城市化公路交叉口“白加黑”路面技術(shù)研究

鐘志明

摘 要：隨著我國城市化水平的不斷提高，交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展越來越迅猛，道路交通流不斷增大，尤其是重型車輛的增多，使得交通路面出現(xiàn)一系列塌陷、開裂現(xiàn)象，特別是在城市道路交叉口路面，這一現(xiàn)象尤為突出。因此，研究城市化公路交叉口“白加黑”路面技術(shù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：公路交叉口；“白加黑”路面；加鋪層厚度；有限元力學(xué)分析

中圖分類號：U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.153

隨著道路交通流的增大和重型車輛的增加，城市道路路面，尤其是交叉口位置，經(jīng)常出現(xiàn)塌陷、開裂問題。城市交叉口是公路交通的樞紐位置，來往的車輛和行人都要從交叉口通過。為了確保交通道路安全，在交叉口通常設(shè)有信號燈，因此，車輛會在交叉口頻繁的停止和啟動。長此以往，會加劇交叉口路面病害。城市公路交叉口路面的塌陷和開裂病害會使路面的使用年限縮短，并且需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力維修，從而造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，也給人們的出行帶來諸多不便。

1 城市化公路交叉口的特點(diǎn)

隨著城市公路的快速發(fā)展，公路交叉口的設(shè)置、擴(kuò)建及耐用性問題都顯露出來。為了更好地開展對城市道路路面的研究，我們需要先對城市公路交叉口有個大概的了解。城市公路交叉口一般具有以下多個特點(diǎn)。

1.1 范圍大、車流量大、設(shè)施齊全

城市化公路一般都有6個車道，而且人行道和綠化帶的總寬度大于40 m。另外，交叉口也是上、下班和車流量的高峰地段，白天客車、中小型貨車較多，夜間重型車輛較多。為了確保行車暢通和行人的安全，一般會在交叉口設(shè)置交通信號燈、人行橫道和安全島。

1.2 改造較為復(fù)雜

交叉口底下的管線較多，行人和設(shè)施也較多，這勢必會影響交叉口的改造。

1.3 路面極易損害

由于頻繁的制動和啟動，路面很容易出現(xiàn)車轍、麻面、坑槽等損害，而不斷修補(bǔ)會影響路面的平整度。

2 公路交叉口“白加黑”路面簡介

目前，我國路面大修改造的常用方法是在水泥混凝土上加鋪瀝青混凝土路面。具體實(shí)施方案是：破碎舊板后加鋪瀝青混凝土路面，對舊板加固后加鋪瀝青混凝土。上述步驟是形成城市道路“白加黑”路面的主要步驟。破碎舊板會使原混凝土成為粒徑較均勻的粒料基層，使路面整體形成柔性體。在破碎后的基層上面必須加鋪過渡基層，用來增大承載力和抗反射裂縫應(yīng)力。另外，對舊板進(jìn)行加固后加鋪瀝青混凝土，可以使舊板充分發(fā)揮作用，形成穩(wěn)固的底盤。雖然這種方法成本較高，但形成的路面不易損害、病害較少、使用壽命長。但如果加鋪層的厚度不夠，舊水泥混凝土路面板上的接縫、錯臺、裂縫和脫空狀況會反復(fù)出現(xiàn)，并且在裂縫的位置出現(xiàn)反射裂縫，從而縮短加鋪層的壽命。

為了減少反射裂縫的數(shù)量和減緩反射裂縫的發(fā)展速度，我國的科研人員做了多項(xiàng)研究，并提出了一些防治反射裂縫的方法。這些方法大致可以分為三大類，即改善瀝青加鋪層性能、設(shè)置中間夾層和增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)層。

2.1 改善瀝青加鋪層性能

改善城市化公路交叉口“白加黑”路面瀝青加鋪層的性能，主要是為了提高加鋪層的整體抗拉能力和抗變形能力。在改善瀝青加鋪層性能方面，我國常用的方法有以下3種：①改變?yōu)r青混合料的級配，采用品質(zhì)、性能較好的瀝青；②在混合料中摻加纖維、高黏彈性材料；③增加面層厚度。

2.2 設(shè)置中間夾層

在城市化公路交叉口“白加黑”路面設(shè)置中間夾層是指在基層與加鋪層之間增加抗拉夾層。設(shè)置中間夾層可以使水泥混凝土板接縫的變化及相鄰板邊的豎向位移被夾層吸收。常用的夾層材料有土工布和土工格柵等。

2.3 增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)層

在城市化公路交叉口“白加黑”路面增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)層是指在原水泥混凝土路面上鋪設(shè)補(bǔ)強(qiáng)層，然后再加鋪瀝青面層，目的是降低裂縫反射程度。

3 “白加黑”路面結(jié)構(gòu)分析

在城市道路建設(shè)中，交叉口路面結(jié)構(gòu)的組合形式既關(guān)系到路面的使用年限，也關(guān)系到路面功能的發(fā)揮，同時也與工程造價息息相關(guān)。因此，在鋪設(shè)路面時要考慮多種因素，比如當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鳌⒔煌ê奢d量和交叉口位置的特殊性。

3.1 加鋪層厚度及力學(xué)分析

目前，加鋪層厚度的計(jì)算方法主要有COE經(jīng)驗(yàn)法、美國地瀝青學(xué)會法、AASHTO經(jīng)驗(yàn)法和有效厚度法。COE經(jīng)驗(yàn)法是通過對使用多年的路面進(jìn)行分析，得出舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，根據(jù)公式計(jì)算加鋪層的厚度。通常，加鋪層厚度約為8 cm。美國地瀝青學(xué)會法是對水泥混凝土板進(jìn)行分析，在有限大板和平均溫度相差34 ℃的情況下，加鋪的瀝青混凝土厚度不能低于11 cm。AASHTO經(jīng)驗(yàn)法采用補(bǔ)強(qiáng)厚度計(jì)算，計(jì)算出的平均厚度為18 cm。我國的“白加黑”路面鋪設(shè)厚度還沒有形成規(guī)范，各地根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和使用實(shí)際情況確定加鋪層厚度。由于各地的氣候條件不同，采用上述四種測試方法所得的結(jié)果也有差異。另外，對交叉口路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時，所選取的各層材料的計(jì)算參數(shù)是不同的，詳細(xì)參數(shù)如表1所示。其中，材料模量的選取要考慮改性和非改性因素，借鑒規(guī)范的推薦值，模量的取值為一個范圍。

3.2 “白加黑”路面結(jié)構(gòu)的有限元力學(xué)分析

通過對“白加黑”路面結(jié)構(gòu)的有限元力學(xué)分析，可以計(jì)算路面多層體系內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，并且可以檢驗(yàn)路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。瀝青路面的結(jié)構(gòu)組成較為復(fù)雜，雖然各個結(jié)構(gòu)層都用集料與黏結(jié)料混合組成，但是集料的級配和黏結(jié)料的類型不同，所體現(xiàn)的彈性模量也會有很大的差別。汽車超載、重載會使累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載增大，導(dǎo)致公路路面過早出現(xiàn)病害，因此必須對超載進(jìn)行受力分析。通過有限元力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，垂直荷載對路面結(jié)構(gòu)的影響與荷載大小成正比——軸載越大，面層內(nèi)壓應(yīng)力數(shù)值越大，影響范圍越廣，越容易產(chǎn)生殘余的壓縮變形。另外，瀝青混凝土加鋪層的最大剪應(yīng)力位置一般出現(xiàn)在舊水泥路面的中間位置，因此，瀝青加鋪層的中間位置會形成明顯的剪應(yīng)力。

4 結(jié)束語

城市道路交叉口采用“白加黑”的方法有利于施工的順利進(jìn)行和路面使用性能的提升。施工時，應(yīng)先加固、維修原來的水泥混凝土路面，且在滿足規(guī)范要求后才能加鋪瀝青混合料。總之，我們需要對“白加黑”路面進(jìn)行深入的研究，從而保障交通運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展。

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〔編輯：劉曉芳〕