存在再生料層的大修路面構造優化設計探究

陳希勝

（萍鄉公路勘察設計院，江西 萍鄉 337000）

1 含再生料層路面設計控制指標

主要參考Shell和AI設計法控制指標。

Shell設計方法的控制指標是重復載荷影響下表層底面伸承拉應變及路基上面伸承拉應變或者伸拉應力。

用AI方法判斷路面構造損壞時，應同時考慮路基上面永久形變與瀝青混凝土材料的疲勞開裂狀態，并用路基上面垂向應變及瀝青層水平承拉應變為技術控制指標。

1.1 路基垂向壓力應變

路基上面垂向壓力應變可反應路基和路面各構造層的材料長健康周期形變特性[1]。

式（1）～（2）中：ε系為瀝青層底允許承拉應變；N系為軸重，取80kN。按1次80kN的作用相當于100KN作用0.41次換算，則兩個公式轉換為：

1.2 瀝青層底承拉應變

通過瀝青層底承拉應變控制瀝青層疲勞開裂，轉化為BZZ100則為:

式（5）～（6）中：E*系為動態模量，依據測試結果，本研究取E*=7000MPa。

1.3 再生料層底承拉應變

冷再生復合料4種疲勞解析公式如下：

基本300萬、600萬、1200萬和2500萬次軸載作用積累頻次，計算獲得基于交通級別差異的存在再生層路面構造設計控制標準具體見表1所示。

表1 基于交通級別差異的存在再生層路面構造設計控制標準

2 存在再生料層的路面構造計算

2.1 路面構造層主要設計參數

借助計算土基頂部壓力應變、再生料層底承拉應變及瀝青層底承拉應變的路面構造力學，獲得比較合理的含再生料層的每一層路面構造層厚度。確定瀝混料的動模量是7000MPa。一般冷再生發泡瀝青復合料動模量是靜態模量1.5～2.0倍[2]。

原路面開展銑刨后，計算原舊路面上面的反彈模量。其中，原舊路構造層銑刨后厚度約是15cm～45cm；計算出銑刨后原舊路半剛性路面上面當量反彈塑性模量是50MPa～400MPa。借助BISAR軟件計算，單輪當量圓半徑取0.65cm，基本荷載取雙輪單軸組100kN，荷載壓力取為0.707MPa，兩輪間距取31.95cm，瀝青混凝土層與再生料層泊松比為0.25,原舊路為土基，泊松比為0.35。每一構造層的設計參數取值如表2具體所示。

表2 各層設計參數取值

2.2 瀝青混凝土層底承拉應變為設計控制指標

當4cm厚度時，瀝青混凝土表層底面處在受壓狀況，壓力應變隨再生料層厚度的加增先加大后降低；經進一步計算，當原舊路強度不同時，上表層的瀝青混凝土厚度加增到8cm時，底層才會發生承拉應變。對比等同原舊路強度條件下，瀝青混凝土層厚度分別是10cm、15cm、20cm、25cm、30cm五條關系曲線，由此可知，表層底面承拉應變伴隨再生料層厚度的加增而逐步減少，并且減少率亦伴隨再生料層厚度的加增而逐步降低；通過對不同原舊路強度，等同瀝青混凝土材料層厚度的關系曲線進行對比，發現伴隨原舊路強度加增，表層底承拉應變降低率亦逐步降低；當再生料層厚度高出17cm時，對于不同的原舊路強度，再加增其厚度對上層底承拉應變的影響比較??；故在設計路面大修時，不宜過度加增再生料層厚度，以改善路面形變狀態。

2.3 以再生料層底承拉應變為設計控制指標

在瀝青混凝土層厚度不變的狀態下，可通過加增再生料層厚度來減少再生料層的底承拉應變，同理，在再生料層厚度一定的狀態下，可通過加增瀝青混凝土材料厚度來減少再生料層的底承拉應變，隨著瀝青混凝土層厚度的加增，影響再生料層的底承拉應變程度越來越小，故在路面大修設計時，從路面的受力形變情況，或者從工程經濟方面考慮，均不宜配置較厚的瀝青混凝土材料層。

2.4 以原舊路面壓力應變為技術控制指標

加增再生料層及瀝青混凝土表層厚度都可以降低原舊路面壓力應變，同時加增再生料層厚度對原舊路面壓力應變的影響亦隨瀝青層厚度的加增而減少。老路面等效反彈模量分別是400MPa、300MPa、200MPa、120MPa、80MPa、50MPa時，到達重載級別且不受再生料層厚度影響的瀝青混凝土面材料層厚度是18cm、20cm、22cm、25cm、27cm、30cm。

3 存在再生料層的大修路面典型構造研究

3.1 交通級別區分的驗證

以構造模型為基礎，選用表2中設計參數，并且綜合考慮原舊路面、再生料層底及瀝青混凝土材料層底的拔承拉應變3項技術指標，并依據第1節中確定的技術控制指標，計算出冷再生發泡瀝青材料在不同原舊路強度下厚度變化和不同標準軸載作用的頻次Ne，并以表3驗證交通過流量區分級別的合理性，其中瀝青混凝土材料上表層厚度以4cm為定值。

表3 再生料層厚度與過流量敏感性分析（cm）

通過對再生料層厚度與相鄰軸載作用頻次相減得知，相鄰交通級別對于基層影響可以控制在3～5cm以內，達到典型瀝青路面構造的交通級別區分標準，故本研究交通級別區分為合理的。

4 結語

提出了不同交通級別瀝青混凝土層的層底承拉應變、冷再生料層的層底承拉應變及原舊路面壓力應變的技術控制指標。依據再生料層厚度受老路銑刨后強度變化和車流量的影響，區分原舊路強度級別和交通級別，對各構造層底承拉應變受層厚度變化的影響程度進行計算分析，選用降低再生料層厚度和瀝青混凝土層的方法，開展路面構造設計優化，對不同原舊路強度級別及交通級別的路面，推薦存在冷再生料層的大修路面典型構造。