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      瀝青混凝土路面結構設計探析

      2020-10-21 06:18:58楊亦丁
      建筑與裝飾 2020年2期
      關鍵詞:設計要求工程案例瀝青混凝土路面

      楊亦丁

      摘 要 近年來我國公路網(wǎng)絡中瀝青路面的應用越加廣泛,逐漸占據(jù)了核心地位,其在平整度、抗變形以及維修便利性方面具有顯著優(yōu)勢。本文首先對瀝青混凝土路面設計要求進行了簡要介紹,其后具體探討了瀝青混凝土路面結構設計要點,最后圍繞工程案例展開論述,以期可供參考。

      關鍵詞 瀝青混凝土路面;結構設計;設計要求;工程案例

      引言

      隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,區(qū)域交通越加繁忙,不僅表現(xiàn)在交通量的增加,也有重載交通占比的增多,由此對路面性能提出了更高的要求。本文研究對象為瀝青混凝土路面,需嚴格根據(jù)區(qū)域環(huán)境、交通調查結果等確定路面結構方案,科學選擇材料、計算各項參數(shù),保證路面整體性能滿足要求的同時,提高其經(jīng)濟性,真正獲得最優(yōu)方案。

      1瀝青混凝土路面設計要求

      現(xiàn)代公路修建中,面臨著大交通量、重載等問題,不少公路出現(xiàn)了尚未達到正常使用年限,就出現(xiàn)了嚴重損壞,如擁包、沉陷、坑槽、嚴重裂縫等等,必須進行大中修,嚴重影響正常交通。對此,為保證公路正常運營,減少養(yǎng)護維修費用,必須要對瀝青路面受力、損壞 機理進行分析,科學開展瀝青混凝土路面結構設計,保證路面性能滿足規(guī)范與實際使用要求。

      瀝青混凝土路面設計過程中,應做好公路沿線氣候、自然條件以及交通情況的調查工作,綜合確定路面性能要求,并根據(jù)路面結構組合力學與使用性能開展綜合設計,保證瀝青路面耐久性、安全性、經(jīng)濟性[1]。

      2瀝青混凝土路面結構設計要點

      2.1 結構層功能要求

      瀝青路面各個結構層設計要求歸納如下:①面層:面層直接受到外界環(huán)境影響、承受各種荷載,極易出現(xiàn)各種病害問題,對其抗車轍、抗疲勞開裂、抗低溫開裂、抗水損壞等性能要求十分高。不同面層結構設計側重點不同,如:上面層—路面抗滑、低溫抗開裂性;中面層—抗車轍性;底層—密水性、疲勞開裂性。②基層:基層對水穩(wěn)性要求高,需根據(jù)實際情況選取瀝青路面的不同基層類型; ③墊層:主要用于改善土基的溫、濕度。

      2.2 結構層設計要點

      (1)材料選擇。不同結構層的功能要求不同,選擇合適的材料十分重要:①上面層:常用的有SBS改性瀝青、SMA瀝青、AC13 瀝青等,其中SBS改性瀝青穩(wěn)定好,抗車轍能力有限;SMA瀝青、AC13 瀝青在低溫抗裂、耐疲勞性等方面表現(xiàn)較好,具體需根據(jù)區(qū)域環(huán)境、路面需求進行合理選用。②中、下面層:中面層承受的剪應力較大,因此對材料性能要求也較高,美國規(guī)范中SMA-25、SMA-19為中、下面層材料推薦選擇,下面層以粗粒式瀝青混凝土為宜,可有效避免自由水滯留,此外也可選用橡膠瀝青作為結合料,有效提高中、下面層性能,經(jīng)濟性較好;③基層:包括半剛性基層、柔性基層、剛性基層、組合式基層等,半剛性基層包括水泥穩(wěn)定類、石灰粉煤灰穩(wěn)定類,可通過改變水泥摻量調整基層剛性;組合式基層,采用瀝青碎石層,常用材料有ATB-25、ATB-30,其排水性能較好,可有效遏制溫縮、反射裂縫等。④層間材料:此為改善結構層間接觸狀態(tài)的重要部分,包括透層、封層、粘層,推薦材料有SBR改性乳化瀝青、橡膠瀝青、陽離子中裂乳化瀝青等。

      (2)路面結構組合設計。瀝青混凝土路面結構是一個整體,因此必須要進行綜合分析與優(yōu)化設計,確定結構方案,主要考量因素包括:交通量、重載交通比例、當?shù)貧夂?、建設資金、施工條件等,切實延長路面使用壽命、提高經(jīng)濟性[2]。

      根據(jù)已有的結構方案,采用彎沉指標對路面結構層厚度進行初步設計,綜合環(huán)境、材料性能參數(shù)的影響,從力學、使用性能等方面的要求出發(fā),對結構組合方案進行驗證;最后開展極限壽命、全壽命費用分析,取得最優(yōu)方案。

      3工程實例

      3.1 項目背景

      本文主要以某公路工程項目瀝青混凝土路面結構設計為例展開分析,此項目在區(qū)域運輸網(wǎng)絡中占據(jù)著重要地位。根據(jù)調查顯示,近些年區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展較快,公路交通量快速增長,尤其是重載交通特性比較明顯,對此在進行瀝青混凝土路面結構設計時,要求高、難度大,在保證路面性能與使用壽命的同時,需控制好成本問題,保證最終路面方案技術經(jīng)濟性良好[3]。

      3.2 路面結構方案比選

      本項目在充分參考已建公路設計經(jīng)驗的基礎上,結合區(qū)域筑路材料特點、工程質量與效益等進行綜合分析,初步確定采用以半剛性基層瀝青路面為主導的路面結構。

      (1)結構方案比選。本項目初期設計階段,對水泥混凝土與瀝青混凝土路面兩種方案進行了比選,具體分析如下:方案一:瀝青混凝土路面:路面平整、噪音小;路基變形適應性強;維修養(yǎng)護便利;方案二:水泥混凝土路面:路面強度高,耐久性好;造價較低;路基變形適應性較弱;維修養(yǎng)護難度大。

      通過兩種方案的優(yōu)缺點綜合分析,確定采用瀝青混凝土路面。

      (2)面層方案比選。本項目在面層材料選擇上,初步確定了兩種材料,具體分析如下:方案一:中粒式密級配瀝青混凝土(AC-16):此材料的優(yōu)點在于抗滑性、防水性好,且設計、施工方案相對成熟,造價較低;但是在耐久性、水穩(wěn)定性方面存在一定不足[4];方案二:瀝青馬蹄脂碎石混合料(SMA-13):此材料的優(yōu)點在于抗滑性、抗高溫變形與低溫開裂性均較好,尤其適用于高溫多雨區(qū)域;但是此材料施工要求高,造價也相對較高。

      結合項目實際情況,經(jīng)綜合分析后決定選用AC-16,同時在考慮路面性能要求的基礎上,本項目提出采用兩層瀝青混凝土路面。

      (3)基層方案比選?;鶎邮侵匾某兄貙?,強度、水穩(wěn)方面要求高,本項目初步確定兩種方案,具體分析如下:方案一: ATB-30 柔性基層:此種材料在國內(nèi)應用廣泛,其主要優(yōu)勢在于可顯著減少反射裂縫,與面層呈現(xiàn)為一個良好的接觸狀態(tài),變形適應能力強;但是此種基層的強度方面相對較弱,承載力不強,易出現(xiàn)車轍,工程造價相對較高;方案二:水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層:此種基層的板體性十分好,提供了良好的承載力,在抗變形、抗凍、水穩(wěn)等方面表現(xiàn)優(yōu)異,同時其施工較為簡單、造價低;但是使用此種基層極易導致反射裂縫的出現(xiàn)。

      結合項目情況與性能要求,綜合分析后決定采用水泥穩(wěn)定碎石基層[5]。

      (4)底基層方案比選。在進行底基層方案設計與選擇時,抗疲勞、抗沖刷性能是優(yōu)先考慮因素,結合本地筑路材料情況,本項目決定采用水穩(wěn)碎石、水泥石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石兩種方案,具體分析如下:方案一:水穩(wěn)碎石:采用4%水泥配比方案,其早期強度高、抗沖刷性能好,同時取材方便、施工簡單;方案二:水泥石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石:配比方案2:5:13:80,其可有效減少干縮裂縫,造價低,但是初期強度不高,容易造成周邊污染。

      基于本項目交通情況分析顯示,重載車輛較多,因此推薦采用水穩(wěn)碎石基層,提供更為強大的承載力。

      3.3 路面結構設計情況

      本項目嚴格按照《公路瀝青路面設計規(guī)范》開展路面厚度計算、彎拉應力驗算,采用HPDS2011設計軟件開展設計計算,確定本項目瀝青混凝土路面總厚度為84cm,具體結構設計情況見表1[6]。

      4結束語

      綜上所述,合理的瀝青路面結構設計,是減少道路早期損害的重要措施,不僅可延長道路使用壽命,也有利于減少維修費用,為區(qū)域交通正常運轉提供更好的保障。在進行瀝青路面結構設計時,需明確各個結構層功能要求,并據(jù)此開展各結構層方案選擇與組合設計,做好性能驗證與優(yōu)化工作,切實滿足實際功能需要,提高道路服務水平。

      參考文獻

      [1] 路鑫,梁武星.陜西省高速公路瀝青混凝土路面典型結構設計方法[J].公路,2013,58(12):27-30.

      [2] 黃小云.高等級公路瀝青混凝土路面結構設計[J].黑龍江交通科技,2016,39(9):18-19.

      [3] 馬建國.基于長壽命瀝青混凝土路面結構設計要點研究[J].黑龍江交通科技,2019,42(2):52-53.

      [4] 韋金城,余四新.青臨高速試驗路瀝青路面結構應變分析和永久變形預估[J].公路交通科技,2015,32(8):1-5.

      [5] 劉鵬程,翁興中,張廣顯,等.層間接觸對環(huán)氧瀝青混凝土復合道面結構性能的影響[J].材料導報,2015,29(6):139-144.

      [6] 薛忠軍,王春明,張偉,等.半剛性基層長壽命路面結構和材料設計研究[J].公路交通科技,2015,32,(10):37-42.

      作者簡介

      楊亦丁(1982-),男,貴州省福泉市;學歷:碩士,高級工程師,現(xiàn)就職單位:重慶市設計院,研究方向:主要從事市政道路橋梁設計。

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