高温多雨区改扩建公路耐久性沥青路面设计_钟伟珊.pdf

-77-高温多雨区改扩建公路耐久性沥青路面设计钟伟珊（广东粤路勘察设计有限公司，广东 广州 510000）摘要：为了解决高温多雨区常规公路沥青路面存在的渗水系数较低问题，提高沥青路面的耐久透水性，设计了一种新的透水沥青路面。调整沥青路面混合料级配提高路面材料适配性，计算耐久透水性沥青路面荷载应力结构参数提高路面透水性，布设沥青路面防排水层提高路面耐久性，从而完成高温多雨区改扩建公路耐久性沥青路面设计。试验结果表明，设计的高温多雨区耐久透水性沥青路面的渗水系数较高，路面的耐久透水性较好，证明设计的路面性能良好。关键词：高温多雨；扩建；公路；耐久性；沥青；路面设计 中图分类号：U416.217 文献标识码：ADesign of durable asphalt pavement for highway reconstruction and expansion in high temperature and rainy areasZHONG Weishan（Guangdong Yuelu Survey and Design Co.,Ltd.,Guangdong Guangzhou 510000 China）Abstract:In order to solve the problem of low seepage coefficient of conventional highway asphalt pavement in high temperature and rainy areas and improve the durability and permeability of asphalt pavement,a new permeable asphalt pavement needs to be designed.Adjust the gradation of asphalt pavement mixture to improve the adaptability of pavement materials.Calculate the structural parameters of load stress of durable permeable asphalt pavement to improve the permeability of pavement.The waterproof and drainage layer of asphalt pavement is laid to improve the durability of pavement,so as to complete the design of durability asphalt pavement for highway reconstruction and expansion in high-temperature and rainy areas.The experimental results show that the designed durable permeable asphalt pavement in high-temperature and rainy areas has a high permeability coefficient and a good durable permeability,which proves that the designed pavement has good performance and has certain application value,and can be used as a reference for the subsequent pavement in other wet areas.Key words:high temperature and rainy;extension;highway;durability;asphalt;pavement design引言路面结构是交通运输的承载主体1，其性能直接影响交通运输的有效性，但受不同区域环境的影响，部分高温多雨区域铺设的路面透水性较差2，耐久性不足，经常出现严重的路面损坏问题，极容易引发交通事故，带来不可估量的损失，甚至造成人员伤亡3。在这种情况下必须设计一种新的沥青路面，提高路面的耐久性和透水性。沥青路面属于一种柔性路面4，早在十九世纪初期，我国就开始在上海铺设沥青路面，到了二十世纪初期，沥青路面在我国各个区域分布均较广泛5。在高温多雨区域，长期的降雨会使大量的雨水流入沥青路面的缝隙，一旦路面的透水性不足6，会造成严重的雨水堆积，不仅腐蚀原本的路面结构，还容易引发严重的交通事故。1 高温多雨区耐久透水性沥青路面优化设计1.1 调整沥青路面混合料级配首先需要明确沥青混合料设计原则，想提高路面的透水率7，快速地进行路面排水，必须增大沥青路面表面的空隙率。设计的沥青路面使用骨架-空隙结构作为沥青路面的核心组成结构，该结构的空隙率较高，黏合性较强，更满足高温多雨区域的路面铺设需求。在调整沥青路面混合料级配时，要根据区域的实际降雨量选取合适的级配参数，添加收稿日期：2022-05-18作者简介：钟伟珊（1991），女，广东河源人，研究方向为路桥工程。钟伟珊：高温多雨区改扩建公路耐久性沥青路面设计-78-适量的增黏剂。主要使用 SBSI-C 改性沥青作为路面主结构，添加了 10 15 mm 的玄武岩8，将两者混合后，为了提高混合料级配的适配性，对主要技术指标进行测试。为了提高沥青路面的黏合性，添加纤维稳定剂和黏合剂，并根据路面的配比要求掺加一定比例的木质纤维。全部混合料混合完毕后，需要均匀进行搅拌，进行级配初选，确定此时沥青路面混合料的空隙率9，判断其是否满足级配要求。不同的铺设规范对混合料的级配要求不同，因此在确定混合料配比后需要反复进行调试，测试合成选配见图 1。筛孔（mm）级配（）01020304050204060规范上限规范下限实际级配604020010 20 30 40 50级配/%筛孔/mm规范上限规范下限实际级配图 1 合成选配由图 1 可知，合成的混合料级配在透水沥青路面技术规程（CJJ/T 1902012）上限和下限之间，证明其符合路面设计需求，反之需要重新进行调试，最大程度上提高路面材料适配性。1.2 计算耐久透水性沥青路面荷载应力结构参数透水性较差的沥青路面荷载会迅速下降，导致耐久性降低，因此，为了提高设计沥青路面的综合性能，计算其荷载应力结构参数。目前大部分沥青路面的荷载均为单轴轴载，受路面材料拉力的影响，此时标准应力轴载：121KINCCn=.（1）式中：121KINCCn=轴载系数；121KINCCn=轮组系数；121KINCCn=各级轴载参数。不同等级的荷载对路面的作用应力存在较大差异，为了提高应力结构参数的计算有效性，计算轴载作用次数：8i121sKIPfCCp=.（2）式中：Pi标准轴载，kN；8i121sKIPfCCp=车辆轴载参数。结合轴载及作用次数可以计算路面荷载应力结构参数：(1)1365trN+=.（3）式中：(1)1365trN+=车道系数；t路面使用参数。根据路面结构设计标准可知，路面变形与沉降相关，因此，需要排除沉降对应力结构设计的影响，此时的沉降基层厚度：2Ec600dNA=.（4）式中：2Ec600dNA=公路等级系数；2Ec600dNA=路面结构类型。为了保证沥青路面结构的有效性，计算路面各层结构的容许压力：KPS/PK=.（5）式中：KPS/PK=路面表层结构压力，kPa；KPS/PK=极限劈裂强度，MPa。根据计算系数，可以有效对沥青路面结构进行优化，最大程度上提高路面结构的耐久性。1.3 布设沥青路面防排水层为了提高沥青路面的耐久性，避免其受雨水侵蚀，还需要布设沥青路面防水层。根据沥青路面的防水原则设计了路面排水层，见图 2。排水层排水层图 2 沥青路面排水层由图 2 可知，布置的沥青路面排水层位于沥青路面的边缘，当路面水流量过高时，可以有效地拦截多余水量，将其引流至其他平缓地带，降低路面水损伤总值，提高路面的耐久性。若布置的路面排水层过高，可能会出现过度拦截问题，因此设计的路面预先使用水深流量计算公式确定区域水流量，再根据路面布设的位置确定排水层总高度，提高排水层的有效性，使降雨能集中地由泄水口 排出。2 试验部分2.1 试验准备根据改扩建公路的铺设要求及组成结构，在某高速公路附近铺筑一条试验路段，试验路段南侧桩号为 K0+000+775；北侧桩号为 K0+000+445。为了提高试验的对比性，共分为两个测试区，一个区域使用优化设计后的沥青路面，另一个区域使用原始的沥青路面。两个区域除了路面铺设结构差异外，其他环境指标需要始终保持一致，避免出现试验偏差，两个路段均使用 EOS 进行路基填筑，并在铺设后对铺设路面的各个组成部分进行了分层检测，铺筑的试验路面见图 3。2022 年第 6 期山东交通科技-79-原有沥青路面优化设计后的沥青路面K0+000+775K0+000+445EPS续筑路基土路基半柔基层路段EPS填筑路基拓宽部分K0+000+775K0+000+445EPSEPS图 3 试验路面优化设计后的沥青路面原有沥青路面拓宽部分填筑路基土路基半柔基层路段续筑路基由图 3 可知，试验路面内两个不同的试验区域的路面结构存在明显差异。为了降低性能检测的平均误差，在试验前需要将上述两个试验区域路面均划分为 10 个不同的性能检测段，原有沥青路面称为A 区，优化设计后的沥青路面称为 B 区，这些性能检测段的试验性能参数见表 1。表 1 试验性能参数路段编号FWD 弯沉/mm抗滑摆 值/BPN路段编号FWD 弯沉/mm抗滑摆 值/BPNA17.5528.926B17.5268.936A27.6128.558B27.6588.553A35.4558.425B35.4428.469A45.5138.236B45.5268.229A56.2627.144B56.2357.126A66.5847.598B66.5867.586A76.3257.462B76.3447.498A84.5217.225B84.5297.222A94.8446.595B94.8266.588A103.2665.458B103.2985.454由表1可知，性能检测段的试验性能参数相近，符合检测需求。除了试验参数外，路段的接缝瞄固方法也需要符合常规标准，针对横向的施工缝，需要使用平缝法进行连接；纵向的施工缝需要使用纵缝代替拉杆连接。端部瞄固时，要根据现场实际铺设状态设计相关的瞄固方案，再使用凸型地瞄梁完成瞄固。在试验过程中，受路面综合荷载限制，各个铺设因素之间可能会相互影响，不利于后续试验，因此使用 GAWU225 路面分析工具初拟路面结构，对现有的路面结构进行重组，此时不同层的组合参数见表 2。表 2 重组后各结构层参数结构层 材料类型 后续选取/cm模量选取/MPa上面层PA-1341 000、2 000、4 000、3 200中面层HMA6、81 000、2 000、4 000、8 000、16 000下面层ATB8、12、16800、1 600、3 200、6 400上基层 水稳碎石206 000、8 000、10 000、12 000下基层 水稳碎石20、256 000、8 000、10 000、12 000路基混合土-10、30、50、70、90由表 2 可知，重组结构层参数的模量不同，可以根据模量变化范围选取铺设材料弯拉强度，模量为 6 000 MPa 的 弯 降 强 度 取 值 为 0.885；模 量 为 8 000 MPa 的弯降强度取值为 1.185；模量为 10 000 MPa的弯降强度取值为 1.452；模量为 12 000 MPa 的弯降强度取值为 1.722，根据参数，可以设计渗水系数：2DtKW=2DtKW=.（6）式中：D单位时间渗水量，mL/min；t渗水时间，min；