２０１３年第４期
廣東公路交通
總第１２７期
文章編號
山區高速公路水泥混凝土路面加鋪瀝青結構層設計
關志深 ，曾俊標
（１．長安大學公路學院，西安７１００６４；２．廣東華美加工程顧問****，廣州５１０６２７）
摘要：結合梅河高速公路瀝青混凝￣ａｎ鋪罩面工程，在各種基礎資料調查的基礎上，根據舊水泥混凝土路面上加鋪結構設計的原則，採用數值分析軟體ａｎｓｙｓ對不同縱坡、不同加鋪層厚度的瀝青混凝土加鋪層最大應力進行詳細分析，介紹水泥混凝土路面瀝青加鋪結構層的設計。關鍵詞：
水泥混凝土路面；瀝青路面；結構設計
中圖分類號：ｕ４１６．０２
文獻標識碼：ｂ
０ 引言
梅河高速公路全長１１８．４１ｋｍ，其路面結構為２８ｃｍ水泥混凝土面層水泥穩定碎石＋２０ｃｍ４％水泥穩定石屑＋１５ｃｍ未篩分碎石。該專案於２００５年１０月３０日建成通車，
１．２．１路面破損狀況
梅河高速公路水泥混凝土路面使用狀況良好，發生病害的路面板較少，其主要病害型別為斷
裂、橫向裂縫，其次為縱向裂縫和角隅病害。行車道、超車道中的斷裂板和重裂縫板分別佔其車道板數的而行車道、超車道中輕微裂
是２００５年度建成的廣東規模最大的山區新建高速公路。梅河高速公路位於廣東省粵東北山區，地形、地質條件極為複雜，並且位於**帶季風
縫板數分別佔其車道板數的
１．２．２板縫傳荷能力
區，受颱風和東南季風的影響，年降雨量及瞬時降雨強度很大。本專案路面經過５年多時間的車輛行駛，路面服務水平有所下降，為進一步改善行車舒適性，提高路面服務水平，貫徹「預防性養護理念，節省全壽命養護成本」，對梅河高速公路水泥混凝土路面進行瀝青混凝土加鋪罩面。本文結合梅河高速公路水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土工程，介紹水泥混凝土路面瀝青加鋪結構層的設計。
採用ｆｗｄ對水泥混凝土面板板縫進行彎沉檢測，檢測結果表明板縫傳荷能力處於「優良」等級的佔５８．１％，「中」等級的佔２４．２％，「差、次」等級的佔１７．８％。
１．２．３面層幾何和力學引數
通過現場鑽取面層芯樣，測量芯樣厚度，並對
芯樣進行試驗劈裂強度試驗，經計算統計，得面板幾何和力學引數如表１。
表１面層幾何和力學引數試驗檢測結果
ｌ路面使用現狀
１．１交通量調查與**結果
通過對各收費站進出交通量計算統計，梅河高速公路雙向日混合交通量約７８００ ｎ／ａ，其中，三
ｋ０一ｋ２４ｋ２４一ｉ（５０ｋ５０一ｋ７３ｋ７３一ｋ９５
９２ｌ１ｏ
５．４５．４
類車及以上混合交通量佔４０％。經計算**，按
限超１０％考慮得梅河高速公路瀝青路面加鋪設計
計算年限內交通累計軸次為１．３ ｘ１０ 次。１．２路面使用狀況
ｌ０６７８
５．２５．１
作者簡介：關志深（１９８１一），男，漢，廣東陽江人，碩士研究生，工程師，主要從事道路工程技術諮詢與研發工作。
１６２０１３年第４期關志深山區高速公路水泥混凝土路面加鋪瀝青結構層設計總第１２７期
由面層幾何和力學引數試驗檢測結果表明，面層厚度和強度均滿足面層設計技術要求。
１．２．４基層頂面當量回彈模量檢測結果
選取代表性路段，採用ｆｗｄ對基層頂面當量回彈模量進行檢測，經計算分析得基層頂面當量回彈模量均值介於之間。同時，挖開代表性水泥混凝土面層後其見基層質量良好，圖１路面結構有限元模型
其質量與檢測強度結果基本相吻合。
表３水泥混凝土路面各結構層材料設計引數
１．２．５路面狀況技術評定結果
根據路面調查和檢測結果，對路面使用效能指數進行評定，結果如表２所示。
表２路面技術狀況評定結果
２．２有限元計算結果分析
經ａｎｓｙｓ有限元軟體計算可知，在瀝青加鋪
層厚度分別為４ｃｍ、９ｃｍ及１２ｅｍ時，不同作用荷載下不同縱坡坡度的瀝青混凝土最大應力見表４一
表６。２基於有限元加鋪層厚度計算分析
表４ ４ｃｍ厚瀝青混凝土加鋪層水平及豎向最大應力
從前述路面使用現狀的調查、檢測結果得知，
（單位：ｍｐａ）
目前路面整體使用狀況良好，路面結構層強度能施加荷載
坡度／（％）
滿足未來交通荷載的要求，由此確定水泥混凝土１２
３４５路面加鋪瀝青層的目的是為了改善水泥混凝土路水平剪應力
面表面功能為主，即改善行車舒適性、防水性和抗標準荷載
豎向剪應力
滑安全性。故從經濟角度考慮，路面加鋪厚度應
（０．７ｍｐａ）水平拉應力
採用技術合理的最小值。
豎向拉應力本文採用數值分析軟體ａｎｓｙｓ對標準荷載和水平剪應力
超載３０％兩種情況的荷載作用下，不同縱坡、不同
超載３０％豎向剪應力
加鋪層厚度的瀝青混凝土加鋪層最大應力進行詳（０．９１ｍｐａ）水平拉應力
細分析。
豎向拉應力
２．１有限元計算模型建立
採用ａｎｓｙｓ大型有限元通用軟體，建立了水
表５ ９ｃｍ厚瀝青混凝土加鋪層水平及豎向最大應力
泥混凝土板罩面結構的空間三維實體有限元模
（單位：ｍｐａ）
型。其中，路面結構採用ｓｏｌｉｄ６５單元進行離散，傳
施加荷載
坡度／（％）
力杆採用ｂｅａｍ４４單元進行離散，瀝青罩面層與１２３
４５水泥混凝土基層之間採用接觸單元進行模擬分
水平剪應力
析，模型共建立１５８７６個節點，１６３３２個單元，路面標準荷載
豎向剪應力
結構建立有限元模型如圖１所示。
（０．７ｍｐａ）水平拉應力
汽車輪載採用單軸雙輪標準荷載ｂｚｚ一１００，豎向拉應力
為便於有限元分析，汽車輪載採用１８．９ｃｍ ｘ
水平剪應力
１８．９ｃｍ的正方形垂直均布荷載模擬，雙輪間距超載３０％
豎向剪應力
３２ｃｍ，兩側輪隙間距為１８２ｃｍ，接觸壓應力為（０．９１ｍｐａ）水平拉應力
０．７ｍｐａ，路面各結構層引數如表３所示。
豎向拉應力
１７２０１３年第４期廣東公路交通總第１２７期
表６ １２ｃｍ厚瀝青混凝土加鋪層水平及豎向最大應力
（單位：ｍｐａ）
施加荷載
坡度／（％）１２
３４５水平剪應力
標準荷載
豎向剪應力
（０．７ｍｐａ）水平拉應力
豎向拉應力水平剪應力
超載３０％
豎向剪應力
（０．９１ｍｐａ）水平拉應力
豎向拉應力
從表４至表６可以看出，瀝青混凝土加鋪層的最大應力隨加鋪層厚度的減小而增大，隨坡度和荷載的增大而增大。
３加鋪層結構分析
３．１基於水平剪應力的加鋪層結構分析
常規的粘結材料拉拔強度一般在０．４ｍｐａ左右，因此，４ｃｍ厚加鋪層必須採用粘結強度更高的粘結材料，其單價較貴；９ｃｍ厚加鋪層在坡度大於
３％時需採用粘結度更高的粘結材料；１２ｅｒａ厚加鋪層可以採用常規的粘結材料。鑑於梅河高速公路現場縱坡大於３％的坡度路程較短，只有不到１０ｋｍ左右，故通過對比工程造價和使用效能，瀝青混凝土加鋪層厚度為９ｅｍ時較適宜。同時，根據
《公路瀝青路面施工技術規範對瀝青混凝土最低攤鋪厚度的要求，其加鋪層結構為４ｃｍａｃ一１３改性瀝青混凝土＋５ｅｍａｃ一２０
改性瀝青混凝土。
３．２基於水平拉應力的加鋪層結構分析
根據《公路瀝青路面設計規範
２００６）可知，瀝青混凝土材料的容許拉應力應
按式（１）和式（２）計算：
謄（１）式中：一路面結構層材料的容許拉應力／ｍｐａ；
一瀝青混凝土材料的極限劈裂強度／ｍｐａ；
一抗拉強度結構係數。
ｋｓ＝０．０９
／ａ（２）
式中：ⅳ 一設計年限內乙個車道累計當量軸次／
（次／車道）；
一公路等級係數，高速公路為１．０。
．１ｒ．
從公式（１）和公式（２）計算可知，瀝青混凝土材料的容許拉應力為０．３６３ｍｐａ。因此，結合表４至表６有限元計算結果可知，４ｃｍ厚加鋪層的瀝青混凝土材料的允許拉應力均小於層底最大拉應
力；９ｃｍ厚加鋪層的瀝青混凝土材料除坡度大於３％外，其允許拉應力均大於層底最大拉應力；１２ｅｒａ厚加鋪層的瀝青混凝土材料其允許拉應力均大於層底最大拉應力。鑑於梅河高速公路現場縱
坡大於３％的坡度路程較短，只有不到ｌｏｋｍ左右，故通過對比工程造價和使用效能，瀝青混凝土加鋪層厚度為９ｅｍ時較適宜。同時，根據《公路瀝青
路面施工技術規範對瀝青混凝
土最低攤鋪厚度的要求，其加鋪層結構為４ｅｍａｃ
一１３改性瀝青混凝土＋５ｅｍａｃ一２０改性瀝青混凝土。
故梅河高速公路瀝青加鋪層最終採用的結構
為４ｃｍａｃ一１３改性瀝青混凝土＋５ｃｍａｃ一２０改性瀝青混凝土。
４ 結論
截止目前，梅河高速公路加鋪後已通車１年多了，尚未出現任何病害，路面狀況良好。因此，通過梅河高速公路加鋪層結構設計，可以得到如下結論：
（１）舊水泥混凝土路面瀝青混凝土加鋪層的最大應力隨加鋪層厚度的減小而增大，隨坡度和荷載的增大而增大；
（２）４ｃｍ厚加鋪層必須採用粘結強度更高的粘結材料；９ｅｒａ厚加鋪層在坡度大於３％時需採用粘結度更高的粘結材料；１２ｃｍ厚加鋪層可以採用常規的粘結材料；
（３）４ｅｒａ厚加鋪層的瀝青混凝土材料的允許拉應力均小於層底最大拉應力；９ｃｍ厚加鋪層的瀝
青混凝土材料除坡度大於３％外，其允許拉應力均大於層底最大拉應力；１２ｃｍ厚加鋪層的瀝青混凝
土材料其允許拉應力均大於層底最大拉應力；
（４）山區高速公路舊水泥混凝土路面瀝青加
鋪層厚度採用９ｃｍ為宜。為增加瀝青混凝土力學效能，一般採用改性瀝青混凝土，即加鋪層結構為
４ｃｍａｃ一１３改性瀝青混凝土＋５ｃｍａｃ一２０改性瀝青混凝土。
參考文獻：
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（收稿日期鋤痧
驢（上接第１５頁）
５ 結語
依託汕揭高速公路瀝青路面工程，對表面層ｔｌａ改性瀝青混合料的施工技術和碾壓控制進行了**，得出以下結論：
（１）通過查詢國內外參考文獻，並考慮了路面的耐久性和經濟性，確定了價效比優良的ｔｌａ摻
面的壓實度。
（４）根據設計配合比結果進行了試驗路鋪築。現場檢測結果顯示，壓實度、厚度、平整度、構造深
度和滲水係數等使用效能均滿足質量控制標準的要求，從而驗證了碾壓工藝對路面施工效能的影響。
參考文獻：
量為３３％，同時確定了相應的技術指標要求。
（２）通過馬歇爾試驗對表面層ｔａｌ ａｃ一１６ｃ
［１］朱建軍．ｒｌａ湖改性瀝青施工工藝及注意事項［ｊ］．山西建築
配合比進行了設計，提出了合理的級配範圍，並按級配中值確定了設計配合比，得出了最佳油石比為５．２％。
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（收稿日期
（３）實踐證明，採用「兩步法」終壓收光不僅取得了良好的收光效果，還在一定程度上提高了路１９
水泥混凝土路面加鋪改造
現代公路 文 霍明欽 的，我困人鄭分路面 我國水泥混凝土路面存在的 的互補性加鋪方案，這種改造後的路面 還是水泥混凝上路 並在我舊交通運輸上據很承要的地 位。隨著交通壓力 益增人，汽車載重向重型化發展，而仃道路 二接近或超過使用壽命，使路面損壞加劇。為 達劍交通要求和減少資金投入，塒路面加鋪改造成為...
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水泥混凝土路面鋪築方案
本合同段收費站處路面為26cm厚水泥砼路面，混凝土由強制式拌和樓拌和，用混凝土攪拌運輸車運到澆築現場。施工前嚴格對水泥 粗集料 細集料 鋼筋等原材料進行質量檢測。並將施工工藝及質量保證措施 施工配合比報請監理工程師批准。基層施工完畢檢查 驗收合格後，方可進行水泥砼面板施工。1 施工準備 原材料的採購...