在自然因素的侵蝕破壞和車輛荷載的反復(fù)作用下，城市道路和其構(gòu)造物的使用功能會逐漸退化，同時，近年來重型車輛和交通量的明顯增長，進一步加劇了道路老化?，F(xiàn)有瀝青路面大量進入維修狀態(tài)，而維修中將產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料。目前大部分瀝青混合料廢料未得到有效處理，造成一定環(huán)境污染，因此，瀝青回收再生技術(shù)已成為未來路用材料研究的重點。

本文以杭州某市政道路為例，對適應(yīng)于杭州地區(qū)的泡沫瀝青再生路面 ( 柔性基層路面) 結(jié)構(gòu)組合進行優(yōu)化設(shè)計，為杭州地區(qū)泡沫瀝青再生路面設(shè)計及施工提供參考。

1 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計

1. 1 組合設(shè)計基本原則及流程

采用泡沫瀝青再生基層使原來的路面結(jié)構(gòu)變?yōu)槿嵝曰鶎咏Y(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)由瀝青路面 ( 磨耗層) 、泡沫瀝青冷再生層、剩余原路面結(jié)構(gòu)層 ( 包括原有路面部分基層、底基層和土基) 等多層結(jié)構(gòu)體系組成。合理選擇和安排路面結(jié)構(gòu)層次，使得整個路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)能夠承受自然因素以及行車荷載的雙重作用，同時使各結(jié)構(gòu)層的最大效能得到發(fā)揮。本文在對泡沫瀝青再生基層的特點充分考慮下，結(jié)合杭州地區(qū)泡沫瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)用工程實例，提出以下設(shè)計基本原則: 

① 適應(yīng)行車荷載的要求; 

② 具有良好的穩(wěn)定性; 

③ 滿足現(xiàn)有規(guī)范瀝青路面設(shè)計指標。

泡沫瀝青再生路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計流程如下: 原瀝青路面強度評價→泡沫瀝青再生混合料材料參數(shù)確定→泡沫瀝青再生基層路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計→泡沫瀝青基層計算或驗算的設(shè)計流程進行設(shè)計。

1. 2 確定路面結(jié)構(gòu)層參數(shù)瀝青層厚度

一般情況下為 4 cm ～ 10 cm，再生厚度可選 15 cm ～ 25 cm，原底基層的承載能力可以取100 MPa ～ 300 MPa，采用彈性層狀體系計算。針對柔性基層路面，由《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計規(guī)范 》( CJJ169—2012) 和 《泡沫瀝青冷再生路面設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)程》可知: SBS 改性 AC － 13C 瀝青混合料彈性模量為 1 200 MPa ～ 1 600 MPa; 泡沫瀝青混合料彈性模量為 800 MPa ～ 1000 MPa。 

土基模量受交通量、使用年限等影響，杭州市市政材料測試站通過落錘式彎沉儀 ( FWD) 方法對杭州地區(qū)舊路面彎沉檢測，并利用 EVEＲCALC 軟件推算、統(tǒng)計，得到杭州地區(qū)當量土基模量大致 100 MPa 左右。依據(jù)杭州市公路管理局 《泡沫瀝青冷再生技術(shù)的應(yīng)用研究》 報告獲得當量土基模量介于150. 0 cm ～ 275. 4 MPa。本次分析當量土基模量取值范圍為 100 cm ～ 300 MPa，間隔 50 MPa。如表 1 所示，為以上述原則為依據(jù)確定的典型泡沫瀝青 45 種再生基層路面厚度組合。 

計算荷載采用標準軸載，軸重 100 kN，胎壓取0. 7 MPa，輪壓半徑 Ｒ = 10. 65 cm。采用 BISAＲ 軟件對不同路面結(jié)構(gòu)組合條件下的路表彎沉和基層層底彎拉應(yīng)力進行分析。 

1. 3 路表彎沉與基層層底彎拉應(yīng)力分析采用 

BISAＲ 路面計算軟件，將路面結(jié)構(gòu)簡化三層體系，瀝青混凝土面層、泡沫基層和當量土基，圖1 ～ 圖 4 分別給出了不同當量土基模量變化情況下，路表彎沉和基層層底彎拉應(yīng)力分布受到不同面層厚度和不同泡沫基層厚度的影響。 

可見，隨著當量土基模量的增加時，路表彎沉和基層層底彎拉應(yīng)力均呈下降趨勢。通過分析路表彎沉分布圖和彎拉應(yīng)力分布圖可知路表彎沉和層底的彎拉應(yīng)力均隨當量土基模量的增加先迅速減小，后期減小的幅度放緩，200 MPa 為幅度變化的分界點; 在相同罩面層厚度的情況下，基層厚度為 15 cm 時路表彎沉和基層層底彎拉應(yīng)力最大; 在泡沫瀝青再生基層厚度相同且為 15 cm 時，隨著磨耗層厚度增加路表彎沉和基層層底彎拉應(yīng)力逐漸減小，泡沫瀝青再生基層路面路用性能較好。 

1. 4 瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度與標準軸載累計作用次數(shù)關(guān)系

根據(jù)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計規(guī)范，確定了各種疲勞損壞指標的瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度與累計標準軸載作用次數(shù)關(guān)系。依據(jù) 《公路泡沫瀝青再生路面設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)程》 ( DB33 /T714—2008) 泡沫瀝青再生基層混合料 15 ℃劈裂強度取值為 0. 6 MPa; 潘學政和拾方治在總結(jié)大量室內(nèi)試驗結(jié)果的背景下，得到了泡沫瀝青再生混合料的抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)。

結(jié)合在路表彎沉和泡沫瀝青再生基層層底不同路面結(jié)構(gòu)組合下彎拉應(yīng)力可以對不同路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命加以計算，如表 2 所示為計算結(jié)果。

根據(jù)疲勞壽命計算結(jié)果可知: 再生基層層底彎拉應(yīng)力計算所得的路面疲勞壽命小于路表彎沉計算得到的路面使用壽命，我國現(xiàn)行 《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計規(guī)范》( CJJ 169—2012) 采用彎拉應(yīng)力指標來對瀝青層底的疲勞破壞加以控制。因此，應(yīng)按照基于泡沫瀝青再生基層層底彎拉應(yīng)力的疲勞壽命來確定市政道路泡沫瀝青再生基層路面的合理厚度。

2 合理結(jié)構(gòu)推薦

泡沫瀝青再生基層路面上面設(shè)置功能性磨耗層主要起提高行車舒適性作用，最主要的承重結(jié)構(gòu)是泡沫瀝青再生基層。因此，對于泡沫瀝青再生基層路面來說，其疲勞壽命的劃分可以參考 《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計規(guī)范》 ( CJJ169—2012) 關(guān)于交通等級的規(guī)定 ( 見表 3) 。 

由再生基層疲勞壽命計算結(jié)果和我國交通等級的規(guī)定 ( 表 4) 可知:

( 1) 共有 10 組路面結(jié)構(gòu)組合的疲勞壽命 ＜ 4. 0× 106，適用于輕交通，綜合分析可得路面結(jié)構(gòu)合理厚度: 再 生 基 層 厚 度 ≥15 cm，當 量 土 基 模 量 ≥100 MPa，一般應(yīng)用于城市支路。

( 2) 共有 23 組路面結(jié)構(gòu)組合的疲勞壽命在 4. 0× 106 ～ 1. 2 × 107，適用于中等交通，綜合分析可以得到路面結(jié)構(gòu)合理厚度: 面層厚度≥4 cm，再生基層厚度介于 15 cm ～ 25 cm，當量土基模量≥150 MPa。 

(3) 共有 8 組路面結(jié)構(gòu)組合的疲勞壽命在 1. 2 ×107 ～ 2． 5 × 107 之間，適用于重交通，綜合分析可以得到路面結(jié)構(gòu)合理厚度: 面層厚度≥4 cm，再生基層厚度介于 15 cm ～ 25 cm，當量土基模量≥200 MPa。從計算結(jié)果來看磨耗層最小厚度為 4 cm，但是在實際使用過程中，由于重車作用，交叉口進口道、公交車站車輛二次制動，磨耗層與泡沫瀝青再生基層之間容易出現(xiàn)剪切破壞。因此，建議在經(jīng)濟情況允許的情況下，適當增加磨耗層的厚度，或調(diào)整剪切破壞瀝青層材料 ( 如采用抗車轍路面材料) 。

( 4) 共有 4 組路面結(jié)構(gòu)組合的疲勞壽命≥2. 5 ×107，適用于特重交通，綜合分析可以得到路面結(jié)構(gòu)合理 厚 度: 面 層 厚 度 ≥6 cm，再生基層厚度介 于20 cm ～ 25 cm，當量土基模量≥250 MPa。從計算結(jié)果來看，在特重交通荷載作用下，基層厚度必須達到一定厚度，但是為了保證泡沫瀝青再生基層的施工質(zhì)量，再生基層厚度不宜 ＞ 30 cm。

總之，如表 5 所示，為泡沫瀝青再生基層路面推薦的合理結(jié)構(gòu)厚度。 

3 結(jié) 語

( 1) 對路表彎沉影響和泡沫瀝青再生基層承載力分析可以得出，所有路面結(jié)構(gòu)組合都隨著當量土基模量的增加，路表彎沉和泡沫瀝青再生基層層底彎拉應(yīng)力呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，當罩面層厚度相同時，路表彎沉和泡沫瀝青再生基層層底彎拉應(yīng)力隨著泡沫瀝青再生基層厚度的增加而出現(xiàn)明顯減小。

( 2) 對泡沫瀝青再生基層路面疲勞壽命分析表明，當量土基模量對路面大修后的使用運營有很大的影響，同時磨耗層厚度和基層厚度均會影響到路面結(jié)構(gòu)的整體強度和使用壽命。

( 3) 通過泡沫瀝青再生基層路面進行組合設(shè)計，結(jié)合我國 《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計規(guī)范》 ( CJJ 169 －2012) 對交通量等級的劃分，確定了杭州地區(qū)市政道路泡沫瀝青再生基層路面的合理厚度，為杭州地區(qū)泡沫瀝青再生基層路面設(shè)計和施工提供一定參考。 

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