張 生

福建省永信交通設計院有限公司（361022）

1 工程概況

2 舊瀝青路面現狀調查及評價

為全面了解舊路基路面結構的破損狀況、承載能力和交通狀況等， 設計前對舊路面進行詳細調查，并進行舊瀝青路面檢測及評價，由此提出具體的設計方案[1]。

2.1 交通量調查

根據交通量觀測與分析， 經計算當設計軸載ps=100 kN（最重軸載pm=150 kN）時，設計基準期內設計軸載累計作用次數為Ne=786 805 (軸次/車道)，根據交通荷載分級本路段屬于中等交通荷載等級。

2.2 舊瀝青路面結構調查與檢測

舊瀝青路基路面結構層經詳細調查， 其路基路面結構層厚度滿足要求， 舊瀝青路面彎沉采用貝克曼梁（后軸重100 kN 的車輛）檢測，測定結果本路段代表彎沉值ωO=23.8（0.01 mm），根據規(guī)范在舊柔性路面上加鋪混凝土面層路基路面綜合回彈模量按式Et=13 739ωO-1.04計算， 經過計算并綜合考慮各方面因素路基路面綜合回彈模量Et=500（MPa）。

2.3 舊瀝青路面病害調查

經現場調查既有路面瀝青老化比較嚴重， 粗骨料外露，但全線路基比較穩(wěn)固，整體強度較好，路面排水系統(tǒng)較完善，路面比較平整，無出現嚴重的沉陷、松散路段，舊瀝青路面出現的主要病害為龜裂、部分坑槽與松散。 既有路面情況如圖2 所示。

圖1 既有路面結構示意圖

圖2 路面坑槽、龜裂

2.4 舊瀝青路面評價

根據現場調查及舊路檢測結果，舊瀝青路面整體狀況良好，路面病害比較單一，主要以龜裂、坑槽為主，路面行駛質量指數（RQI）較差，路面損壞狀況指數（PCI）相對較好，通過對舊瀝青路面加鋪混凝土路面有效改善平整度，提高路面服務水平[2]。

3 設計方案分析

為提高路面結構承載力、 延長路面的使用壽命，提升道路使用功能，提升路面服務水平，且保證舊瀝青路面的最大化利用，以節(jié)約工程造價，提出新建混凝土路面、加鋪瀝青路面及加鋪混凝土路面三個設計方案， 經分析比較結合建設單位意見后，依據現行 《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTG D 40—2011）選用如下方案:對舊瀝青路面的坑槽用碎石修補，確保舊瀝青路面平整度后，可不設置隔離層直接在舊瀝青路面加鋪彎拉強度為4.5 MPa，厚度為22 cm 全幅式水泥混凝土路面。 路面結構設計圖如圖3 所示。

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4 舊瀝青路面加鋪混凝土路面設計

4.1 加鋪前舊瀝青路面病害處理

本路段舊路路基、路面基本都比較穩(wěn)固、平整，病害相對較少，在舊瀝青路面加鋪水泥混凝土路面前對病害進行處理:

1）舊路坑槽部分采用碎石修補平整，再加鋪水泥混凝土面層，以利于加鋪后水泥混凝土面層的受力。

2）對舊路面平整度影響不大的各種龜裂、松散等輕微病害不予處理，直接加鋪水泥混凝土面層。

3）對舊路輕微沉陷且高差相差不大、部分路面承載力彎沉突變等病害不予處理，直接加鋪水泥混凝土面層[3]。

4.2 水泥混凝土路面結構設計標準

水泥混凝土路面結構設計以面層板在設計基準期內，在行車荷載和溫度梯度作用下，不產生疲勞斷裂作為設計標準；并以最重軸載和最大溫度梯度綜合作用下，不產生極限斷裂作為驗算標準。 其極限狀態(tài)設計結果應滿足式（1）和式（2）的規(guī)定。

圖3 路面結構設計圖

式中:γr——可靠度系數；σpr——行車荷載疲勞應力（MPa）;σtr——溫度梯度疲勞應力（MPa）;σp,max——最大荷載應力 （MPa）；σt,max——最大溫度翹曲應力（MPa）；fr——水泥混凝土彎拉強度標準值（MPa）。

4.3 混凝土路面結構應力分析

4.3.1 力學模型

舊瀝青路面加鋪混凝土面層路面結構分析根據規(guī)范采用彈性地基單層板模型，混凝土面層板的臨界荷載位于縱縫邊緣中部。

4.3.2 彈性地基單層板荷載應力

1）計算普通混凝土面層的彎曲剛度Dc及相對剛度半徑r:

2） 按設計軸載ps=100 kN 和最重荷載pm=150 kN 分別計算其在臨界荷位處產生的荷載應力σps與σpm:

3）計算設計軸載和最重荷載在面層板臨界荷位處所產生的荷載疲勞應力σpr和最大荷載應力σp，max:

式中，按規(guī)范考慮接縫傳荷能力的應力折減系數kr=0.87；綜合系數kc=1.00；疲勞應力系數786 8050.057=2.168 （普通混凝土材料疲勞指數λ=0.057）。

4.3.3 彈性地基單層板溫度應力

1）計算綜合溫度翹曲應力和內應力的溫度應力系數BL:

式中， 普通混凝土板的橫縫間距即板長取L=5.0 m 計算。

2）計算最大溫度梯度時混凝土面層板最大溫度應力σt,max：

式中，混凝土線膨脹系數按規(guī)范粗集料類型為花崗巖取αc=10×10-6/℃， 最大溫度梯度標準值Tg=86 ℃/m 計算。

3）計算溫度疲勞應力系數kt:

式中，本項目自然區(qū)劃為Ⅳ區(qū)，回歸系數按規(guī)范取at=0.841,bt=1.323,ct=0.058。

4）計算在面層板臨界荷位處產生的溫度疲勞應力σtr:

4.3.4 結構極限狀態(tài)校核

經驗算校核，路面結構極限狀態(tài)滿足要求，設計方案采用在舊瀝青路面直接加鋪22 cm 厚水泥混凝土面層的技術方案是可行的，可以承受設計基準期內設計軸載荷載和溫度梯度的綜合疲勞作用，以及最重軸載在最大溫度梯度時的一次極限作用。

5 工程效果評價

本項目通車運營后，路況大為改觀，行車舒適度增加，使用至今已兩年多，從跟蹤調查情況看，道路路況良好，路面尚未發(fā)現裂縫及沉降，使用效果良好。 現狀路面如圖4 所示:

圖4 道路路況

6 結語

在舊瀝青路面加鋪混凝土路面，是改造舊瀝青路面行之有效的方法，此設計方法與新建混凝土路面相比，至少節(jié)省一層基層，節(jié)約造價，而且施工中對一般舊路面病害可不必處理，省掉些工序，直接加鋪，節(jié)省大量時間，有利于在不中斷交通的道路改擴建中推廣應用，也為在舊瀝青路面加鋪混凝土路面設計方面提供參考依據。