
表1 公路路基壓實度及其填料設計要求
(4)路基各結構層及土基頂面竣工驗收彎沉值。路面設計采用標準軸載為雙輪組單軸100kN(BZZ-100),設計年限內一個車道上累計當量軸次269.6萬次。設計基準期:瀝青混凝土路面為15年。路基各結構層及土基頂面竣工驗收彎沉值采取上面層彎沉值≤30.3mm;下面層彎沉值≤33.1mm;基層彎沉值≤41.5mm;底基層彎沉值≤95.6mm;土基彎沉值≤291.1mm。
三、路基防護設計
本設計一般路段采用亞粘土、亞砂土填筑路堤,內邊坡坡率采用1:1.5;外邊坡率采用1:1。同時根據本公路所處的地質資料,沿線土質大部分為低液限粘土和低液限粉土,路基邊坡容易受到雨水的沖蝕。一般路基采用植灌木和喬木進行綠化;當路基高度大于3.0m時,采用漿砌片石網格防護。
四、節約用地的措施
本公路項目所經過的地段位于平原區,公路沿線地形平坦,沒有突起的土坎可作為取土場地。全線路基大部分為填方,對土源的需求量較大。根據外業調查結果,結合地方實際情況,初步提出以下兩個方案:一是沿線兩側挖溝渠、魚塘集中取土;結合地方經濟發展和水利工程建設,同地方政府簽訂協議,開挖魚塘和溝渠,盡量深挖窄取。此方案占地少,是較理想的取土方案。取土場也可和高速公路主線取土場相結合。二是在取土場取土。在路線兩側選擇一些高地或非耕地或經濟效益較低的土地作為取土場,取土時先將表層30cm種植土推至旁邊堆放,取完后將表土推回,平整后復耕,取土深度控制在1.5m以內。
五、公路路面設計
根據交通量、道路等級對路面的使用要求,結合沿線氣候、水文、地質及當地筑路材料的分布、施工經驗等情況,本著因地制宜、就地取材、方便施工、利于養護的原則,進行路面綜合設計。對本公路路面結構組合及厚度計算,根據本路交通量、路基設計、筑路
材料等具體情況,結合省內外高等級公路建設的成功經驗,按當量軸次計算得到的路面結構見表2所示。
表2路面設計匯總
(1)路面面層結構組合及面層級配類型選定。根據要求,路面上面層選用AC-13C型細粒式瀝青混凝土,采用SBS(Ⅰ-C)型成品改性瀝青,上面層粗集料選用高強抗滑石料安山巖,細集料均采用石灰巖機制砂,以改善混合料使用性能。下面層選用AC-20C型中粒式瀝青混凝土,采用70號A級石油瀝青,下面層石料選用石灰巖。兩層油面間設SBR改性乳化瀝青粘層,下層油面底面設SBR乳化瀝青下封層。下封層下設透層,透層采用具有良好滲透性能的中凝液體石油瀝青AL(M)-1。
(2)基層選定。根據本路材料供應的特點,基層結構類型主要為二灰碎石,二灰碎石的早期強度低,施工拌和碾壓成型時間一般不受控制,基層選用與舊路結構層結合緊密的二灰碎石。
(3)底基層選定。路面底基層選定的原則是在滿足技術指標要求的前提下就礫料缺乏,因此,在本路段設計中底基層采用穩定土類。由于本路段土質主要為低液限粘土和低液限粉土,底基層類型選用石灰土。
(4)本路段內路面結構厚度按照當量軸次進行計算,相差較少,因此分段采用不同路面厚度的意義不大。整個路段采用同一路面結構,如表3所示。
(5)其他部位路面結構。二級公路或城市道路加鋪轉角部分:3cmAC-13C細粒式瀝青混凝土,8cmAC-20C中粒式瀝青混凝土,18cm二灰碎石,15cm12%石灰土。其他等級公路或鄉村道路加鋪轉角部分:上面層3cmAC-13C細粒式瀝青混凝土,基層為15cm12%石灰土。
六、路基路面排水設計
路基排水應全面規劃,合理布局,少占農田,并結合當地的水文地質、氣象條件,與排灌系統相協調,重視環境保護,防止水土流失和水源污染。由于路線所處平原區地形自然坡度比較小,結合沿線自然河流溝渠,能排溝排水不暢的地段采用設置蒸發池等措施。路面排水設計應根據該地區降水量、地形、地質等因素,結合路基排水設計,合理布置路面排水設施,確保排水暢通和路基、路面穩定和行車安全。
路面表面排水,綜合考慮建設期及運營期內路面水對路基邊坡的沖刷影響,全路段采用集中排水方案(泄水槽)。一般路段設置泄水槽,為排除路面積水而設,一般每40m設一處,采用現澆混凝土。在全線橋梁兩側沿路線方向5~10m范圍設置急流槽,防止橋頭兩側路面水沖刷橋臺構造物。本項目起點臨近冀州市區,兩側建筑密集,過村鎮路段采用石砌邊溝街道化治理。