农村水泥混凝土路面加铺沥青面层施工工艺研究_张鹤峰.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言近年来，随着我国农村道路蓬勃发展，水泥混凝土路面已经修建到每家每户。水泥混凝土路面虽然具有承载力高和耐久性好等优点，但随着人们对道路性能要求越来越高，水泥混凝土路面已经不能满足人们的基本要求，因此，在农村逐渐推广“白加黑”路面，在水泥混凝土路面上直接加铺沥青面层既可以利用水泥混凝土路面的强度和承载能力，又可以提高路面使用性能，延长路面使用年限1。本文通过ABAQUS有限元软件分析沥青加铺层为10cm、11 cm、12 cm、13 cm、14 cm、15 cm时，对层底力学响应的研究，确定最佳加铺层厚度，并结合“白加黑”路面施工工艺，对农村水泥混凝土路面加铺沥青面层施工工艺研究和推广具有重要意义。2工程概况某农村水泥道路起点桩号为K154+200，终 点桩 号为K168+200，全线长14 km。由于水泥混凝土路面养护成本大、噪声大、行车舒适性差、抗滑性能差，已经不能满足农村公路要求，但该项目工程路段水泥混凝土板完整性能较好、强度较好，因此，决定在水泥混凝土路面加铺沥青面层。为防止昼夜温差变化过大而导致水泥板发生翘曲变形，需在各水泥板之间设置一道1 cm的接缝。另外，白加黑路面易出现反射裂缝，因此，可以增加沥青加铺层厚度来延缓反射裂缝，但沥青加铺层过厚时，延缓反射裂缝效果则不会增大，反而增加施工成本。【作者简介】张鹤峰（1986），男，河北秦皇岛人，工程师，从事公路工程研究。农村水泥混凝土路面加铺沥青面层施工工艺研究Study on Construction Technology of Asphalt Overlay on Rural Cement Pavement张鹤峰（抚宁区农村公路发展中心，河北 秦皇岛 066300）ZHANG He-feng(Funing District Rural Road Development Center,Qinhuangdao 066300,China)【摘要】为提高农村公路水泥混凝土路面的强度和承载能力，对水泥混凝土路面加铺沥青面层施工技术进行研究，通过 ABAQUS有限元软件数值分析不同沥青加铺层为对层底的力学响应，随着加铺层厚度的增加，层底应力先减小后趋于稳定，确定最佳加铺层厚度为 13cm，并依托实际工程，在试验路段加铺沥青层，检测发现“白加黑”路面具有较好的路用性能。【A b s t r a c t】In order to improve the rural highway cement road surface strength and bearing capacity,paving asphalt surface constructiontechnologyofcementroad surface isstudied,byusingABAQUSfinite element numerical analysissoftware for different asphalt layer on layerbottommechanicalresponse,aspavinglayerthicknessincreases,stabilizedafterlayerbottomstressdecreasesfirst,determinethebestaddlayerdepth is 13 cm,and based on actual project,It is found that the white and black road surface has better road performance when asphalt layer isaddedtothetestroadsection.【关键词】白加黑路面；农村公路；沥青面层；性能检测【K e y w o r d s】whiteandblackroadsurface;ruralroads;asphaltsurfacelayer;performancetesting【中图分类号】U416.216；U418.6【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）03-0212-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.03.0642123沥青加铺层厚度应力分析3.1有限元建模沥青加铺层厚度不足时，会导致沥青面层在接缝处产生反射裂缝，严重影响行车安全性与舒适性；沥青加铺层厚度过大时，会造成施工成本过大。因此，需确定水泥混凝土路面沥青加铺层最佳沥青层厚度。3.1.1模型尺寸采用沥青混合料加铺面层长3 m、宽3 m、厚度控制在1015 cm，旧水泥混凝土基层长3 m、宽3 m、厚22 cm，其中在水泥混凝土基层设置一条长3 m、宽1 cm的施工缝。参照水泥混凝土路面加铺沥青混合料设计规范，确定面层各基层宽度、厚度、弹性模量及泊松比等参数。3.1.2荷载“白加黑”路面行车荷载根据JTG D502017公路沥青路面设计规范要求，取标准单轴-双轮轴载BZZ-100，车轮对路面的压强为0.7 MPa。由于在旧水泥混凝土路面接缝处易产生反射裂缝，为简化荷载对路面压强，数值模型中在接缝正上方设置矩形荷载作用区域。3.2加铺层厚度对层底应力响应分析为研究不同加铺层厚度对沥青面层的层底应力响应，本文采用有限元模拟“白加黑”加铺层厚度为10 cm、11 cm、12 cm、13 cm、14 cm、15 cm时，沥青面层的层底等效应力、最大主应力及剪应力。加铺层厚度从10 cm增加到15 cm时，加铺层厚度与应力关系如图1所示。图 1加铺层厚度与应力关系图由图1可知，沥青加铺层厚度从10 cm增加到15 cm时，沥青层层底最大主应力、等效应力与剪应力先减小后趋于稳定。加铺层厚度从10 cm增加到13 cm时，沥青层层底最大主应力从0.485MPa减小到0.348MPa，主应力减小率为25.3%；加铺层厚度从13 cm增加到15 cm时，沥青层层底最大主应力从0.348 MPa减小到0.315 MPa，主应力减小率为9.5%。加铺层厚度从10 cm增加到13 cm时，沥青层层底等效应力从0.691 MPa减 小 到0.423 MPa，等效应 力减小 率为38.8%；加铺层厚度从13 cm增加到15 cm时，沥青层层底最大主应力从0.423 MPa减小到0.419 MPa，等效应力减小率为0.09%。加铺层厚度从10 cm增加到13 cm时，沥青层层底剪应力从0.741 MPa减小到0.569 MPa，剪应力减小率为23.2%；加铺层厚度从13 cm增加到15 cm时，沥青层层底剪应力从0.569 MPa减小到0.513 MPa，剪应力减小率为9.8%。这是因为沥青层厚度的增加不会延缓反射裂缝从基层扩散到面层，再增加加铺层厚度只会增加施工成本，因此，项目工程水泥混凝土路面加铺沥青面层最佳厚度控制在13 cm。4工程应用4.1施工工艺4.1.1施工准备工作水泥混凝土路面沥青加铺层施工前需要对原路面进行清扫，保证施工面整洁、无杂质，为保证施工安全性，需要提前对施工路段采用封闭措施，为确保项目工程满足施工要求，提前检查机械设备，确保机械设备可以正常运行。4.1.2拌和与运输沥青加铺层混合料应满足施工要求，拌和前需要对沥青、集料和矿粉等原材料进行质量检测，检测结果均满足规范要求才能投入使用。本项目工程沥青采用70号基质沥青，集料采用玄武岩，沥青混合料需要严格控制拌和温度，厂拌沥青混合料在搅拌仓内温度不得高于180、不得低于150，在拌和厂内完成拌和后应立即送至施工现场。运输车内注意保温工作，控制温度不得低于140，同时为防止沥青混合料发生离析，需要在车厢内均匀涂抹一层润滑油，运输车驾驶时，控制驾驶速度，应防止急刹车、急转弯等问题2。4.1.3摊铺加铺层沥青混合料进行摊铺作业时，为保证施工质量满足要求，需要控制摊铺温度。摊铺施工时，沥青混合料温度不Construction Technology工程施工技术213Construction&DesignForProject工程建设与设计得低于150，摊铺机行驶速度控制在3 km/h，不得中途停车，应保证沥青混合料摊铺均匀性与连贯性。当摊铺设备到达指定位置后，应在烫平板下方设置垫木，以强化高程测量的准确性3。4.1.4压实加铺层沥青混合料压实施工时，控制加铺层厚度为13 cm，为保证沥青混合料强度与压实度满足要求，压实遍数在8次以上，12次以下为佳，初压遍数为23遍为佳，复压遍数为46遍为佳，终压遍数为24遍为佳4。4.2平整度检测项目工程白加黑路段施工完成后，根据规范要求采用3 m直尺测得路面平整度，并根据公式将试验路段3 m直尺测量值转换为IRI值，本文在项目路段K155+230K155+330和K161+330K161+430分别选取2处检测点，试验路段IRI指数检测结果如表1所示。表 1试验路段 IRI 指数路段桩号检测点 1检测点 23 m 直尺平整度/mm国际平整度 IRI/（m/km）3 m 直尺平整度/mm国际平整度 IRI/（m/km）K155+230K155+330K161+330K161+4302.941.950.660.292.412.350.460.44由表1可知，K155+230K155+330国际平整度IRI平均值为0.56 m/km；K161+330K161+430国际平整度IRI平均值为0.37 m/km，依据JTG F 402004公路沥青路面施工技术规范 要求国际平整度IRI应当小于2 m/km，“白加黑”路段IRI值为0.56 m/km和0.37 m/km，均远远小于2 m/km，满足规范要求，说明加铺层路段路面具有较好的行车舒适性。4.3压实度检测项目工程白加黑路段施工完成后，根据规范要求采用核子密度仪法对加铺层压实度进行检测，本文在项 目路 段K155+230K155+330和K161+330K161+430分别选取4处检测点，对检测点A、B、C、D压实度进行检测，检测结果如表2所示。由表2可知，K155+230K155+330路段的压实度平均值为95.8%，K161+330K161+430路 段 的 压 实 度 平 均 值 为97.5%，说明加铺层路段路面具有较好压实性能，满足施工规范的压实度要求。5结语为提高农村水泥混凝土路面使用性能和使用年限，本项目工程通过软件数值模拟不同加铺层厚度对沥青层层底应力的影响，并结合实际白加黑路面施工，得到如下结论：1）沥青加铺层厚度从10 cm增加到15 cm时，沥青层层底应力先减小后趋于稳定；2）通过ABAQUS分析最佳加铺层厚度为13 cm；3）“白加黑”路面施工后压实度和平整度可以满足规范要求，具有良好的施工效果。【参考文献】1刘道君,黄从俊.水泥混凝土路面加宽及沥青加铺层设计与研究J.城市道桥与防洪,2021(9):147-149.2王小华,马进.改进型SMA13在桂柳高速水泥混凝土路面沥青加铺层中的应用J.中外公路,2021,41(2):331-337.3元帅.不同夹层下旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构力学分析D.长沙:长沙理工大学,2020.4孙红军,谢晓杰,王永贵.基于ANSYS的旧水泥混凝土路面沥青加铺层应力状态研究J.公路工程,2020,45(1):173-177.【收稿日期】2022-10-25表 2试验路段压实度检测结果表路段桩号压实度/%3 m 直尺平整度/mm国际平整度 IRI/（m/km）3 m 直尺平整度/mm国际平整度 IRI/（m/km）K155+230K155+330K161+330K161+4302.941.950.660.292.412.350.460.44214