上海特重交通瀝青路面結(jié)構(gòu)研究

1、2010年 03期 (總第 63期 作者簡(jiǎn)介:吳青峰 (1960- ,男,上海人,高級(jí)工程師,主要從事公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)管理工作 。近年來,上海市的公路建設(shè)蓬勃發(fā)展,路網(wǎng)布局逐 步完善,但伴隨著超大規(guī)模的城鄉(xiāng)建設(shè) 、 持續(xù)快速的經(jīng) 濟(jì)增長(zhǎng),上海地區(qū)公路交通負(fù)荷日益增大,公路設(shè)施正 處于超過預(yù)期的特重交通條件,面臨嚴(yán)峻考驗(yàn) 。 根據(jù) 2008年上海市公路管理處和同濟(jì)大學(xué)對(duì)上海市 30條干 線公路的軸載調(diào)查,上海地區(qū)交通特性主要表現(xiàn)在兩個(gè) 方面:一是交通流量大,如上海城市外環(huán)線的日高峰流 量持續(xù)超過 10萬輛,建成后第二年即達(dá)到飽和甚至超 過設(shè)計(jì)流量;二是公路運(yùn)輸超載超限現(xiàn)象嚴(yán)重,各等級(jí) 道路的平均超

2、載率約 23%,城市外環(huán)線的超載率達(dá) 40%。 本文結(jié)合上海地區(qū)公路路況與交通軸載調(diào)查結(jié) 果,考慮水網(wǎng)地區(qū)的自然環(huán)境條件,提出適用于上海地 區(qū)特重交通條件下瀝青路面典型結(jié)構(gòu)建議 。1瀝青路面交通等級(jí)的界定瀝青路面交通等級(jí)的劃分依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn), 具體見表 1所示 。 上海地區(qū)可以結(jié)合公路交通量和車輛 軸載調(diào)查情況,按照現(xiàn)行規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)調(diào)查路段瀝青 路面的交通等級(jí)進(jìn)行具體界定 。2瀝青路面結(jié)構(gòu)及病害調(diào)查2.1瀝青路面結(jié)構(gòu)調(diào)查經(jīng)過對(duì)上海地區(qū)道路的大量調(diào)查發(fā)現(xiàn),目前上海地 區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)基本上根據(jù) 96版推薦的瀝青路面典型 結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)原則主要有以下特點(diǎn):(1 路面典型結(jié)構(gòu)采用多層體系

3、,即瀝青混合料面 層 +半剛性基層 +半剛性或柔性底基層 (或墊層 +土基 。(2 面層不推薦瀝青表面處治與瀝青貫入式 。 在瀝 青面層的厚度選擇上,采取了偏薄的策略,視道路等級(jí) 瀝青厚度一般為 915cm (三層式或兩層式 ,主要是考 慮過厚的面層不利于車轍控制,并認(rèn)為超過 15cm 的面 層厚度對(duì)于反射裂縫的延緩意義不大 。(3 主推三渣 (二灰碎石 基層,為了克服大三渣 在施工過程中平整度不易控制等問題,建議采用有一定 級(jí)配且粒徑較小的小三渣作為基層材料 。(4 在交通等級(jí)上僅含包括重交通等級(jí) (1.2×107<N e <2.0×107,對(duì)于特重交通等級(jí)沒

4、有推薦典型結(jié)構(gòu) 。(5 土基回彈模量按照 15MPa 、 20MPa 、 25MPa 和 30MPa 四檔取值,并建議公路取高值 。 2.2瀝青路面病害調(diào)查經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè)試分析,得出上海地區(qū)高速公路 、 一級(jí)公路及二級(jí)公路各類病害分布情況,分別見圖 1和 圖 2。上海特重交通瀝青路面結(jié)構(gòu)研究吳青峰(上海市公路管理處,上海 200063摘要:文章調(diào)查分析了上海地區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)類型及病害特征,實(shí)測(cè)了上海地區(qū)車輛軸載組成特性,研究分析了車輛超載超限狀況,建立了車輛軸載譜 。 通過數(shù)值仿真進(jìn)行了力學(xué)響應(yīng)分析,考慮自然氣候 、 材料供應(yīng)等條件 推薦了符合上海地區(qū)交通特性典型路面結(jié)構(gòu)形式,并成功應(yīng)用于多條

5、特重交通道路整修工程 。 關(guān)鍵詞:道路工程;特重交通;瀝青路面;軸載調(diào)查;典型結(jié)構(gòu) 中圖分類號(hào):U416.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B表 1交通等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)注:對(duì)于表中瀝青路面兩個(gè)劃分標(biāo)準(zhǔn),選擇一個(gè)較高的交通等級(jí)作為設(shè)計(jì)交通等級(jí) 。 59圖 1高速公路 、 一級(jí)公路路面病害分布情況圖 2二級(jí)公路路面病害分布從圖中可以看出,無論是高速公路 、 一級(jí)公路還是 二級(jí)公路,其裂縫類病害所占比例最高,而裂縫類病害 屬于結(jié)構(gòu)性破損,主要與行車荷載有關(guān) , 所以對(duì)瀝青路 面而言,行車荷載是路面破損的主要原因之一,而超重 車輛的作用將加速瀝青路面的破損 。 從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況 看,特重交通路段瀝青混凝土路面病害的種類比其他交

6、 通等級(jí)路段的更多,嚴(yán)重程度更大,龜網(wǎng)裂 、 沉陷和翻 漿等現(xiàn)象更為普遍,見圖 3所示 。圖 3路面嚴(yán)重?fù)p壞 3車輛軸載調(diào)查與分析根據(jù)病害調(diào)查結(jié)果,認(rèn)為上海地區(qū)軸載過重對(duì)瀝青 路面性能有較大影響 。 為了全面掌握上海地區(qū)行駛車輛 的軸載分布規(guī)律,及其對(duì)路面損壞影響, 2008年 6月至 8月,上海市公路管理處和同濟(jì)大學(xué)應(yīng)用動(dòng)態(tài)稱重儀 (WIM ,對(duì)上海市主要干線公路進(jìn)行了車輛軸載調(diào)查; 車輛超重情況分析主要依據(jù)現(xiàn)行交通部制定的相關(guān)規(guī) 定 。 軸載調(diào)查的主要結(jié)論有以下幾個(gè)方面:3.1車輛超載情況針對(duì) 30條調(diào)查路段,車輛超載的總體情況為:(1 道路超載車比例平均為 24%。(2 各類車型超載車比

7、例平均為 27%。(3 超載嚴(yán)重路段超載車比例均超過 25%,有些路 段超載車比例達(dá)到 45%以上 。(4 二軸型貨車實(shí)測(cè)最大裝載率高達(dá) 1063%,也即 一輛額定裝載量為 2t 的車實(shí)際裝載量為 21.26t 。3.2車輛超限情況(1 車輛軸載超限針對(duì)所有調(diào)查路段,每種軸型的超限情況見表 2所 示 。 從表中可以看出,各類軸載的超限情況較普遍,三 聯(lián)軸超限最為普遍而嚴(yán)重 。(2 車輛總重超限針對(duì)所有調(diào)查路段,車輛總重超限情況見表 3所 示 。 從表中可以看出,各類車總重超限比較普遍,其中 二軸車總重超限最為普遍而嚴(yán)重 。3.3歷年車輛軸載譜對(duì)比車輛的軸載譜不僅反映了車輛的超限概況,更重要 的

8、還是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) 。 人們通?？?以根據(jù)軸載譜及不同軸載級(jí)別計(jì)算各種車型對(duì)路面的平 均損壞效果,從而設(shè)計(jì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 。 以下將 1998表 2各類軸型超限情 表 3總重超限情況 道路工程602010年 03期 (總第 63期 年 8月和 2008年 6月 2008年 8月針對(duì)上海市干線公路 所作的兩次軸載調(diào)查工作及主要結(jié)論作對(duì)比分析,以期 掌握 1998年至 2008年這 10年期間,上海市干線公路 車輛軸載譜變化情況 。 分析兩次軸載調(diào)查實(shí)測(cè)軸載譜, 得到如下結(jié)論:(1 同樣類型軸載超限范圍增大,超限程度增高, 見圖 4所示 。圖 41998與 2008年三軸車中后軸(

9、2 與 1998年相比, 2008年三聯(lián)軸車型超限現(xiàn)象 從無到有,且普遍存在超限,如圖 5所示 。 其中:(a 五軸半掛車型; (b 六軸半掛車型 。圖 52008年三聯(lián)軸車型中后軸4推薦瀝青路面典型結(jié)構(gòu)采用理論分析 、 數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查實(shí)測(cè) (如鉆芯 取樣 相結(jié)合的方式,分析既有瀝青路面損壞的主要原 因有以下幾方面:(1 設(shè)計(jì)方面:路基設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏低,路面結(jié)構(gòu) 形式單一,結(jié)構(gòu)層厚度不合理 。(2 路基性能不足:路基土性能較差,水的影響顯 著 。(3 交通荷載影響:重載作用,車輛超重現(xiàn)象嚴(yán) 重 。(4 施工質(zhì)量過程控制不嚴(yán)格 。(5 養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策不恰當(dāng) 。本文主要從力學(xué)響應(yīng) 、 技術(shù)及施工

10、可行性與其他等 方面對(duì)特重交通路段瀝青路面典型結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行研究 。 4.1推薦路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)分析經(jīng)調(diào)研可知,國(guó)內(nèi)外瀝青路面結(jié)構(gòu)形式主要有以下 幾種:(1 半剛性基層的瀝青路面; (2 柔性基層的 瀝青路面; (3 全厚式瀝青路面與瀝青碎石為基層的 瀝青路面; (4 復(fù)合路面結(jié)構(gòu)體系 剛?cè)釓?fù)合式 、 瀝 青碎石 +半剛性結(jié)構(gòu)復(fù)合式 、 級(jí)配碎石 +半剛性基層復(fù)合 式等 。 本文利用數(shù)值分析軟件計(jì)算分析對(duì)比幾種不同瀝 青路面在雙圓垂直均布荷載作用下的彎沉 、 應(yīng)力應(yīng)變等 力學(xué)響應(yīng),為上海地區(qū)新建干線公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 提供理論依據(jù) 。(1 計(jì)算分析結(jié)構(gòu)計(jì)算分析如表 4所示的 5種典型結(jié)構(gòu)組合

11、。(2 力學(xué)響應(yīng)計(jì)算分析比較結(jié)果分析圖 6中:(a 彎沉; (b 基底拉應(yīng)力; (c 土基頂面壓應(yīng)變 。 有以下結(jié)論:(1 半剛性基層瀝青路面 、 瀝青穩(wěn)定碎石基層瀝青 路面,從彎沉 、 應(yīng)力應(yīng)變綜合來說,都是較好的結(jié)構(gòu) 。表 4計(jì)算分析典型結(jié)構(gòu)表圖 6路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)612010年 03期 (總第 63期 在經(jīng)濟(jì)條件受限時(shí),采用半剛性基層及較薄的瀝青穩(wěn)定 碎石基層路面結(jié)構(gòu)形式都是比較合適的;對(duì)于高速公路 特重交通瀝青路面,可采用連續(xù)配筋混凝土基層瀝青路 面結(jié)構(gòu)組合形式 。(2 由于連續(xù)配筋混凝土基層在縱向配置連續(xù)鋼 筋,中間不設(shè)橫向接縫,不僅提高了路面板的整體性, 具有較高的承重能力,還克服

12、了普通水泥混凝土路面容 易出現(xiàn)的板角斷裂 、 唧泥等病害,根據(jù)相關(guān)理論分析表 明連續(xù)配筋混凝土中鋼筋主要作用是約束裂縫的發(fā)生發(fā) 展,可控制裂縫寬度小于 1mm ,進(jìn)而防止了瀝青混凝土 路面的反射裂縫的產(chǎn)生 。(3 對(duì)于級(jí)配碎石倒裝復(fù)合基層瀝青路面從彎沉 、 應(yīng)力應(yīng)變分析來看,不能得出較有利的結(jié)論 。(4 柔性基層瀝青路面在國(guó)外使用的比較多,但造 價(jià)比較高 。4.2推薦路面結(jié)構(gòu)組合綜合上述分析,特重交通條件下路面結(jié)構(gòu)組合應(yīng)重 點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn):(1 增強(qiáng)路基改善效果,保證土基模量達(dá)到 50MPa 以上 。(2 適當(dāng)增加面層厚度,以利于抗剪作用和防治反 射裂縫 。(3 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)層間聯(lián)接處理 。(4

13、提高瀝青混合料路用性能 。根據(jù)上述原則,本文提出以下 3種適應(yīng)特重交通作 用的瀝青路面典型結(jié)構(gòu)組合形式,見表 5所示 。綜合考慮上海水網(wǎng)地區(qū)自然環(huán)境與材料供應(yīng)狀況, 同時(shí)兼顧到特重交通條件道路整治過程中不中斷交通的 施工組織方案 。 將方案 A 應(yīng)用于 A13嘉瀏高速與 A30北環(huán)高速公路并板段整治工程,方案 B 應(yīng)用于 A30遠(yuǎn) 東大道 (界河至龍東大道段 整治工程部分路段,方案 C 應(yīng)用于 A20外環(huán)線 (滬嘉至豐翔段 內(nèi)圈整治工程, 使用效果優(yōu)良 。 5結(jié)語(yǔ)本文對(duì)上海地區(qū)道路使用狀況進(jìn)行調(diào)查與研究,實(shí) 測(cè)上海地區(qū)交通軸載譜,通過力學(xué)仿真分析提出了適應(yīng) 上海地區(qū)特重交通條件典型路面結(jié)構(gòu)形式

14、,研究得到主 要結(jié)論如下:(1 上海地區(qū)原有路面結(jié)構(gòu)形式單一,土基模量偏 低,難以適應(yīng)特重的交通條件,路面病害多為裂縫類等 結(jié)構(gòu)性損壞 。(2 交通軸載調(diào)查結(jié)果顯示:上海地區(qū)車輛超載情 況嚴(yán)重,極限裝載率高達(dá) 1063%,三聯(lián)軸軸載超限最為 普遍,二軸車總重超限最為嚴(yán)重 。(3 2008年實(shí)測(cè)軸載譜與歷年軸載譜進(jìn)行比較,呈 現(xiàn)出如下特點(diǎn):同樣類型軸載超限范圍增大,超限程度 增高;出現(xiàn)三聯(lián)軸車型超限現(xiàn)象,且較為普遍 。(4 以力學(xué)仿真分析結(jié)果為基礎(chǔ), 考慮自然條件, 材料 供應(yīng)等條件,推薦了適合上海地區(qū)特重交通典型路面結(jié)構(gòu) 形式, 并成功應(yīng)用于上海多條特重交通道路整修工程中 。參考文獻(xiàn):1JTG D50, 路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范 .2許先琴, 盧銘伊, 梁偉光, 等 . 上海市瀝青路面典型結(jié)構(gòu)組合與厚度 的研究 . 上海市政工程, 1998(2 :13-22.3超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理規(guī)定 .2000.4關(guān)于在全國(guó)開展車輛超限超載治理工作實(shí)施方案 .2004.5郭進(jìn)英, 沙慶林 . 瀝青路面使用性能的影響因素分析 . 公路交通科 技, 1995, 12(1:15-18.6陳忠達(dá), 等 . 干線公路瀝