【摘 要】道路白改黑，以其經(jīng)濟(jì)有效性，被廣泛運(yùn)用于道路升級(jí)改造工程中。本文選取了典型的”白改黑”道路改建工程， 采用東南大學(xué)公路瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)系統(tǒng)HPDS，分析計(jì)算了瀝青加鋪層厚度，舊混凝土彈性模量，原道路基層頂面當(dāng)量回彈模量以及舊混凝土面層接縫應(yīng)力折減系數(shù)分別對(duì)荷載應(yīng)力的影響。最后總結(jié)變化規(guī)律為“白改黑”路面設(shè)計(jì)與施工提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】水泥混凝土路面、加鋪瀝青面層、最大綜合荷載應(yīng)力、彈性模量
引言
白色水泥混凝土路面以其承受荷載能力強(qiáng)，耐久性好，技術(shù)要求低，而在早期道路建設(shè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。但隨著時(shí)間推移，其行車舒適度差、噪音大，養(yǎng)護(hù)維修時(shí)間長(zhǎng)的固有缺點(diǎn)已不能滿足時(shí)代要求[1]。而最經(jīng)濟(jì)有效的辦法就是在舊水泥混凝土路面處理基礎(chǔ)上，加鋪黑色瀝青面層，俗稱為“白改黑”。
本文根據(jù)白改黑工程的特點(diǎn)，采用東南大學(xué)公路瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)系統(tǒng)HPDS，分析計(jì)算了瀝青加鋪層厚度，舊混凝土彈性模量以及舊混凝土面層接縫應(yīng)力折減系數(shù)分別對(duì)荷載應(yīng)力的影響。 最后總結(jié)規(guī)律為“白改黑”路面設(shè)計(jì)與施工提供理論依據(jù)。
一 舊混凝土加鋪層計(jì)算條件及相關(guān)數(shù)據(jù)
本文選取了典型的改建道路模型：某地二級(jí)公路，位于Ⅳ級(jí)公路自然區(qū)劃，面層最大溫度梯度選定為89℃/m。原設(shè)計(jì)混凝土路面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期20年，已使用10年，剩余設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道上設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)為100 000次，屬中等交通荷載等級(jí)。設(shè)計(jì)軸載選用我國(guó)規(guī)范規(guī)定的100kN，超載情況下，最重軸載為200kN。需驗(yàn)算在設(shè)計(jì)軸載以及最重軸載下的最大綜合荷載應(yīng)力σ綜合是否小于或等于舊混凝土彎拉強(qiáng)度φ[3]，公式表示為：
二 各變量對(duì)舊混凝土層綜合應(yīng)力的影響
1 瀝青加鋪層厚度對(duì)舊混凝土層綜合應(yīng)力的影響
《水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中限定了各等級(jí)公路瀝青加鋪層的最小厚度.計(jì)算具有瀝青混凝土加鋪層時(shí)舊混凝土面層應(yīng)力，根據(jù)舊混凝土面層的應(yīng)力滿足規(guī)范要求，最終確定瀝青混凝土加鋪層的設(shè)計(jì)厚度。
由圖1可得：伴隨加鋪層厚度增加，舊水泥混凝土板的最大應(yīng)力顯著減小.
2 原道路各層回彈模量對(duì)舊混凝土層綜合應(yīng)力的影響
原道路回彈模量值可綜合反映地基所處狀態(tài).根據(jù)其回彈模量值可判斷其損壞程度，確定原路面處治方案 .舊混凝土板的彈性模量受多因素影響，包括原混凝土本身彈性模量的大小，混凝土碳化程度，經(jīng)凍融，溫度應(yīng)力及荷載作用后內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞程度等，可用于表征混凝土在使用一段時(shí)間后的殘余性能.
舊混凝土板彈性模量等差增長(zhǎng)，而瀝青的彈性模量未發(fā)生變化，E（混凝土）/E（瀝青）的值增大， 其對(duì)應(yīng)的混凝土板最大綜合應(yīng)力也相應(yīng)增大.由對(duì)應(yīng)的水泥混凝土模量與標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)表可得：采用C50（對(duì)應(yīng)彈性模量為）的水泥混凝土路面最大應(yīng)力只比C15（對(duì)應(yīng)彈性模量為）的水泥混凝土路面的增長(zhǎng)了不到0.25mpa，因此，提升混凝土強(qiáng)度來減小混凝土板的損耗是不可取的。
3 原有混凝土路面接縫狀態(tài)對(duì)舊混凝土層綜合應(yīng)力的影響
計(jì)算設(shè)計(jì)軸載在面層板臨界荷位處產(chǎn)生荷載疲勞應(yīng)力時(shí)，考慮接縫的傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，當(dāng)采用縱縫為設(shè)拉桿的平縫或混凝土路肩時(shí)，取0.87-0.92，當(dāng)縱縫為不設(shè)拉桿的平縫或柔性路肩時(shí)取1.為求出接縫應(yīng)力折減系數(shù)與混凝土層綜合應(yīng)力之間的關(guān)系趨勢(shì)，假設(shè)可在0.87-1之間取值求解.
舊混凝土層最大綜合應(yīng)力與面層接縫應(yīng)力折減系數(shù)成正比. 如工程介紹時(shí)，此路面已使用10年，實(shí)際情況下，混凝土已出現(xiàn)斷板，裂縫時(shí)，其所處狀態(tài)已不滿足規(guī)范所給的條件，受力部位更加難以向四周傳遞荷載，應(yīng)力集中現(xiàn)象更加嚴(yán)重，混凝土板所受到的綜合應(yīng)力也比圖3中所列的最大綜合應(yīng)力更大.
三 結(jié)語(yǔ)
1 “白改黑”工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)謹(jǐn)慎選擇加鋪的瀝青面層厚度，隨加鋪厚度增加，舊混凝土板最大綜合應(yīng)力顯著減小，可大大延長(zhǎng)混凝土板的使用壽命，減少后續(xù)維護(hù)費(fèi)用。
2 同等其他條件下，舊混凝土板最大綜合應(yīng)力與舊混凝土彈性模量成正比，與原道路基層頂面當(dāng)量回彈模量成反比，但其影響不具有顯著性，
3 綜合上述3幅圖中兩條曲線，可明顯看出超載情況下，舊混凝土板最大綜合應(yīng)力遠(yuǎn)大于正常軸載下的綜合應(yīng)力，極易一次性對(duì)道路產(chǎn)生破壞。
參考文獻(xiàn)：
[1] 徐尚謙.水泥混凝土路面”白改黑”中的綜合處治 [J].公路，2009，8（8）：116-120.
[2]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2011.
[3] 鄧學(xué)鈞，黃曉明.路面設(shè)計(jì)原理與方法[M].北京：人民交通出版社，2001.
