冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法分析

李 兵，魏 磊

(山東中咨公路咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司，山東 東營(yíng) 257091)

冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法分析

李 兵，魏 磊

(山東中咨公路咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司，山東 東營(yíng) 257091)

針對(duì)目前設(shè)計(jì)冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)過(guò)程中存在的問(wèn)題，分析了冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則、流程以及方法，其目的是實(shí)現(xiàn)工程各方面資源的有效利用。其結(jié)果表示，要想優(yōu)化冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，必須從原則入手，從細(xì)化流程出發(fā)，來(lái)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的作用效果。

冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)；冷再生瀝青混合料；設(shè)計(jì)；方法

1 冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

目前，瀝青路面的施工建設(shè)通常把常規(guī)瀝青混合材料作用于結(jié)構(gòu)的上部。由此可以看出，常規(guī)瀝青混合料是路面結(jié)構(gòu)中質(zhì)量控制效果最好，且設(shè)計(jì)施工成本最高的材料。而冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初衷，就是通過(guò)重復(fù)利用就瀝青混合料，來(lái)保證瀝青路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)造價(jià)成本的控制。因此，冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員因應(yīng)將環(huán)境保護(hù)、節(jié)省資源以及降低投資作為實(shí)際的設(shè)計(jì)原則。

在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)與熱再生不同，其強(qiáng)度是在自然與交通荷載作用下，通過(guò)水分的減少和密度的增加而產(chǎn)生的。這就意味著，當(dāng)其作用于瀝青路面鋪筑的1～2年或者更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，混合料的抗磨耗能力較低，這就使得其結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的松散損壞。因而，冷再生瀝青混合料不應(yīng)直接作用于瀝青路面的表面。那么怎樣才能使冷再生瀝青混合料達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的原則內(nèi)容，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員在現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)和現(xiàn)有的理論數(shù)據(jù)來(lái)滿足工程建設(shè)對(duì)其結(jié)構(gòu)作用的要求。

2 細(xì)化冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

2.1 評(píng)價(jià)原瀝青路面的強(qiáng)度

相關(guān)研究表明，冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)厚度與交通荷載和下基層強(qiáng)度有著密切的聯(lián)系。這就意味著設(shè)計(jì)人員要通過(guò)計(jì)算來(lái)確定原瀝青路面各個(gè)結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度情況。在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中冷再生瀝青路面的再生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是充當(dāng)加鋪?zhàn)饔玫?。因而，其原瀝青路面結(jié)構(gòu)層系數(shù)的取值能夠直接反映，冷再生瀝青路面與常規(guī)加鋪材料的差異。在評(píng)價(jià)再生層以下舊路結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用其頂面當(dāng)量回彈模量來(lái)進(jìn)行表示。此外，具體設(shè)計(jì)過(guò)程的計(jì)算方法，可從《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD40-2002)附錄B1541中找到。

2.2 確定冷再生混合料的結(jié)構(gòu)參數(shù)

對(duì)于混合材料參數(shù)的確定，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)材料的使用性質(zhì)優(yōu)先確定兩個(gè)主要參數(shù)，即：強(qiáng)度與彈性模量。在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，這兩主要參數(shù)的應(yīng)采用15 ℃劈裂抗拉強(qiáng)度以及20 ℃、15 ℃抗壓回彈來(lái)進(jìn)行計(jì)算。其中15 ℃抗壓回彈模量和劈裂抗拉強(qiáng)度應(yīng)用于驗(yàn)算瀝青路面結(jié)構(gòu)層底的拉應(yīng)力，而20 ℃抗壓回彈模量則應(yīng)作用于計(jì)算路面的彎沉。但據(jù)大量統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，材料模量對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分布影響并不明顯，起主要作用的參數(shù)是結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)抗拉強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行參數(shù)指標(biāo)的分類確定。此外，由于強(qiáng)度指標(biāo)與冷再生混合料的再生劑類型、舊料摻量以及級(jí)配組成等具有關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此，在確定材料分類之前，設(shè)計(jì)人員還要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)初步確定冷再生混合料的實(shí)際強(qiáng)度性能。

2.3 計(jì)算結(jié)構(gòu)厚度

在計(jì)算冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)層厚度時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)參照被改建的瀝青路面。具體來(lái)說(shuō)就是將冷再生結(jié)構(gòu)層視為計(jì)算的一層。以水泥乳化瀝青冷再生半剛性基層結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程為例，設(shè)計(jì)人員將原路面基層均視為再生瀝青路面結(jié)構(gòu)的底基層。在此情況下，冷再生路面結(jié)構(gòu)層厚度的計(jì)算就能按照新建路面的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行流程計(jì)算。這樣一來(lái)，就能準(zhǔn)確計(jì)算出各級(jí)公路工程瀝青路面結(jié)構(gòu)的回彈彎沉值。此過(guò)程要求，彎沉值的計(jì)算、設(shè)計(jì)以及底基層拉應(yīng)力的計(jì)算等，都要對(duì)于新建的瀝青路面工程保持一致。這是細(xì)化冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)將其重視起來(lái)。

3 先進(jìn)的冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

3.1 AI法

應(yīng)用AI法進(jìn)行冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是通過(guò)乳化瀝青冷再生混合料來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。相關(guān)研究表明，該方法不僅適用于冷再生瀝青路面，還能作用于低粘度的冷再生瀝青混合料。具體來(lái)說(shuō)，在公路工程的建設(shè)過(guò)程中，可將混合料劃分為兩類，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。即一般集料級(jí)配的冷再生混合料以及較細(xì)砂礫式配的集料級(jí)配。以冷再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)過(guò)程為例，AI法將兩個(gè)應(yīng)變作為實(shí)際結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。這里指的兩個(gè)應(yīng)變指標(biāo)為瀝青混合料層底水平拉應(yīng)變以及路基頂面的豎向壓應(yīng)變，其目的是控制路面發(fā)生疲勞開(kāi)裂和永久變形問(wèn)題的發(fā)生。此外，通常情況下，基于諾模圖所得到的瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度是瀝青路面冷再生基層與瀝青面層厚度的綜合。因此，AI法的應(yīng)用主要集中于最小冷再生瀝青面層的厚度控制。

3.2 AASHTO 法

AASHTO法的應(yīng)用是基于結(jié)構(gòu)鋪層設(shè)計(jì)和厚度法共同作用下的產(chǎn)物。其能夠從冷再生瀝青結(jié)構(gòu)的剩余壽命入手，來(lái)保證設(shè)計(jì)使用的安全穩(wěn)定性。具體來(lái)說(shuō)，由于冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)的材料、彈性模量以及疲勞特征，需要通過(guò)各個(gè)構(gòu)造路面材料以及強(qiáng)度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的保證相關(guān)研究表明，SN可根據(jù)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的諾模圖來(lái)進(jìn)行確定。值得注意的是，對(duì)于一些瀝青路面的非穩(wěn)定層來(lái)說(shuō)，路面排水條件的影響系數(shù)也應(yīng)被設(shè)計(jì)人員考慮在內(nèi)。據(jù)實(shí)際的AASHTO法應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，冷再生路面結(jié)構(gòu)方法應(yīng)用的基本思路是，先要根據(jù)現(xiàn)有工程土壤的基狀況和交通量，來(lái)判斷新建路面施工設(shè)計(jì)所需的結(jié)構(gòu)數(shù)，其次，計(jì)算舊路面剩余的有效結(jié)構(gòu)數(shù)，兩者之差就是加鋪層的結(jié)構(gòu)數(shù)。這樣一來(lái)，計(jì)算得出的加鋪層結(jié)構(gòu)數(shù)就是再生層上罩面層以及再生層的結(jié)構(gòu)數(shù)之和。最后，設(shè)計(jì)人員還要根據(jù)瀝青路面材料的再生層和罩面層，來(lái)找出具有等效系數(shù)拆結(jié)構(gòu)等效系數(shù)的不同，來(lái)計(jì)算得出各自結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是解決當(dāng)前瀝青道路工程建設(shè)的資源消耗大、造價(jià)成本高以及環(huán)境影響大等問(wèn)題的有效方法。此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容目標(biāo)，可通過(guò)AASHTO法和AI法來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。但這兩種方法的設(shè)計(jì)應(yīng)用流程必須進(jìn)行細(xì)化，以降低冷再生瀝青混合料在使用過(guò)程中的問(wèn)題。以結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)過(guò)程為例，在應(yīng)用AI法后，極大的提高冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)的作用穩(wěn)定性。

[1] 張海,馬光超,張敏江,等. 冷再生基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的斷裂力學(xué)分析[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,(5):865-871.

[2] 游慶龍,馬靖蓮,彭芳文,等. 適應(yīng)不同交通量的冷再生基層瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度研究[J].公路交通科技,2014,(7):26-31.

[3] 高炎旭,宮效峰. 基于ABAQUS分析含有乳化(泡沫)瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層的瀝青路面[J].黑龍江科技信息,2016,(1):208-209.

2016-09-12

李兵(1984-)，男，工程師，研究方向：公路設(shè)計(jì)。

U416.216

C

1008-3383(2017)03-0047-02