路面加罩增强措施设计及应用效果分析

路面加罩增强措施设计及应用效果分析

蔡伟杰

上海城投公路投资 (集团 )有限公司 ，上海

摘要：针对沥青路面加罩设计及应用效果评价的问题，采用落锤式弯沉仪对试验段进行跟踪测试及分析，提出路面结构强度评价方法及指标，并对加罩增强效果进行跟踪分析。结果表明，加罩增强能显著提升原路面面层结构强度，使得路面结构强度的分布更加均匀，从而延缓路面破坏的发生。而对于解决基层破坏并无显著效果。

关键词：沥青路面、加罩增强、效果分析、落锤式弯

1. 引言

在旧沥青路面上直接加铺沥青混凝土面层是提高路面结构承载力、恢复路面使用性能的有效修复措施，得到了国内外的广泛重视^[1]。对于加铺层理论的研究，国外多限于经验或者半经验法^[2]，缺乏实际应用效果的评价分析。国内研究者对旧沥青路面的加铺进行了研究^[3]，但对加铺层进行系统的力学分析较少^[4]。旧沥青路面在采用沥青层加铺后,其结构状态的变化规律有待进一步深入研究^[5]。

本文提出基于落锤式弯沉仪（Falling Weight Deflectometer，FWD）的沥青路面加罩效果结构评价指标，对加罩增强效果进行跟踪检测和分析，从而对加罩设计提供指导。

2. 试验段概况

试验段位于上海市G1501东南郊环大亭段，该路段为大修工程先导段。位于大亭段外圈K75+940（同心港桥）~K78+200（南门港桥）路段，先导段硬路肩原状路面沥青结构，如下所示

加罩补强后的硬路肩路面结构为：

2. 基于FWD的沥青路面结构强度检测方法

采用丹麦Carl Pro PRI 2100型FWD，荷载50kN，荷载盘半径15cm，具有9个传感器，各传感器距荷载盘中心的距离分别是0、200、300、600、900、1200、1500、1800、2100cm。测试时，如图1所示，在整个先导段硬路肩上每隔100米取一个断面，在行车方向断面上取“左”，“中”，“右”三个FWD弯沉测点。

图1 沥青路面FWD检测方案示意图

在2014年10月、2015年2月和2015年6月测得各测点的弯沉盆后，采用路面模量反算软件BAKFAA对路面各结构层模量进行反算。

3. 路面各结构层模量计算结构

反算得到各路面结构层动态模量如图2-图5所示。

图2 沥青加铺层动态模量

图3 原沥青层动态模量

图4 基层动态模量

图5 路基动态模量

4. 路面各结构层模量分析

根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）中规定的沥青混合料静态抗压模量范围以及国内外相关研究中动态模量与静态模量的比值关系，得到各结构层的破损判别阈值如下表所示，当反算得到的模量小于对应的阈值，则认为该层出现破损。

表1 硬路肩各结构层模量破损判断阈值

加罩沥青层、面层、基层、底基层、路基的每次观测破坏率如表2所示：

表2 硬路肩各结构层破坏率

分析以上图表可以得到如下结论：

加罩沥青混凝土层模量较高。并且进行加罩补强后，由于原面层承受的荷载作用减小，处于更低的应力状态，原面层模量有明显提升，许多原来破坏的位置模量也提高到破坏阈值以上。并且模量值在横断面上更加接近，路面结构强度分布更加均匀。

加罩前后基层、底基层、路基的破坏位置基本一致，说明加罩前后这些层位的破坏区域并无明显改变。但这些结构层的动态模量随时间表现出一定的衰减趋势，这可能是由于先导段施工期间承载了繁重的荷载作用以及施工完成后硬路肩改为第三车道，承担更多交通荷载有关。

对比左、中、右三条测线上的模量值可以看出，沥青加罩层、原有沥青层、和基层仍表现出左线模量值<中线模量值<右线模量值，这与硬路肩左侧承担了更多的交通荷载有关。

4. 结论

针对沥青路面加罩设计及应用效果评价的问题，采用落锤式弯沉仪对试验段进行跟踪测试及分析，提出路面结构强度评价方法及指标，并对加罩增强效果进行跟踪分析。结果表明，进行加罩补强后，由于原面层承受的荷载作用减小，处于更低的应力状态，原面层模量有明显提升，许多原来破坏的位置模量也提高到破坏阈值以上。并且模量值在横断面上更加接近，路面结构强度分布更加均匀。

加罩前后基层、底基层、路基的破坏位置基本一致，说明加罩前后这些层位的破坏区域并无明显改变。

对比左、中、右三条测线上的模量值可以看出，沥青加罩层、原有沥青层、和基层仍表现出左线模量值<中线模量值<右线模量值，这与硬路肩左侧承担了更多的交通荷载有关。

参考文献：

[1]王朝辉.沥青路面加铺技术研究[D].长安大学,2008.

[2]朱继东.高速公路加铺沥青面层结构与性能研究[D].武汉理工大学,2005.

[3]徐东伟. 沥青路面加铺层力学分析及疲劳寿命预估[D].长安大学,2005.

[4]颜可珍,林峰,江毅.交通荷载下沥青加铺层路面力学分析[J].中南大学学报(自然科学版),2011,07:2078-2085.

[5]陈俊,黄晓明.考虑旧路剩余寿命的加铺层结构设计[J].交通运输工程学报,2009,02:17-21+38.

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