全冷再生路面的结构设计方法

摘　要：AASHTO冷再生混合料的设计方法类似于热沥青混合料的设计方法。然而，冷再生混合料的层系数取决于施工方法，故应当基于工程的判断来加以确定。沥青协会AI方法假定路面为多层弹性结构，基于设计交通量和土基强度确定路面的厚度。冷再生基层和面层的组合厚度可通过设计图标获得。确定冷再生基层的厚度时应考虑冷再生基层上热沥青混凝土加铺层推荐厚度。
　　关键词：冷再生　结构设计方法
　　一般来讲，路面结构设计应该能为路面结构提供需要的强度和刚度。而路面设计方法几乎都是从工程经验到力学或半力学程序发展而来的。虽然冷再生技术已经在全世界引起广泛注意，在我国也有迅速增长之势，但是目前还没有成熟的针对冷再生路面的结构设计方法。在AASHTO路面设计方法中，路面材料常以弹性模量和疲劳特性表征，具有不同强度和构造的路面材料用适当的结构数表示。再生材料性能范围较宽，材料的变异性和施工方法必须在再生路面的结构设计时加以考虑。对于再生面层和再生基层的系数要比AASHTO试验道路中使用的常规混合料要大。本文对AASHTO和沥青协会推荐的设计方法加以探讨。
　　１　再生路面的结构设计
　　１.1　AASHTO方法
　　冷再生层的设计主要有两种方法。一种使用路面层系数，另一种是将路面视为多层弹性体系。AASHTO方法属于前者，而沥青协会方法属于后者，并讨论如下。
　　1986年AASHTO设计指导提出了一种使用结构数SN的方法，它将不同路面层厚度和层系数组合在一起。可依据诺模图确定以下参数，一定可靠性水平R下的SN、总的标准差So、设计期内的预估交通量水平(ESAL)、路基有效回弹模量和以现时服务指数表示的服务能力损失。对于非稳定层，排水条件的影响系数也被考虑在内。
　　结构数SN的方程式如下：
　　SN=a1D1+ a2D2m2+ a3D3m3
　　a1，a2，a3――分别为面层、基层和低基层的层系数
　　D1，D2，D3――分别为面层、基层和低基层的厚度
　　m2，m3――分别为未稳定基层和低基层的排水系数
　　如果把再生层当成加铺层处理，那么加铺层结构数的等式如下：
　　SNOL＝SNY－（FRL× SNXeff）
式中：
　　SNOL――加铺层的结构数；
　　SNY――现有路基条件下，满足预估交通量新路面的结构数
　　FRL――残留寿命系数；
　　SNXeff――进行罩面时原路面的有效结构数。
　　加铺层厚度应该包括冷再生层的厚度加上沥青混凝土面层的厚度。表1列出了使用各种再生材料铺筑的再生试验段得到的典型AASHTO结构层数。这些值是从AASHTO试验路和分层弹性程序获得。冷再生混合料的层系数也可以从这些值中获得。根据1984年研究报道，泡沫沥青再生层的结构系数范围为0.20～0.42，中值为0.31；乳化沥青再生层的结构系数范围为0.17～0.41，中值为0.29。与热拌沥青混合料相比，可以认为冷再生混合料的系数合理范围为0.30～0.35。然而，冷再生混合料的结构系数受多种因素的影响，例如养护等，因此必须根据合理的工程判断进行评价。
　　１.2　沥青协会方法
　　沥青协会手册中介绍了基于乳化沥青混合料的冷再生层厚度设计方法，没有考虑其它类型的再生混合料。需要输入的参数包括预估设计交通量水平和土基强度。可依据ESAL，街道或公路类型，或重载卡车交通量对交通量进行分类。可根据土基类型、回弹模量，CBR，或R值对土基支撑条件进行分类。混合料可分为两类，类型A和类型B。类型A包括半加工的，破碎的、井或河岸边的集料，通过场拌或移动场拌后而成的混合料。类型B包括砂、泥砂，通过场拌或移动场拌或平地机拌和后而成的混合料。这类混合料也包括使用旋转式拌和机或平地机拌和过的类型A集料，如图2所示。设计图给出了冷再生基层和沥青面层的组合厚度。
　　表2给出了冷再生基层上面层的推荐厚度。沥青混合料或I型乳化沥青混合料（经过实验室设计，场拌，密级配的乳化沥青混合料，其性能与沥青混凝土类似）面层可以被部分厚度的A型或B型乳化沥青混合料所取代。当使用I型乳化沥青混合料，应铺筑1～2层的面层作为磨耗层，但磨耗层不可被从设计图得到的任何厚度所取代。对于轻交通条件，ESAL小于104，可直接铺筑面层材料，但不应被任何厚度的类型A或B的乳化沥青混合料取代。
　　２　设计实例
　　２.1　例1
　　假定以下条件：
　　土基：回弹模量Mr＝30MPa，CBR＝3，R值＝6，设计交通量ESAL＝105
　　合成集料级配：在类型A范围内（半处理）
　　根据设计图，面层和基层的组合厚度：190mm
　　根据表18-7，对于ESAL＝105，面层的最小厚度应为50mm
　　合成厚度和最小面层厚度的差即为冷再生混合料基层的厚度：190－50＝140mm。
　　如果原碎石基层仍保留在再生层下面，那么应对碎石层材料的性能加以评价，并在厚度设计中转换为相应的等价厚度。转换因数列在下面的表3中。剩下的碎石基层或土基应当重新压实或是注浆。原来路面结构出现的任何排水问题都应在重建施工前加以矫正。
　　２.2　例2
　　冷再生设计需要150mm的再生基层，再生层下面为100mm、塑性指数为5的