沥青路面的改建设计(精选3篇)
沥青路面的改建设计 篇1
随着社会对路面使用要求越来越高, 沥青路面表层的构造排水和混合料防水损害问题越来越凸显, 道路对雨天行车舒适性及雨夜防路面眩光要求也越来越高[1]。排水降噪沥青路面是满足这些功能的一种路面类型, 它采用大空隙沥青混合料作表层, 排水表层下的中、下沥青面层是密实型沥青路面, 使雨天渗入到排水功能层内的水横向排除到路面结构以外[2]。大空隙率的排水性沥青路面可以较好地解决道路面临的诸多问题, 但对于大空隙率的排水层排水效果及其排水能力的计算还不够完善, 可以结合排水路面设计的控制指标进行计算分析, 确保排水设施的排水能力满足要求。
1 排水路面的渗流分析
排水性沥青混合料是典型的大孔隙材料, 孔隙的形状、大小及其分布情况非常复杂, 孔隙渗流情况很难直接表征, 但可从宏观表现来找寻其规律性, 其路面结构示意图如图1所示[3]。
由于排水路面的厚度较薄, 底部不透水, 水分只能在排水层内蓄积渗透, 而大空隙率结构具有显著的雨水入渗和横向渗流排水能力。因此, 路面降雨在浸润路表之后可以快速进入表层空隙, 在空隙当中作不稳定运移, 并逐步填充表部各空隙, 此时渗入水与空气相混杂形成非饱和渗流, 并在重力势能的作用下浸润锋面逐渐下移。当排水层内入渗锋面向下推移至排水层的不透水底面时, 开始形成层内水流蓄积, 并且随着降雨的继续, 雨水不断地沿竖向向排水层底渗透蓄积, 当蓄积高度达到排水混合料连通空隙的最小高度时, 就开始在排水层中横向流动, 形成饱和水的横向渗流。如果降雨强度小于排水表层的渗流强度, 雨水将全部通过排水层的竖向和横向渗流排出路面体。此时, 随着饱和渗流水的浸润线不断上移, 其横向渗流排水的能力在逐渐增加, 当竖向入渗量与横向渗流排水能力接近时, 渗流浸润线将保持稳定不再上移, 而当降雨强度下降时则渗流浸润线将不断降低, 直至其排水能力与入渗强度再次达到平衡。如果降雨强度大于排水表层的渗流强度, 则排水表层会达到饱和, 出现路表径流, 形成路面水膜。
值得注意的是, 由于排水性路面的排水表层内部为连通整体, 路表即使形成水膜, 在车辆动荷载作用下也会通过连通孔隙挤压卸除, 从而保证轮胎与地面的接触。因此, 排水性沥青路面即便形成表面径流, 其抗滑安全性能也比普通的密级配沥青路面要好很多, 使用性能优于一般路面。而且在同样的极端降雨强度下, 排水性路面由于部分水分渗流排水, 因而所形成的表面径流也要比一般路面薄, 基于这些因素, 排水性路面的排水功效和使用品质是明显优于密级配路面的[4]。但保证其具有合适的水膜厚度也是排水性路面进行功能设计要考虑的重要方面, 可作为排水系统设计的关键指标之一。
2 排水路面的排水设计指标及方法
2.1 排水路面表层排水设计的控制指标
(1) 路表积水水膜厚度控制
对于排水性沥青表面层, 其适应的安全行车的极限水膜厚度要远大于密级配的沥青抗滑表层, 但对于高速公路等行车速度极大的路面而言, 雨天的降水还是会造成抗滑系数降低, 如果有水膜存在, 则抗滑系数将进一步下降。尽管不一定会出现车轮滑水, 但水膜对车轮的浮力作用将明显降低车辆的操控稳定性, 加大刹车距离, 从而影响行车安全。因此, 应根据道路的安全性要求, 合理地选择结构构造, 保证路面尽量不出现水膜或控制水膜厚度较小。由径流量、渗流长度、渗流坡度等指标间的关系可以计算径流形成的水膜厚度[5]。
对于不同性质的路面, 其要求的安全水膜厚度要求是不同的, 建议按照一半水出现轮侧溅出、一半水以挤入排水层进行考虑较符合路面行车的实际情况, 所获取的安全行车水膜也相对较安全。路表积水水膜厚度指标的控制应以车辆轮迹带水膜厚度不超出临界水膜厚度为标准。
(2) 排水层的退水时间
降雨停止后, 排水层内的潜水逐渐降低, 需控制排水层内水分退除时间, 减少材料的浸泡时间。因此, 排水表层设计的目标是如何更快地排出渗入路面内部的降水, 对排水表层的退水时间进行控制。AASHTO中将路面的排水质量和时间作了规定, 具体见表1。排水性路面内部的排水退除, 应尽量按2h的退水时间作为设计的标准, 但考虑保证沥青混合料的耐久性, 也不宜过大地增加材料的渗透系数, 可按不低于良的等级进行设计控制。
(3) 排水附属设施的设计泄水能力
一般在公路中使用较多的是明沟或暗沟的排水型式, 各种不同的附属设施构造将直接影响路面的排水行车安全。其中, 明沟主要按明渠流来进行计算, 暗沟则一般采用大渗透能力的粒料, 按盲沟进行泄水能力的设计控制。对于路肩形式的排水明沟, 由于排水表层不铺筑到中面层边缘, 其边缘泄水采取直接从中面层表面漫流来实现, 该种情况的排水层排水能力较强, 对排水明边沟的设计泄水能力只要按照《公路排水设计规范》的规定要求即可。当排水层的边缘直接接入排水明沟, 要求排水明沟的水深尽量不超出排水层底部, 否则将明显影响排水层的排水能力。对于路肩形式的排水盲沟, 如果路面边缘设置拦水埂等阻水设施, 则路面汇集的水将全部需要由盲沟排除, 应通过计算流量来控制盲沟尺寸设计, 集水盲沟的材料应根据渗透系数来选择。
2.2 排水路面表层排水的设计方法
排水路面降水的排除过程是由雨水入渗排水层开始, 在路面内部或表面形成横向渗流和表面径流流入集水沟、集水管等排出路基。由于各部分的排水特性存在差异, 需要分别进行各阶段的排水设计, 主要包括确定路表水入渗率、排水系统排水能力设计、路表水膜厚度检验和排水表层退水时间检验。
在通过收集道路工程当地的降雨、水力水文和路面设计等资料基础上, 可以确定路面表层的空隙率和渗透系数, 并根据竖向渗透系数确定入渗率, 最终在排水表层退水时间中对这些参数进行验证和调整[6]。根据路表水入渗率可以确定进入排水表层的水量, 进而进行路面内部排水系统的排水能力设计, 确定路面内部排水系统所需的各附属设施的结构尺寸, 包括集水沟的宽度和渗透系数、PVC集水管管径大小和管的数量。路表水膜的存在以表面出现径流为依据, 若局部有径流时计算所得的hmax超出层厚h, 则应计算轮迹带对应位置的漫流流量, 以估算其水膜厚度, 临界水膜厚度可结合设计行车速度进行计算。排水层退水时间的检验是考核排水层排水路径及边界条件对泄水能力的影响。当车道较多、路面单侧排水总宽度过大时, 退水时间一般不能处于优等状态, 采用较细的排水混合料也会造成排水渗流能力下降。因此, 在有条件的情况下考虑通过改善材料空隙情况来实现优等要求, 或通过设置路中部位的纵向渗沟来改善本项指标。设计检验的水膜厚度如果不能满足要求, 则应考虑对全宽的路面在中间部位设置排水层下的纵向排水大空隙的渗沟, 并通过一定间隔的横向渗沟联结到路侧边的排水设施。
根据以上分析可以确定排水性沥青路面的排水系统设计步骤:
(1) 收集路面结构和降雨资料, 拟定排水表层的厚度、空隙率、渗透系数等参数, 初步确定排水层的铺筑宽度;
(2) 进行降雨强度的观测资料的获取与分析计算, 或者依据标准强度等值线图进行转换计算;
(3) 依据透水性沥青路面的径流系数进行设计径流量计算;
(4) 根据路肩结构类型判断排水形式, 拟定合理尺寸、选择合适材料;
(5) 进行集水井或集水管的间距设置、断面泄水能力检验, 检验集水沟的断面尺寸和泄水能力;
(6) 进行饱和入渗强度计算, 判断是否出现表面径流;
(7) 根据不同排水构造形式, 计算路表径流大小;
(8) 确定轮迹带路表水膜厚度, 进行路表临界水膜计算, 检验水膜行车安全性, 如不符合要求则重新选取排水层设计参数, 直至达到临界安全要求;
(9) 根据路面结构参数计算排水层退水时间, 以判定排水层的拟定参数是否符合要求, 如不符合要求, 则重新选取排水层设计参数, 直至达到设计标准;
(10) 按照内部渗流计算方法确定表层内部排水状况, 根据渗流量大小进行内部排水系统各附属设施的设计, 包括集水沟的宽度、深度、集水管开孔面积、集水管管径等参数[7]。
需要说明的是, 在进行排水性沥青路面排水系统设计时, 首先应依据我国现行的《公路排水设计规范 (JTJ018) 》进行雨强和设计流量的计算;其次, 进行各种排水设施的设计计算也应以规范的方法为依据;在此基础之上, 才能开展具体排水层饱和入渗强度计算、路表径流量计算及路面水膜厚度估算等工作, 并进一步满足排水路面的设计功能要求。
3 排水系统结构设计
为验证排水性沥青路面在道路工程中的应用效果, 在南京某高速公路进行了排水性沥青路面试验段的应用探索。因此, 工程设计中将原来的密级配沥青混凝土路面改变为设置排水性表面层的排水路面。从道路工程建设经济性角度来看, 只需要对原设计方案进行局部修改, 将表层进行替换及降低边部明沟的进水高度, 基本不涉及原路基路面工程设计的总体变化。但排水降噪沥青路面的路面排水过程相当于在中面层顶面、上面层内部横向排除, 因此必须对原有路面结构和排水设计进行调整, 具体工程改进内容包括面层混合料调整 (将AK-13换成PAC-13) 、中面层表面设置防水性粘结封层、排水结构构造调整。由于工程试验段内包含道路和桥梁, 因此其排水系统也应分别进行调整。
3.1 路表排水系统的调整
结合原路表排水方案, 排水降噪沥青路面排水系统需进行如下调整:填方段将路肩标高调整到中面层边沿标高以下1cm, 保证雨水在排水性路面内部能够横向自流到路肩外;挖方段将路堑水沟顶面标高调整到中面层边沿标高下1cm, 保证雨水在排水性沥青路面内部能够横向自流到路堑外;超高段将中央分隔带排水沟混凝土盖板顶面标高调整到中面层边沿标高下1cm, 使得雨水沿超高方向流入排水沟中。
为了使沟渠不致产生泥沙淤积, 设计时应保证沟渠内的水流具有一定的流速。沟渠的容许最小流速Vmin (m/s) 同水中所含土质沉淀所容许的淤泥有关, 一般可以按如下的经验公式计算:
式中:α—与水中含土粒径有关的系数;
R—水力半径, m。
降雨达到稳定时, 降雨强度W与单位宽度的排水沟横断面流量q相等, 可根据均匀渗流流量公式Q=k A来设计排水沟的尺寸。因此, 结合原路面表面排水方案, 对路肩部浅碟形排水明沟结构进行了设计调整, 如图2所示。排水性沥青路面路表排水系统调整方案:将路肩浅碟形混凝土槽的内侧下降4cm至表面层底面以下, 保证雨水渗入到排水性表层后能够横向汇入浅碟形排水明沟并集中排出路肩部位。浅碟形混凝土槽内侧 (靠路面侧) 上口比中面层表面低约0.5cm, 在进行中面层表面防水性粘结封层施工时用防水材料将混凝土槽块与中面层接缝封盖防渗。
3.2 桥面排水系统的调整
桥面上有两种排水孔, 一种是穿透水泥混凝土防撞墙的侧向方形排水孔;另一种是穿透桥面板的垂直圆形排水孔。对于这两种桥面排水方式, 为了增加排水效率, 在排水降噪沥青路面铺装边侧可设置10cm宽的导水槽。导水槽可在上面层施工时完成, 即:同样尺寸木块设在防撞墙旁边, 摊铺碾压后把木块抽出即可形成导水槽, 如图3所示。施工时要注意木条码放整齐, 并涂刷植物油, 以便于木条抽出, 边角出现破坏后需及时更换新的木条。
4 结束语
排水路面采用大空隙沥青混合料作表层使雨天渗入到排水功能层内的水横向排除到路面结构以外, 即使雨量较大在路表形成水膜也能保证轮胎与地面的接触, 其排水功效和使用品质是明显优于密级配路面。在排水路面表层排水设计中, 重点考虑路表积水水膜厚度、排水层的退水时间、排水附属设施的泄水能力等三个重点指标, 依此提炼排水路面表层排水的设计方法。按照合理的设计方法对排水路面进行排水设计, 可以确保排水设施的排水能力满足要求。
摘要:相比传统密实型沥青路面, 排水路面具有许多显著的优点, 可较好地解决当前道路面临的诸多问题。在对排水路面排水过程分析的基础上, 指出排水路面表层排水设计的控制指标, 总结排水路面表层排水的设计方法, 并对工程试验段的路面和桥面排水构造进行设计调整。
关键词:排水路面,渗流,设计指标,结构设计
参考文献
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沥青路面的改建设计 篇2
关键词:路面结构,排水性沥青路面,排水功能,防水性粘结封层,排水计算
1 概述
我国高等级公路沥青路面表面层主要为密实抗滑层, 路面排水以表面径流形式实现。路表径流所形成的水膜很容易引起水漂、眩光、水溅, 影响行车安全;车轮真空作用引起的水雾也会降低雨天行车能见度, 导致行车安全性下降[1]。设有大空隙率沥青混合料表层的排水性沥青路面 (Porous Asphalt Pavement) 不仅可改善行车安全性, 还能改善行车环境, 受到了众多国家的重视、研究和应用, 尤其在美国、日本等高速公路中得到了非常广泛的使用。不过各国的研究目的不尽相同, 有的为加强排水、提高路面抗滑性能以保证行车安全性, 有的为降低交通噪声以提高环境质量, 因此对技术标准的研究与要求也有一定差别。我国公路部门对排水性沥青路面的研究着重于前者, 本文结合高速公路设置排水性沥青路面改善行车安全舒适性的工程实践, 介绍其排水设计的内容与方法。
2 排水性沥青路面的功能设计要求
设置大空隙透水性沥青混合料表层的排水路面与传统的密级配沥青路面相比, 结构上进行了透水性表面层的替换。表层混合料为骨架空隙结构, 空隙率高达20%左右, 可使雨水渗入到排水层内并沿路面横坡、纵坡及配套排水设施从路侧向排出路面体[2], 通过表层材料的改善提高路面的表面使用性能。
与密级配沥青混凝土路面相比, 排水性沥青路面除了表层材料、粘层防水功能要求特殊之外, 其空隙排水及泄水通道畅通是保证功能的重要方面, 必须在设计中严格控制。
排水层材料的空隙保证是空隙排水的基础, 应通过具体材料试验进行控制。确定空隙排水能力除了与连通空隙率有关外, 还与连通孔隙的孔径大小、排水层厚度以及排水路径的长度和坡度有关。即便出现排水层表面的径流, 由于连通孔隙对车轮下水压的改善, 也不易出现行车水漂和水雾现象, 因此此处空隙排水的关键应是控制排水表层内水的渗流时间和降雨结束后的退水时间, 从而保证表层材料的使用耐久性。国外对高速公路控制排水表层内水的渗流时间和降雨结束后的退水时间要求不超过2 h, 使其保持为优等排水级别。
泄水通道的畅通需要通过排水构造加以控制。路肩部的排水构造包括表层出水界面为中面层自由漫流坡面、深明沟、汇水浅沟、盲沟等不同型式, 各种型式的水力计算方法各异, 但总的设计原则应为保证下级排水设施的泄水能力不低于上级排水设施。具体设计包括结构构造设计与排水能力验算两部分, 而这两部分又相互影响, 需要先初步拟定结构构造型式与尺寸, 然后进行排水能力的验算使其满足排水功能要求并进行尺寸优化以改善排水效果。如对路肩部设置浅碟型排水明沟的泄水型式, 其排水功能的设计检验涉及以下几方面: (1) 沟槽深度适当, 不造成硬路肩壅水或壅水影响面不大; (2) 沟底集水井间距设置合理, 保证满足汇流历时要求; (3) 集水井出水管的管径合理, 保证其出水能力与明沟匹配。
3 排水性沥青路面结构构造设计
盐通高速公路是沿海高速公路过江苏境的一部分, 它位于江苏沿海地区, 历年雨水较多。原路面设计采用二灰土底基层、水稳碎石基层, 面层采用8 cm的Sup-25或AC-25I下面层、6 cm的Sup-20或AC-20I中面层及4 cm的SMA-13或AK-13表层。考虑该路雨水较多、交通繁重, 因此在海安段南通至盐城方向设置了16.9 km的试验路, 其中单幅路面设置为排水性沥青路面的在盐通高速上设置排水性沥青路面, 仅需要对原设计方案进行局部变化调整, 基本不涉及原路基路面工程设计的总体变化, 在构造方面主要是进行透水性上面层替换, 并增加表面层下防水性粘结封层以及进行路肩部排水构造的局部调整。
由于原设计路面表面排水采用路肩浅碟形集中汇流方案, 而对路面结构渗入水考虑沿基层表面的下封层表排至路肩处设置的无砂混凝土渗入路肩培土, 因此, 在设置排水性沥青表面层后需要对其作出相应的调整:
(1) 将路肩浅碟形混凝土排水明沟槽的内侧下降至表面层底以下, 从而保证雨水渗入到排水性表层后能够横向汇入沟中并集中排出路肩部位;
(2) 调整浅碟形明沟槽的深度以保证排水畅通;
(3) 排水明沟集水井排水可采用暗埋式PVC管。
浅碟形混凝土槽的构造尺寸调整如图1所示, 实际构造效果如图2所示, 其内侧上口比中面层表面低0.5 cm, 在进行中面层表防水性粘结封层施工时用防水材料将混凝土槽块与中面层接缝处封盖防渗。
由于路面结构仍为半刚性基层沥青面层的典型组合, 设置排水表层并未从根本上改变其力学特性, 因此反射裂缝依然会存在。当采用较高粘度沥青做为排水表层时, 由于沥青具有较好的延展性, 中面层开裂时表面不一定能明显观察到裂缝的存在, 因此需在排水表层与中面层间设置防水层以防止表层渗入水通过反射裂缝渗入中下面层及基层。对于该防水层, 不仅应考虑其对雨水的阻隔功能, 还应考虑由于表层大空隙造成的表层材料与下承层接触面积减小造成的粘结功能下降[3], 因此, 应将其界定为“防水性粘结封层”, 其材料可考虑在目前桥面用喷涂型柔性防水材料中选用。对基层开裂控制措施较好以及采用柔性基层的沥青路面结构, 则可侧重于排水表层与其下层的粘结效果要求, 可考虑采用橡胶改性乳化沥青等作为粘结层, 这样也可同时起到防止雨水下渗的作用。
4 排水功能设计检验
路肩部设置浅碟形排水明沟的排水功能设计主要涉及明沟槽深度、集水井间距、集水井出水管管径以及排水表层内降水的渗流时间和降雨结束后的退水时间等内容。
盐通高速公路设计为双向6车道, 路肩浅碟形排水明沟每隔20 m设置一集水井。由于中央分隔带为凸型密闭型绿化带, 表面排水的汇水面积应计及中央分隔带, 故两集水井进水口间路表汇水面积为:F=20× (35.0/2-0.47) ×10-6=0.340 6×10-3 (km2) 。设定汇流历时不超过5 min, 设计重现期为5年, 按该路所在地查得其降雨强度为q5, 10=2.5 mm/min, 该地区5年重现期时的重现转换系数为CP=1.0, 60min降雨强度转换系数为C60=0.4, 再查得5 min降雨历时转换系数为Ct=1.25, 因此可得到其设计计算降雨强度为[4]:q降=3.125 mm/min。规范建议透水性沥青路面径流系数在0.6~0.8之间取值, 考虑透入水不进入排水系统, 本设计的透水仍通过路肩明沟排除, 故取Ψ=0.95, 由此得到本工程的设计径流量为:Q=0.0169 m3/s。
4.1 集水井间距设置检验
考虑路面的结构排水, 降水将全部通过排水层或部分通过排水层、部分以径流方式流向路肩边沟。按照规范查得地表粗度系数为ml=0.013, 路面横坡ih=2%, 故路表汇流历时为:。由浅碟形边部排水明沟底部纵坡取最不利值ig=0.2%, 可计算得到极限平均流速为:v=20ig0.6=0.48 m/s, 超过0.4 m/s, 满足最小流速要求, 于是可计算出集水井汇流历时为:t2=L/ (60·v) =0.69 min。由此, 计算得到路表汇流与明沟汇流的总汇流历时为t=t1+t2=1.82+0.69=2.61 min<5 min。所以, 设置20 m的集水井间距满足通畅排水的要求。
4.2 集水井出水口断面的泄水能力验算
集水井采用Φ11的PVC管泄水, 其过水断面面积为:A=πd2/4=0.038 m2, 水力半径为:R=d/4=0.027 5 m, 管壁粗糙系数为n=0.01, 水力坡度I=4%, 因此平均流速为:v=R2/3I1/2/n=1.822 m/s<5 m/s, 由此计算得集水井的泄水能力为:Qc=v A=1.822×0.038=0.069 2 m3/s, 远大于前面计算得到的设计径流量0.016 9 m3/s, 因此符合设计规范要求, 也能保证通畅泄水。即便降雨全部以路面径流形式快速排除, 采用Φ11的PVC管的泄水也足以满足出水断面泄水能力要求。
4.3 路肩部浅碟形排水明沟的断面尺寸验算
对路肩明沟尺寸, 还需验算其沟深是否不造成路面壅水。取粗糙系数n=0.013, 明沟横坡度ia=0.2, 路线最不利纵坡I=0.2%, 由设计径流量0.016 9 m3/s及Qc=0.377 ha8/3I1/2/ (ian) 可计算得到:ha=0.107 4 m, 小于现明沟深度0.11 m, 因此, 最不利纵坡情况下不会出现硬路肩处的漫水, 满足设计要求。但当路线为最不利纵坡0.2%时, 排水表层在硬路肩部位有部分宽度内有一定深度的浸水, 不利于表层内水的通畅渗出。
4.4 排水结构层的渗流计算分析
排水性沥青表面层的层厚设计为4 cm, 假设其有效的连通孔隙率为15%, 渗透系数为kb=1.14 cm/s, 则q降=3.125 mm/min=0.005 2 cm/s
采用最大公称粒径为13.2 mm的表层, 退水时间为:
由计算可知, 不管是降雨过程中的表层内自由水的渗流时间, 还是降雨结束后的表层内退水时间, 都不能满足高速公路优等级别的不超过2 h的要求。分析其原因, 主要由于排水路面的宽度太大, 因此可考虑通过适当减小排水表层的铺筑宽度增加泄水能力或采取其它措施进行层内水的向外疏导以改善排水环境。对于减小铺筑宽度情况, 如果双向6车道高速公路排水表层的铺筑仅到达行车道右侧50 cm处, 则计算得到的渗流及退水时间都能满足2 h的最优级别排水性能要求, 这样不仅可使排水功能更好, 还可以有效节省表层透水性沥青混合料的铺装数量, 大大降低工程造价, 因此完全可在6车道高速公路排水性沥青路面设计中加以采用。
5 实践工程的实施效果
盐通高速公路的排水路面工程在上中面层之间采用了SBS改性乳化沥青粘层油和FYT桥面防水材料2种方案, 路肩部位为浅碟形排水明边沟, 桥面铺装边缘设置了10 cm导水槽, 不铺砌表层混合料以增加排水效果, 铺筑完成后的路面情况如图3所示。工程完工之后及开放交通后的半年和1年都分别进行了路表渗水试验测定, 实测结果表明:开放交通后的渗水测定结果略有下降, 但所有渗水测定结果值都能满足不低于900 ml/15 s的渗水效果, 实际暴雨情况下也未发现路表水膜存在, 车轮后水雾也基本不可见, 路肩部浅沟内水深较大, 但未见路面壅水。工程实际实施效果见图3。
6 结语
对于设置透水性沥青混合料表层的排水路面, 其在混合料设计、结构构造以及排水设置等方面都需要进行不同于传统沥青路面的考虑。就盐通高速公路而言, 需要对原设计进行局部调整以满足结构及功能要求。
从路面排水功能要求出发, 盐通高速公路的表层渗水与退水计算表明:对江苏沿海降雨强度较大的地区而言, 双向6车道高速公路设置排水性沥青混合料宽度太大将会降低其排水功能, 尽管出现表面水膜也并不会过多降低其行车安全性 (连通孔隙可以有效改善路表的安全水膜厚度) , 但渗水过慢对混合料的要求会更高, 设置仅涉及车道宽度的部分排水混合料铺装方案可解决6车道高速公路的以上问题, 尽管这在盐通高速公路中并未采用, 但该方法可有效改善表层功能及降低工程造价, 也不会带来行车安全性降低, 这对其它高速公路的设计中有一定的借鉴意义。
参考文献
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沥青路面的改建设计 篇3
(一) 工程实例
1.2006年笔者参与了龙泉驿区滨河南街的路面改造工程的设计。该道路为城市主干道Ⅲ级, 原为水泥混凝土路面。随着当地社会、经济的快速的发展, 交通量的剧增, 以及大量过境重载车辆的行使, 该道路出现了大量的混凝土面板裂缝、碎裂、唧泥、沉陷等病害。设计时首先针对旧水泥混凝土路面的破损情况, 提出铣刨刻痕拉毛、切割或挖除旧板浇筑新板、板底压浆、沥青灌缝等处理措施。之后在旧路面上铺设沥青罩面。设计的沥青罩面采用: (1) 在经整修处治后的路面按0.1~0.2Kg/m2的数量洒布改性乳化沥青作为粘层; (2) 在板块横缝纵缝处铺筑土工布; (3) 铺筑6cm厚AC-20Ⅰ型中粒式沥青砼; (4) 洒布改性乳化沥青作为粘层; (5) 铺筑3cm厚AC-13Ⅰ型SBS细粒式改性沥青砼。该设计为典型的“白加黑”型路面改建工程。首先处治“病根”, 即破坏的混凝土路面补强及专门的破碎处治, 从路面结构自身源头上防止新铺筑路面的破损;然后进行加铺沥青罩面的设计。
随着筑路材料的不断改进, 施工技术的日益提高, 在对以前设计工程的经验总结、对使用中加铺沥青罩面的改建道路调查研究的基础上, 设计思路也有了新的改进和提高。
2.2008年笔者负责完成了巴中市回风大道改造工程的设计工作。该道路为城市主干道Ⅰ级, 承担着大量的城市交通和过境交通。通过现场查看, 道路在营运多年的情况下, 路面情况总体较为良好, 适宜加铺沥青面层。但道路局部也存在着断板、错台、断角、破碎沉陷等病害。在加铺沥青罩面之前必须对路面病害进行整治, 以确保沥青路面的使用质量及寿命。结合该道路的实际情况, 从“生态化、人性化、现代化”等不同层面考虑。设计采用了: (1) 对原水泥混凝土路面进行弯沉检测, 对弯沉平均值20~45 (0.01mm) 者分别根据情况采用脱空板钻孔灌浆、修补开裂板块或者更换破碎板的方式补强, 对弯沉平均值大于45 (0.01mm) 者采用打裂、破碎、压实的方式补强;对整板沉陷者采用混凝土更换、补强基层, 以与原道路相同标号混凝土重新浇筑路面板的处治方式进行旧路补强、处治;对路面进行铣刨刻痕拉毛, 其目的为与上层沥青混凝土能够更好地进行结合, 使得沥青混凝土摊铺后稳定性增加;对路面板横纵缝板差进行铣刨, 其目的是保证沥青混凝土摊铺厚度基本均匀;对面板缝隙宽度小于3mm的细小裂缝, 清缝后采用沥青灌缝处理。 (2) 在经整修处治后的路面按0.1~0.2Kg/m2的数量洒布改性乳化沥青作为粘层; (3) 铺筑2cm厚AR-SAMI应力吸收层, 并压实; (4) 铺筑5cm厚的橡胶沥青面层。
在该“白加黑”型路面改建工程设计中, 与之前的设计相同之处在于:首先处治“病根”, 即破坏的混凝土路面补强及专门的破碎处治, 从路面结构自身源头上防止新铺筑路面的破损。这也是进行道路加铺沥青罩面成功改建的首要步骤。在沥青混凝土加铺罩面之前对旧水泥混凝土路面的损坏情况和结构状况进行正确的评价是解决反射裂缝和保证加罩优良至关重要的一环。现阶段常用的对旧水泥路面的处治方法除以上的针对不同破损情况提出不同方法局部修复以外, 也有采用专用破碎设备对旧水泥路面进行比较彻底的破碎的方法。这种碎石化方式减少了混凝土板的有效尺寸, 充分降低水泥混凝土板的接缝处由于荷载、温度等引起的位移, 从而防止或减缓反射裂缝的产生。个人认为这是对防止反射裂缝最有效的最彻底的处理方法, 但由于现有碎石化技术的水泥混凝土板破碎程度把握问题, 需加铺10~15cm较厚的沥青碎石应力吸收层问题以及环境影响等问题, 在城市道路的改建中运用尚较少。
(二) 分析比较
本次设计与之前设计最大的区别是在进行加铺沥青罩面的设计中采用了橡胶沥青。采用了结构性加强设计, 设置了橡胶沥青应力吸收层 (AR-SAMI) , 将路面向上传递的应力 (水泥混凝土板裂缝处产生的集中应力) 吸收、分散在较大的面积上, 从而达到延缓和避免沥青罩面层反射 (下转第84页) (上接第90页) 裂缝的产生。再在其上铺设高黏弹性橡胶沥青混合料 (AR-GAP) 。橡胶沥青是向基质沥青加入15%以上的橡胶粉粒, 并在180ºC以上的温度下共炼反应45分钟, 使基质沥青与橡胶粉充分溶胀而形成了一种新的胶结料, 具有较强的硫化橡胶特性。橡胶沥青对材料、加工工艺、生产设备和施工技术等要求均较高。橡胶沥青的加工工艺是直接影响其质量的重要因素, 所以首先选择有加工改性沥青经营资质的企业, 其次选择有橡胶沥青专用生产设备, 以及有专业队伍与丰富生产加工经验的企业做供应商。因橡胶沥青应力吸收层在整个路面结构中只是一个封层模式的功能层, 不是最终的路面结构层, 所以只能从原材料与施工过程中来控制其质量。橡胶粉的原材料必须来源于汽车轮胎, 可以是子午胎 (小车等轻型车) 或斜交胎 (卡车等载重车) , 轮胎破碎成胶粉的工艺必须采用常温粉碎法, 橡胶粉必须干燥、无污染, 在与沥青和骨料的拌和中能自由流动而不产生泡沫。橡胶粉筛分应采用水筛法进行试验, 密度应为1.15±0.05g/cm3, 应无铁丝或其它杂质, 纤维比例应不超过0.5%, 要求橡胶粉颗粒不能相互粘结成块。而在施工前应进行基层的清扫、吹尘和清洗, 最终以橡胶沥青洒布量和碎石撒铺量进行控制与检测。
另外, 由于工程是城市道路, 在原路面上加铺了沥青罩面, 路面设计高程提高, 人行道、原公交站台及雨污水井也考虑进行了相应的改造。该设计方案虽然前期投入较高, 但从长期使用功能和效果来比较, 具有更好的性价比。设计方案获得了建设单位的好评和认可。
(三) 结束语
目前, 国内很多大中城市的城市道路, 以及早期建成的高速公路都在进行改造, 旧水泥混凝土路面加铺沥青罩面技术在国内城市道路、高等级公路改造过程中得到广泛应用。我国新的《公路沥青路面设计规范》 (JTG D50-2006) 对水泥混凝土路面加铺沥青路面也对旧路的调查方法、测定指标、处置方式以及对加铺沥青厚度, 减缓反射裂缝的措施等方面也已经有了一些规定。然而对我国乃至世界来说, 旧水泥混凝土路面加铺沥青罩面工程的设计和实施仍然是一个不断总结, 不断探索和不断更新的过程。
摘要:水泥混凝土路面因造价低、使用年限长等原因, 在我国公路发展的初级阶段, 得到了大量使用。随着社会的发展, 水泥混凝土路面行车舒适性差、维修及养护时间较长影响道路通行能力等缺点逐渐显现出来。目前, 在我国的大多城市, 众多道路已经到了大修改建阶段, 旧水泥混凝土路面改建为沥青混凝土路面开始广泛实施。
关键词:旧水泥路面,加铺沥青罩面,道路设计,病害处理,反射裂缝,橡胶沥青
参考文献
[1]宁孝岐, 王海宝.水泥路面改造加铺沥青面层施工技术[J].筑路机械与施工机械化, 2005 (7) .
[2]邵学良, 秦兴华, 王胤, 吴国庆.碎石化水泥混凝土路面加铺层结构研究与设计[J].城市道桥与防洪, 2009 (5) .
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