摘  要：用4种不同方法计算了加铺沥青层结构的厚度，比较计算结果，并综合考虑其他因素进行加铺层结构设计。通过AAPA进行加铺沥青层反射裂缝试验研究。研究表明，所设计的加铺层结构是较为合理的，在加铺层结构中的关键层采用改性沥青是非常有必要的。     关键词：旧水泥混凝土路面 加铺沥青层 结构设计 反射裂缝       在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层足一种常用的、有效的路面修复技术。它具有工期短、对交通影响小、修复后路面服务性能好等优点。但旧水泥混凝土路面的接缝与裂缝处不能承受剪应力和拉应力，在温度应力和车轮荷载重复作用下，加铺沥青层容易产生反射裂缝。反射裂缝的不断扩展，降低了路面的平整度和使用性能，缩短了路面的使用寿命。     目前国内外对旧水泥混凝土路面仍处于试验研究阶段，还没有形成一个完整的体系来指导设计与施工。本文以合宁高速公路安徽境内小两冲段路面改造工程为研究对象，对旧水泥混凝土路面加铺沥青层进行结构设计及反射裂缝试验研究，为加铺技术积累经验。     1  工程概况     合宁高速公路小西冲段(14K+410～17K+200)设计标准为双向4车道，路面和硬路肩均采用水泥混凝土路面。原路面结构层为24 cm水泥混凝土面层+18 cm水泥稳定基层+20 cm石灰土。     该路段属于夏炎热冬寒冷湿润区^[1]。夏季天气炎热，月平均最高气温达32．5℃，历史极端最高气温43 ℃；月平均最低气温为-4℃，历史极端最低气温-13℃^[2]；属于多雨潮湿气候地区，春夏造成梅雨和夏雨，形成明显的不利季节。     该路段为皖苏两地的重要交通干道，通过搜集、调查交通量资料，分析统计结果表明该路段主要以中小型车辆行驶为主，中型车为40％，小型车为41％，大型及特大型车辆为19％。经过调查混合交通量为17 259 pcu／d。     2  加铺沥青层结构设计     采用较厚加铺层方案时，常用的方法有美国地沥青学会法、COE经验法、AASHTO经验法和有效厚度法等。分别按这几种方法计算加铺沥青层的厚度，通过分析提出合理的加铺层结构。     2.1  美国地沥青学会法     美国地沥青学会法关于水泥混凝土路面上加铺沥青层的通用厚度设计见表1^[3]，加铺沥青层厚度的选用考虑了水平拉应力和竖向剪应力两者的作用，以便使反射裂缝减小到最低程度。在这一方法中，加铺层厚度与板长及年平均温度差有关。 表1  水泥混凝土路面上加铺沥青层通用厚度值     cm      注：年平均温度差指30a平均的最热和最冷月最高正常日最高温度与最低正常日最小温度之差。 表1中建议最小厚度值为10 cm，此厚度将减小挠度约20％。当加铺层厚度超过18 cm时应考虑采用其他方案，如破碎稳固法，增设裂缝松弛法等。     合宁高速公路旧水泥混凝土路面板长为5 m，所处地区月平均最高气温达32．5 ℃，月平均最低气温为-4℃，因此年平均温差为36.5 K。根据表l可知要使反射裂缝减小到最低程度的加铺层厚度为10.5 cm。     2.2   COE法     美国工程师队(COE)按照补足厚度缺额的概念，依据试验路的观察和分析结果，提出旧水泥混凝土路面上加铺沥青层的经验计算公式^[4]：     h=A(fh_d-c_bh₀)    (1)     式中：A为混凝土层厚与沥青层厚的当量转换系数，A=2.5，美国联邦航空局(FAA)在1998年的设计手册中将系数由2.5提高到3.0；f为控制旧面板层在加铺后裂缝进一步发展程度的系数，随交通和路基强度变动于0.6～1.0；h_{dwww.tmgc8.com}为按现有地基承载力和未来交通要求，由新建混凝土路面设计方法确定的单层混凝土面层所需厚度，cm；c_b为旧面层板的状况系数，含有细微的初始裂缝时c_b=l，含有多条裂缝或角隅断裂时c_b=0.75；‰为旧混凝土板的厚度，cm。     h_b不但与交通量和地基承载力有关，还与板长、温差等因素有关，精确的计算比较困难。对于加铺沥青层设计，混凝土面板的估计厚度h_d可参照表2取值。 表2  混凝土面板的估计厚度    cm     c_b值波动的范围较大，具体选用时难以把握，建议根据旧混凝土路面状况指数的评价结果，按表3取值。 表3旧混凝土面板状况系数     利用COE法计算合宁高速公路加铺层厚度，旧水泥混凝土面板厚为24 cm，板长为5 m，为重交通等级，旧路面状况评级为良，所处地区年平均温度差为36.5 K，因此，h_d可取为25 cm；c_b司取为0.92；A取2.5；对于f值，一般希望加铺沥青层后，旧混凝土面板的裂缝不再进一步发展，故取为l。按式(1)计算加铺层厚度：     h=2．5(1×25—0．92×24)=7．3 cm     此厚度满足公路上典型加铺层的最小厚度，但是相对通用设计表最小厚度10．5 cm还是偏小。     2.3   AASHTO法     美国AASHTO的路面设计指南也采用补足厚度缺额的概念确定加铺沥青层的厚度，但放弃了f修正系数的考虑，即不考虑加铺后的旧混凝土面板的进一步开裂。其计算公式：     h=B(h_d－h_e)    (2)     h_e=c₁c₂c₃h₀     式中：B为混凝土层厚与沥青层厚的当量转换系数，是混凝土厚度缺额的函数，B=2.223 3+0.001 53(h_d－h_e)2－0.0604(h_d－h_e)；h_e为旧路面有效厚度，cm；c₁为考虑损坏接缝和裂缝是否修复的系数，加铺前已进行全厚度修补时，c₁=1，否则按每公里未修复接缝和裂缝的数量在0.6～1.0范围内选取；c₂为考虑旧面层是否存在耐久性问题(耐久性裂缝或反应性集料病害)的系数，无耐久性问题时，c₂=1，有耐久性裂缝但未碎裂时，c₂=0.96～0.99，有少量碎裂时，c₂=0.88～0.95。严重碎裂时，c₂=0.80～0.87；c₃为考虑疲劳损坏程度的系数，少量横向裂缝板(<5％)时c₃=0.97～1.0，较多横向裂缝板(5％～15％)时c₃=0.94～0.96．大量横向裂缝板时c₃=0.90～0.93。     利用AASHTO法计算合宁高速公路加铺层厚度：旧水泥混凝土面板有少量碎裂，c₃取为0．92，有较多的横向裂缝，c₃取为0.94，在加铺沥青面层之前对旧路面中损坏较严重的裂缝和接缝进行修补，损坏较轻的不修补，则c₁取为0.9。先计算有效厚度h_e。     h_e=0.9×0.92×0.94×24=18.7 cm     计算当量转换系数：     B=2.223 3+0.001 53×(25一18.7)²一0.060 4×(25一18.7)=2.66     则加铺沥青层厚度：     h =2.66×(25一18.7)=16.8 cm     2.4  有效厚度法     这一方法的基本思路是加铺层所需的厚度是新路面所需的厚度^。与旧路面有效厚度h_e之差：     h=h_n－h_ewww.tmgc8.com     此处h_n是指全厚式沥青路面的厚度，即直接铺筑在土基上的沥青层厚度。在已知土基计算回弹模量和荷载参数时，其值可通过路面结构程序计算得到。     各层有效厚度的计算是将各层实际厚度乘以换算系数并求和得到^[3]，公式如下：         式中：h_e为旧路面有效厚度，h_i和c_i为第i层的厚度和换算系数。q取值具体可按有效厚度换算参数表^[3]，选取，参数表具体内容本文省略。     利用有效厚度法计算合宁高速公路加铺层厚度：原路面结构为24 cm水泥混凝土面层+18 cm水泥稳定基层+20 cm石灰土。板长为5 m，累计当量轴次为1.1×10⁷次。     用程序计算全厚式沥青路面的厚度乜为47.7 cm，根据有效厚度换算参数表，对于旧混凝土板，换算系数c₁可取为0.7，对于水泥稳定基层换算系数c₂可取为0.4，对于石灰土换算系数c₃可取为0.3，则有效厚度由式(3)为：     h_e=0.7×24+0.4×18+0.3×20=30 cm     加铺层所需的厚度为：     h=h_f－h_e=47.7—30=17.7 cm     此厚度与AASHT()加铺层厚度计算的结果相差很小，且满足最小厚度的要求，故本路段加铺层厚度可取18 cm。     2.5 

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