李婷婷

(中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 570100)

1 工程概況

本項(xiàng)目起點(diǎn)位于抱由鎮(zhèn)西南側(cè)，迎賓路與樂福南路交叉口北(K47+118)，順接迎賓大道，為六車道市政路。沿著現(xiàn)狀省道S313布線，線位基本與原路重合，經(jīng)掃水、抱由鎮(zhèn)綜合農(nóng)場、畜牧場、水梅村后，沿原毛九線線位穿越千家鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，繼續(xù)沿既有道路向南延伸，經(jīng)抱用村、溫仁村、跨越G98高速(利用現(xiàn)有橋梁)，終于已建九所鎮(zhèn)(K91+294.2)，與“九龍大道”市政路起點(diǎn)位置，路線全長44.176 km。

該項(xiàng)目采用共振碎石化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目前此類結(jié)構(gòu)路面實(shí)際工程較少，缺乏設(shè)計(jì)施工參考依據(jù)，本文基于《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50—2017)的驗(yàn)算方式，使用毛世懷公路路面設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)共振碎石化路面結(jié)構(gòu)彎沉進(jìn)行驗(yàn)算，比較其與正常、同等等級(jí)下瀝青混凝土路面的結(jié)構(gòu)彎沉，論證該項(xiàng)目共振碎石化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并闡述了碎石化施工工藝，供類似工程設(shè)計(jì)施工參考。

2 交通量計(jì)算

2.1 交通組成及交通量

按照相關(guān)規(guī)范[1]要求，不同車型折算系數(shù)如圖1所示。項(xiàng)目沿線千家交通量觀測站2019年1月～2019年6月的數(shù)據(jù)見表1。

圖1 不同車型折算系數(shù)示意

表1 千家觀測站2019年1～6月交通量情況

2.2 交通量計(jì)算

基于項(xiàng)目沿線千家交通量觀測站數(shù)據(jù)、采用二級(jí)公路交通模型預(yù)測，其中交通量計(jì)算參數(shù)取值見表2，車輛滿載率比例見圖2[2]。

表2 交通量計(jì)算參數(shù)取值情況表

圖2 車輛滿載率比例

計(jì)算得：在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)，設(shè)計(jì)車道大型客車和貨車交通量總計(jì)值預(yù)測為1.94×106輛，此類車型初始年的交通量計(jì)算值為379輛/日，所以毛久路設(shè)計(jì)交通荷載等級(jí)為輕。

開展瀝青混合料和無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞驗(yàn)算時(shí)，均取設(shè)計(jì)使用期內(nèi)的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)[3]，結(jié)算分別為3.21×106次和1.036×108次。

進(jìn)行瀝青混合料層永久變形量和路基頂面豎向壓應(yīng)變計(jì)算時(shí)，分別取通車至第一次車轍維修期限間的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)及設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)，計(jì)算結(jié)果分別為1.21×106次和4.59×106次。

3 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 共振碎石路面結(jié)構(gòu)計(jì)算

毛久線改造項(xiàng)目采用共振碎石化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此類路面結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中應(yīng)用就少[4]，本文在整理及了解該項(xiàng)目共振碎石化設(shè)計(jì)方案后，確定共振碎石化設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，共振碎石化層頂面模量要求不小于300 MPa。全厚度范圍內(nèi)碎石化層粒徑為8～20 cm，與路面形成35°～40°夾角。

(1)材料參數(shù)選擇

該改造工程路段各結(jié)構(gòu)層厚度及材料參數(shù)如圖3所示。

圖3 各層厚度及參數(shù)取值情況

(2)第3層無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗(yàn)算

根據(jù)原路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況，對(duì)該層面無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 第3層無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗(yàn)算

(3)第5層無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗(yàn)算

根據(jù)原路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況，對(duì)該路面無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 第5層無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗(yàn)算

(4)瀝青混合料層永久變形量驗(yàn)算

永久變形量計(jì)算的等效溫度為30.3 ℃，通車至第一次車轍維修期內(nèi)當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)為1.21×106軸次。分5層計(jì)算。第1層、第2層、第3層、第4層、第5層永久變形量計(jì)算結(jié)果分別為0.32、0.86、1.50、1.07和0.62 mm?？傋冃瘟繛?.37 mm，小于其允許值20 mm。

計(jì)算表明：瀝青混合料層永久變形量驗(yàn)算滿足要求。

(5)彎沉計(jì)算

第1層和第2層車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度技術(shù)要求分別為5 139次/mm和 2 412次/mm，根據(jù)文獻(xiàn)1相關(guān)條文規(guī)定，計(jì)算得到路表驗(yàn)收彎沉值為33/0.01 mm。

3.2 瀝青路面結(jié)構(gòu)計(jì)算

新建瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度及材料參數(shù)如圖4所示。

圖4 瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度及材料參數(shù)

在工況一致的情況下，經(jīng)計(jì)算：本結(jié)構(gòu)層無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗(yàn)算滿足設(shè)計(jì)要求，瀝青混合料層永久變形量滿足規(guī)范要求；路表驗(yàn)收彎沉值LA為36.8/0.01 mm。

3.3 結(jié)果對(duì)比

共振碎石路面和瀝青路面單位造價(jià)及竣工最大拉應(yīng)力和最大彎沉值對(duì)比見表5。

表5 共振碎石路面與瀝青路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性與力學(xué)性能對(duì)比

研究表明：本項(xiàng)目采用共振碎石化路面結(jié)構(gòu)，其各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，交工驗(yàn)收彎沉值滿足設(shè)計(jì)要求，略小于新建瀝青路面結(jié)構(gòu)層，且差值較少，不造成投資浪費(fèi)，該方案在實(shí)施及使用階段可實(shí)現(xiàn)良好的使用性能及經(jīng)濟(jì)效益。

4 共振碎石化施工工藝

4.1 碎石化層碾壓

碎化路面需首先采用碾壓性能滿足要求的壓路機(jī)壓實(shí)。為保證壓實(shí)質(zhì)量，應(yīng)避免過壓或少壓，嚴(yán)格按照規(guī)范要求的工藝進(jìn)行操作。碾壓順序和普通無機(jī)結(jié)合料路面相同，對(duì)于直線和不設(shè)超高的平曲線路段，從兩側(cè)路肩向中心開展，設(shè)超高的平曲線路段，從內(nèi)側(cè)向外側(cè)開展。

4.2 局部軟弱地段處治

碎石工藝實(shí)施后需立即清理該碎石層，加強(qiáng)低剛度區(qū)域，操作過程中需結(jié)合實(shí)際情況增設(shè)保護(hù)措施。

4.3 碎石化層清理

碎石表層碎塊尺寸需小于5 cm，否則需清理拋除，并回填尺寸性能滿足要求的石屑，杜絕碎石層的鋼筋外露，對(duì)于外露鋼筋，應(yīng)截?cái)嗵幚恚_保鋼筋與碎石層頂面齊平。破碎的標(biāo)線應(yīng)予以清理。

4.4 碎石化層保護(hù)

碎石化工藝操作后，需進(jìn)行交通管理，控制施工車輛非必須通行，盡量避免施工車輛在碎石化層上剎車或者啟動(dòng)，禁止與施工無關(guān)的車輛和人員通行。同時(shí)，做好充分的防水排水工作。

4.5 驗(yàn)收

碎石化路面需進(jìn)行專門的質(zhì)量檢測，內(nèi)容主要包括碎化層的粒徑范圍、碎化的紋路、碎化后頂面回彈模量。

5 結(jié) 語

毛九線改造項(xiàng)目采用共振碎石化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此類路面結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中應(yīng)用較少，本文在整理及了解該項(xiàng)目共振碎石化設(shè)計(jì)方案后，確定共振碎石化設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，開展路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，對(duì)比共振碎石路面和瀝青路面的使用性能和經(jīng)濟(jì)性能。計(jì)算表明，本項(xiàng)目采用共振碎石化路面結(jié)構(gòu)，其各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，交工驗(yàn)收彎沉值滿足設(shè)計(jì)要求，略小于新建瀝青路面結(jié)構(gòu)層，且差值較少，不造成投資浪費(fèi)，該方案在實(shí)施及使用階段可達(dá)到良好的使用性能及經(jīng)濟(jì)效益。

現(xiàn)毛九線改造項(xiàng)目已進(jìn)入施工收尾階段，根據(jù)施工實(shí)際情況反饋，毛九線改造項(xiàng)目交工竣工彎沉值滿足設(shè)計(jì)要求，處理面模量要求較易達(dá)到，說明共振碎石化層頂面模量對(duì)標(biāo)級(jí)配碎石頂面模量要求不小于300 MPa是合理的，如此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)且可行的，本文設(shè)計(jì)和施工方法可為此類路面結(jié)構(gòu)提供參考。