沥青冷再生结构设计优化及工程应用分析

沥青冷再生结构设计优化及工程应用分析
摘要：本文依托某高速公路维修工程进行研究，首先对该路设计进行了结构计算，计算结果表明，采用冷再生方式可以有效减小结构的应力水平。

之后采进行了改建前后结构响应对比，最后证实，优化后结构较原结构抵抗疲劳变形能力更为有效，通过此项研究，不但证实了对冷再生结构良好的受力特性，更为今后类似工程提供经验。

关键词：沥青冷再生优化动力响应疲劳变形
1 背景工程介绍
天津某高速公路通车至今已八年，在重载交通和气候的综合作用下，路面相继出现了裂缝和车辙等病害。

通过检测发现，横向裂缝完全贯穿水稳层，说明水稳基层损坏严重。

2 结构设计方案的选择
基于此，设计拟采用两种待定方案对道路结构层性能进行提升。

方案A，采用传统挖补方式进行维修，面层铣刨10cm，铺筑6cmAC-20+4cmAC-13；方案B，采用沥青冷再生方式进行维修，首先铣刨18cm结构层，之后在水稳顶面做18cm 水泥再生+16cm泡沫沥青再生+6cmAC-20+4cmAC-13。

虑旧路模量在新建基础上折减[1] ~[2]，道路计算参数如表1、表2所示：
表1 方案A道路结构参数
表2 方案B道路结构参数
3 设计结果对比
采用BISAR3.0设计软件进行结构应力响应计算，计算采用我国现行规范标准轴载BZZ-100，双圆均布荷载下层状体系路面结构为计算[3]~ [6]，计算点取右轮中心点。

为符合右手坐标系习惯，设行车方向为X向，道路横断面为Y向，结构层深度方向为Z向。

计算中，取对路面结构影响较严重的因素进行分析，结果如图1～图3所示。

图1 Z方向位移对比图2 Y方向主应力对比
图3 Y方向主应变对比
由计算结果可知，不难得出以下结论：
1、方式B可以有效控制结构Z方向位移，B方式较A方式有效降低位移7%左右。

2、Y方向主应力过大容易导致结构疲劳开裂，方式B应力值小于方式A应力值，且变化幅度，说明方式B较方式A对于Y方向主应力更加不敏感；相同，Y方向主应变也能得出类似结论。

3、对于Z方向主应变，两种改建方式相差无几，呈交替状态，但总的趋势仍为方案B小于方案A。

综上所述，实际工程采用方式B。

4 结构力学响应分析
采用大型有限元计算软件ABAQUS对改建前后结构受力状况进行计算，选取位移、应力及应变三个指标分别进行对比，结果如图4～图6所示。

改建前改建后
图4结构位移对比
改建前改建后
图5结构X向应力对比
改建前改建后
图6结构X向应变对比
5 结论
1、通过改建前后结构位移对比发现，改建后结构表面位移下降了约13%，说明泡沫沥青再生基层给结构提供了良好的支撑；
2、通过图5不难发现，X方向路面结构层大都处于压应力区，仅结构层底部40cm左右出现拉应力区，通过本文推荐的改建方式，有效降低拉应力17%。

通过图8可以明显的发现，采用泡沫沥青方式可以有效降低面层顶面压应变及结构层底面拉应变，并且减小了高应力区范围，使结构大部分处于低应力水平下，这对于提高结构疲劳寿命非常有益。

3、应变可以得到同应力类似的结论。

改建后面层应变下降了21με，而结构层底面应变下降了20με，说明对于破损路面改造，对于性能劣化的材料，我们希望尽可能减小结构主应变的情况下，泡沫沥青再生方式可以作为旧路改造的首选。

参考文献：
[1]Sebaaly, B. E., M. S. Mamlouk, and T. G. Davies. Dynamic Analysis of Falling Weight Deflectometer Data. In Transportation Research Record 1070, TRB, National Research Council, Washington, D.C., 1986, pp. 63-68.
[2]申爱琴，张艳红.三类沥青路面结构力学响应的对比分析[J].长安大学学报（自然科学版），2009,29（4）
[3]姚祖康．公路设计手册：路面（第3版）
[4]郝合瑞.旧沥青路面材料冷再生技术研究[D].长安大学,2004
[5]栗关裔.泡沫沥青冷再生技术的应用研究[D].同济大学,2008
[6]姚辉.沥青混合料冷再生技术研究[D].长沙理工大学,2007。