吳曉雯
(深圳市市政工程咨詢中心有限公司,廣東 深圳 518000)
對(duì)于城市快速路面而言,應(yīng)具備較好的路面平整度以及使用性能等,各項(xiàng)指標(biāo)均應(yīng)該符合安全使用標(biāo)準(zhǔn),本文以某地區(qū)的城市快速路為例,詳細(xì)分析其瀝青路面的使用現(xiàn)狀。得出原路面平整度指數(shù)對(duì)比差異明顯,因此,為保證車輛行駛的安全性,應(yīng)采取有效措施進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)(見表1)。
表1 不同路面原有結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用現(xiàn)狀
對(duì)于一般面路而言,大型貨車、集裝箱貨車、特大型貨車流動(dòng)量大都會(huì)造成路面出現(xiàn)裂縫的情況,同時(shí)路面也會(huì)因貨車長時(shí)間出行而導(dǎo)致路面的韌性在不斷下降。在實(shí)際針對(duì)城市快速路路面結(jié)構(gòu)性能展開預(yù)估的過程中,需要充分帶入計(jì)算方式,具體計(jì)算方式如下
(1)
在(公式)中,Nf1代表的是Nf1為瀝青混合料層疲勞壽命,單位為軸次;εα代表的是瀝青混合料層層底拉應(yīng)變(10-6);kT1代表是的溫度調(diào)整系數(shù)。當(dāng)該地區(qū)城市快速路面層厚度為10 cm時(shí),瀝青面層層底拉應(yīng)變?yōu)?.1×10-4;Ea為瀝青混合料20 ℃時(shí)的動(dòng)態(tài)模量,MPa;VFA為瀝青混合料的飽和度(%);ha為瀝青混合料層厚度單位為mm。
①車轍深度預(yù)估模型。通過對(duì)瀝青層永久變形預(yù)估模型的實(shí)際構(gòu)建進(jìn)行分析,總結(jié)并創(chuàng)建出車轍深度預(yù)估模型,用于開展實(shí)際的試驗(yàn)評(píng)估。
通過開展車轍試驗(yàn),從而得出不同瀝青混合料下,路面的永久變形量,根據(jù)公式(2)以及公式(3),進(jìn)行分層永久變形量以及總變形量的計(jì)算。為保證實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)車轍隆起以及變形偏差等情況進(jìn)行考慮,引入綜合修正系數(shù)K。
(2)
(3)
如公式(2)、(3)所示:Rα表示永久變形量,單位為mm;Rαi表示分層i的永久變形量;單位為mm;K表示的是綜合修正系數(shù);μ表示的是輪跡橫向分布系數(shù),對(duì)于城市快速路而言,取0.45即可;T表示的是瀝青層永久變形等效溫度,通過試驗(yàn)地區(qū)的氣溫狀況與地理位置等,T值取26.3 ℃;h0表示瀝青混合料層厚度,單位是mm,隨后通過公式(4)至公式(6)開展實(shí)際計(jì)算。
Ki=(C1+C2·Zi)·0.9731Zi
(4)
C1=-1.01×10-4ha2+9.79×10-2ha-17.342
(5)
C2=1.05×10-6ha2-2.686×10-3ha+1.079 8
(6)
如公式(4)、(5)、(6)所示:C1與C2表示常數(shù),Zi表示參數(shù)。
②路面結(jié)構(gòu)車轍預(yù)估。
通過實(shí)際的計(jì)算,最終計(jì)算出道路瀝青層的各分層壓應(yīng)力,分別應(yīng)用P1、P2、P3、P4、P5進(jìn)行表示,見表2。
表2 得出的P1、P2、P3、P4、P5值(MPa)
在表2中可見P1、P2、P3、P4、P5的實(shí)際值,隨后根據(jù)計(jì)算結(jié)果來選擇相應(yīng)的取值規(guī)則,由上至下的各類分層內(nèi)的深度取值主要分為:15 mm、30 mm、50 mm、70 mm、90 mm,同時(shí)可以將C1與C2的實(shí)際計(jì)算結(jié)果(C1=-7.912 4,C2=0.772 6)帶入至公式(3)中,這樣就可以得到5個(gè)分層永久變形修正系數(shù)值,見表3。
表3 Ki計(jì)算結(jié)果
③具體評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)研究。在實(shí)際針對(duì)永久變形的車轍深度,就需要根據(jù)路面車轍養(yǎng)護(hù)的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)來展開分析與研究,同時(shí)還需要根據(jù)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)且完善實(shí)際養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。
根據(jù)實(shí)際調(diào)查結(jié)果顯示,城市快速路所采用的施工結(jié)構(gòu)屬于雙層面層結(jié)構(gòu),其實(shí)際厚度為9~15 cm,這其中上面層的厚度約4 cm,下面層的厚度約5~11 cm。在實(shí)際針對(duì)城市快速路結(jié)構(gòu)方案展開研究的過程中,基于雙層面層結(jié)構(gòu),可以通過采用多種路面層組合的方式來展開結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),同時(shí)在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中可以充分運(yùn)用Abaqus有限元來展開建模設(shè)計(jì)與計(jì)算。在本次計(jì)算的過程中,主要選取3種具有較高代表性的下面層厚度與對(duì)應(yīng)的下面層模量來展開建模。具體建模結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)情況如表5所示。
表5 路面結(jié)構(gòu)層厚度及材料參數(shù)
根據(jù)載荷應(yīng)力等效原則,得出矩形均布荷載,矩形內(nèi)側(cè)邊緣的間距為12.8 cm,模型尺寸及網(wǎng)格劃分見圖1。
圖1 方案一最大水平拉應(yīng)力
水平力按豎向力乘0.7的系數(shù)計(jì)算,考慮最不利計(jì)算工況,將表1中瀝青路面層厚度、車輛荷載、混合料模量正交組合,得出子方案,方案一、二、三分別對(duì)應(yīng)下面層厚度為5 cm、6 cm、7 cm。
經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),該地區(qū)干線路面主要病害為車轍,而剪應(yīng)力是導(dǎo)致車轍病害嚴(yán)重的主要因素。以圖1~圖3的最大剪切應(yīng)力隨下面層模量變化進(jìn)行分析。
圖2 方案二最大水平拉應(yīng)力
圖3 方案三最大水平拉應(yīng)力
在垂直荷載與水平荷載的綜合作用下,會(huì)使路面結(jié)構(gòu)層承受較大的層間剪應(yīng)力,若在混合料抗剪強(qiáng)度之上,會(huì)出現(xiàn)車轍、擁包等不良問題。從3個(gè)方案可以看出,無論何種路面結(jié)構(gòu)組合形式,瀝青面層中最大剪應(yīng)力均隨下面層模量的增大持續(xù)增大;最大剪應(yīng)變均隨下面層模量的增加而降低,表明下面層模量的提高有利于改善城市快速路路面結(jié)構(gòu)抗變形能力,提升使用性能。
道路結(jié)構(gòu)層組合存在較多的類型,現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的有以下幾種:第一種為混合式瀝青路面;第二種為全厚式瀝青路面;第三種為半剛性基層加瀝青路面;第四種為剛性基層+瀝青路面,實(shí)際選擇中,應(yīng)按照建設(shè)位置的地質(zhì)情況進(jìn)行選擇,以上幾種路面結(jié)構(gòu)中半剛性基層加瀝青路面結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的,其造價(jià)較為低廉,因?yàn)?,半剛性基層幾乎承?dān)了路面的全部荷載,所以,路面的使用壽命與半剛層基層有著直接的關(guān)系。四種結(jié)構(gòu)層組合自身存在不同的優(yōu)勢(shì)與不足,如,對(duì)于全厚式瀝青路面而言,其選擇的瀝青穩(wěn)定材料具備較好的粘合性及彈性,這種材料形成的瀝青層,可對(duì)半剛性基層起到有效的保護(hù)作用,降低損傷情況的發(fā)生,提升了實(shí)際的使用壽命,同時(shí),維修較為簡單、便捷,不過會(huì)有較高的造價(jià)成本。而對(duì)于第四種路面結(jié)構(gòu)形式,應(yīng)用到的是素混凝土或者鋼筋混凝土,與半剛性基層存在明顯的差異,其具備較好的道路承重性,不過因?yàn)榛炷恋膭傂源螅鶗?huì)出現(xiàn)道路斷層開裂問題,在道路維護(hù)及人力投入上存在較高的成本。所以,要從建設(shè)位置的實(shí)際情況出發(fā),進(jìn)行結(jié)構(gòu)層組合的選擇,要同時(shí)考慮道路的穩(wěn)定性,還應(yīng)考慮成本支出問題。
根據(jù)基層材料性質(zhì)的不同,可劃分出不同的路面結(jié)構(gòu)類型,通??煞譃橐韵聨追N:第一種路面結(jié)構(gòu)類型為水泥混凝土基層瀝青路面;第二種路面結(jié)構(gòu)類型為粒料類基層瀝青路面;第三種路面結(jié)構(gòu)類型為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層瀝青路面;第四種路面結(jié)構(gòu)類型為瀝青混合料基層瀝青路面, 可依據(jù)交通荷載等級(jí)做出實(shí)際的選擇?,F(xiàn)階段,在我國城市快速路建設(shè)中,通常選擇較多的是瀝青混合材料的路面,對(duì)于路面承重能力的提高,往往通過提升路面回彈彎沉治及路面與土層拉力的方式實(shí)現(xiàn),通過這種方式進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),會(huì)保證道路的穩(wěn)固性。需要以當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選擇路面設(shè)計(jì)用到的材料,由于進(jìn)行城市快速路修建的區(qū)域多雨潮濕,因此,通常會(huì)選擇新型組合式瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)。對(duì)于新型路面結(jié)構(gòu)而言,其組成部分包括:抗滑層、中面層、粘層、瀝青穩(wěn)定碎石層、級(jí)配碎石基層、水泥穩(wěn)定碎石底基層、下封層等,實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,需要從實(shí)際情況出發(fā),確定出最佳的設(shè)計(jì)方案。
對(duì)于道路結(jié)構(gòu)排水而言,需要將重點(diǎn)放在以下內(nèi)容上:首先,路面滲水率的降低;其次,若路面結(jié)構(gòu)中有水滲入,應(yīng)及時(shí)的將其排出,以防止不良情況的出現(xiàn)。設(shè)計(jì)路面排水時(shí),應(yīng)保持第一層具備良好的防水性,從而保證雨水不會(huì)滲透到道路下部結(jié)構(gòu)中,便于雨水的排出,此外,也可以選擇空隙大的瀝青碎石作為道路的基層材料,這一方式也會(huì)利于雨水的排出,不過長時(shí)間的滲入排水,不利于路基的使用壽命,為解決這一問題,需要將道路基層封閉,將瀝青薄膜鋪設(shè)于路面表層,并在;路段中間位置處進(jìn)行排水溝的設(shè)計(jì),可有效較少路面雨水,同時(shí),也會(huì)保證下滲水的及時(shí)排出。若城市快速路處于軟土地基上,隨著使用時(shí)間的增加,會(huì)產(chǎn)生一定的沉降,所以,為使水順利排出,滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的情況下應(yīng)設(shè)置較大的橫坡值。
綜上所述,在我國自身實(shí)力不斷增強(qiáng)的今天,道路建設(shè)行業(yè)得以突飛猛進(jìn)的發(fā)展,這一環(huán)境下,如何提升市政道路施工質(zhì)量已經(jīng)成為各界關(guān)注的關(guān)鍵問題。瀝青混凝土技術(shù)應(yīng)用于市政道路中,一方面有效提升了道路的應(yīng)用性能,另一方面也在一定晨讀上提升了道路的整體強(qiáng)度,有效保證市政道路質(zhì)量的同時(shí),還使車輛行駛更具安全性,所以,道路建設(shè)單位應(yīng)不斷強(qiáng)化瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),進(jìn)而有效促進(jìn)我國道路建設(shè)的可持續(xù)性發(fā)展。