張鶴峰

（撫寧區(qū)農(nóng)村公路發(fā)展中心，河北秦皇島 066300）

1 引言

近年來，隨著我國(guó)農(nóng)村道路蓬勃發(fā)展，水泥混凝土路面已經(jīng)修建到每家每戶。水泥混凝土路面雖然具有承載力高和耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，但隨著人們對(duì)道路性能要求越來越高，水泥混凝土路面已經(jīng)不能滿足人們的基本要求，因此，在農(nóng)村逐漸推廣“白加黑”路面，在水泥混凝土路面上直接加鋪瀝青面層既可以利用水泥混凝土路面的強(qiáng)度和承載能力，又可以提高路面使用性能，延長(zhǎng)路面使用年限[1]。

本文通過ABAQUS 有限元軟件分析瀝青加鋪層為10 cm、11 cm、12 cm、13 cm、14 cm、15 cm 時(shí)，對(duì)層底力學(xué)響應(yīng)的研究，確定最佳加鋪層厚度，并結(jié)合“白加黑”路面施工工藝，對(duì)農(nóng)村水泥混凝土路面加鋪瀝青面層施工工藝研究和推廣具有重要意義。

2 工程概況

某農(nóng)村水泥道路起點(diǎn)樁號(hào)為K154+200，終點(diǎn)樁號(hào)為K168+200，全線長(zhǎng)14 km。由于水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)成本大、噪聲大、行車舒適性差、抗滑性能差，已經(jīng)不能滿足農(nóng)村公路要求，但該項(xiàng)目工程路段水泥混凝土板完整性能較好、強(qiáng)度較好，因此，決定在水泥混凝土路面加鋪瀝青面層。為防止晝夜溫差變化過大而導(dǎo)致水泥板發(fā)生翹曲變形，需在各水泥板之間設(shè)置一道1 cm 的接縫。另外，白加黑路面易出現(xiàn)反射裂縫，因此，可以增加瀝青加鋪層厚度來延緩反射裂縫，但瀝青加鋪層過厚時(shí)，延緩反射裂縫效果則不會(huì)增大，反而增加施工成本。

3 瀝青加鋪層厚度應(yīng)力分析

3.1 有限元建模

瀝青加鋪層厚度不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致瀝青面層在接縫處產(chǎn)生反射裂縫，嚴(yán)重影響行車安全性與舒適性；瀝青加鋪層厚度過大時(shí)，會(huì)造成施工成本過大。因此，需確定水泥混凝土路面瀝青加鋪層最佳瀝青層厚度。

3.1.1 模型尺寸

采用瀝青混合料加鋪面層長(zhǎng)3 m、寬3 m、厚度控制在10～15 cm，舊水泥混凝土基層長(zhǎng)3 m、寬3 m、厚22 cm，其中在水泥混凝土基層設(shè)置一條長(zhǎng)3 m、寬1 cm 的施工縫。參照水泥混凝土路面加鋪瀝青混合料設(shè)計(jì)規(guī)范，確定面層各基層寬度、厚度、彈性模量及泊松比等參數(shù)。

3.1.2 荷載

“白加黑”路面行車荷載根據(jù)JTG D50—2017《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，取標(biāo)準(zhǔn)單軸-雙輪軸載BZZ-100，車輪對(duì)路面的壓強(qiáng)為0.7 MPa。由于在舊水泥混凝土路面接縫處易產(chǎn)生反射裂縫，為簡(jiǎn)化荷載對(duì)路面壓強(qiáng)，數(shù)值模型中在接縫正上方設(shè)置矩形荷載作用區(qū)域。

3.2 加鋪層厚度對(duì)層底應(yīng)力響應(yīng)分析

為研究不同加鋪層厚度對(duì)瀝青面層的層底應(yīng)力響應(yīng)，本文采用有限元模擬“白加黑”加鋪層厚度為10 cm、11 cm、12 cm、13 cm、14 cm、15 cm 時(shí)，瀝青面層的層底等效應(yīng)力、最大主應(yīng)力及剪應(yīng)力。加鋪層厚度從10 cm 增加到15 cm 時(shí)，加鋪層厚度與應(yīng)力關(guān)系如圖1 所示。

圖1 加鋪層厚度與應(yīng)力關(guān)系圖

由圖1 可知，瀝青加鋪層厚度從10 cm 增加到15 cm 時(shí)，瀝青層層底最大主應(yīng)力、等效應(yīng)力與剪應(yīng)力先減小后趨于穩(wěn)定。加鋪層厚度從10 cm 增加到13 cm 時(shí)，瀝青層層底最大主應(yīng)力從0.485 MPa 減小到0.348 MPa，主應(yīng)力減小率為25.3%；加鋪層厚度從13 cm 增加到15 cm 時(shí)，瀝青層層底最大主應(yīng)力從0.348 MPa 減小到0.315 MPa，主應(yīng)力減小率為9.5%。

加鋪層厚度從10 cm 增加到13 cm 時(shí)，瀝青層層底等效應(yīng)力從0.691 MPa 減小到0.423 MPa，等效應(yīng)力減小率為38.8%；加鋪層厚度從13 cm 增加到15 cm 時(shí)，瀝青層層底最大主應(yīng)力從0.423 MPa 減小到0.419 MPa，等效應(yīng)力減小率為0.09%。

加鋪層厚度從10 cm 增加到13 cm 時(shí)，瀝青層層底剪應(yīng)力從0.741 MPa 減小到0.569 MPa，剪應(yīng)力減小率為23.2%；加鋪層厚度從13 cm 增加到15 cm 時(shí)，瀝青層層底剪應(yīng)力從0.569 MPa 減小到0.513 MPa，剪應(yīng)力減小率為9.8%。這是因?yàn)闉r青層厚度的增加不會(huì)延緩反射裂縫從基層擴(kuò)散到面層，再增加加鋪層厚度只會(huì)增加施工成本，因此，項(xiàng)目工程水泥混凝土路面加鋪瀝青面層最佳厚度控制在13 cm。

4 工程應(yīng)用

4.1 施工工藝

4.1.1 施工準(zhǔn)備工作

水泥混凝土路面瀝青加鋪層施工前需要對(duì)原路面進(jìn)行清掃，保證施工面整潔、無(wú)雜質(zhì)，為保證施工安全性，需要提前對(duì)施工路段采用封閉措施，為確保項(xiàng)目工程滿足施工要求，提前檢查機(jī)械設(shè)備，確保機(jī)械設(shè)備可以正常運(yùn)行。

4.1.2 拌和與運(yùn)輸

瀝青加鋪層混合料應(yīng)滿足施工要求，拌和前需要對(duì)瀝青、集料和礦粉等原材料進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均滿足規(guī)范要求才能投入使用。本項(xiàng)目工程瀝青采用70 號(hào)基質(zhì)瀝青，集料采用玄武巖，瀝青混合料需要嚴(yán)格控制拌和溫度，廠拌瀝青混合料在攪拌倉(cāng)內(nèi)溫度不得高于180 ℃、不得低于150 ℃，在拌和廠內(nèi)完成拌和后應(yīng)立即送至施工現(xiàn)場(chǎng)。運(yùn)輸車內(nèi)注意保溫工作，控制溫度不得低于140 ℃，同時(shí)為防止瀝青混合料發(fā)生離析，需要在車廂內(nèi)均勻涂抹一層潤(rùn)滑油，運(yùn)輸車駕駛時(shí)，控制駕駛速度，應(yīng)防止急剎車、急轉(zhuǎn)彎等問題[2]。

4.1.3 攤鋪

加鋪層瀝青混合料進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，為保證施工質(zhì)量滿足要求，需要控制攤鋪溫度。攤鋪施工時(shí)，瀝青混合料溫度不得低于150 ℃，攤鋪機(jī)行駛速度控制在3 km/h，不得中途停車，應(yīng)保證瀝青混合料攤鋪均勻性與連貫性。當(dāng)攤鋪設(shè)備到達(dá)指定位置后，應(yīng)在燙平板下方設(shè)置墊木，以強(qiáng)化高程測(cè)量的準(zhǔn)確性[3]。

4.1.4 壓實(shí)

加鋪層瀝青混合料壓實(shí)施工時(shí)，控制加鋪層厚度為13 cm，為保證瀝青混合料強(qiáng)度與壓實(shí)度滿足要求，壓實(shí)遍數(shù)在8 次以上，12 次以下為佳，初壓遍數(shù)為2～3 遍為佳，復(fù)壓遍數(shù)為4～6 遍為佳，終壓遍數(shù)為2～4 遍為佳[4]。

4.2 平整度檢測(cè)

項(xiàng)目工程白加黑路段施工完成后，根據(jù)規(guī)范要求采用3 m直尺測(cè)得路面平整度，并根據(jù)公式將試驗(yàn)路段3 m 直尺測(cè)量值轉(zhuǎn)換為IRI 值，本文在項(xiàng)目路段K155+230～K155+330 和K161+330～K161+430 分別選取2 處檢測(cè)點(diǎn)，試驗(yàn)路段IRI 指數(shù)檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。

表1 試驗(yàn)路段I RI 指數(shù)

由表1 可知，K155+230～K155+330 國(guó)際平整度IRI 平均值為0.56 m/km；K161+330～K161+430 國(guó)際平整度IRI 平均值為0.37 m/km，依據(jù)JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 要求國(guó)際平整度IRI 應(yīng)當(dāng)小于2 m/km，“白加黑”路段IRI 值為0.56 m/km 和0.37 m/km，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2 m/km，滿足規(guī)范要求，說明加鋪層路段路面具有較好的行車舒適性。

4.3 壓實(shí)度檢測(cè)

項(xiàng)目工程白加黑路段施工完成后，根據(jù)規(guī)范要求采用核子密度儀法對(duì)加鋪層壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，本文在項(xiàng)目路段K155+230～K155+330 和K161+330～K161+430 分別選取4 處檢測(cè)點(diǎn)，對(duì)檢測(cè)點(diǎn)A、B、C、D 壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。

由表2 可知，K155+230～K155+330 路段的壓實(shí)度平均值為95.8%，K161+330～K161+430 路段的壓實(shí)度平均值為97.5%，說明加鋪層路段路面具有較好壓實(shí)性能，滿足施工規(guī)范的壓實(shí)度要求。

表2 試驗(yàn)路段壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果表

5 結(jié)語(yǔ)

為提高農(nóng)村水泥混凝土路面使用性能和使用年限，本項(xiàng)目工程通過軟件數(shù)值模擬不同加鋪層厚度對(duì)瀝青層層底應(yīng)力的影響，并結(jié)合實(shí)際白加黑路面施工，得到如下結(jié)論：

1）瀝青加鋪層厚度從10 cm 增加到15 cm 時(shí)，瀝青層層底應(yīng)力先減小后趨于穩(wěn)定；

2）通過ABAQUS 分析最佳加鋪層厚度為13 cm；

3）“白加黑”路面施工后壓實(shí)度和平整度可以滿足規(guī)范要求，具有良好的施工效果。