一种适用于重轴载交通的RCC-SMA复合式路面设计研究
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摘要：在介绍RCC-SMA (roller compacted concrete-Stone Mastic Asphalt)复合式路面的基础上，结合杭州市金昌路重轴载交通路面工程实例，阐述了其结构原理、结构设计及设计关键点。
关键词：RCC-SMA复合式路面；结构原理；结构设计；设计关键点
Abstract: This paper describes the structural principle, structural design and design key points based on the introduction of RCC-SMA (roller compacted concrete-Stone Mastic Asphalt) and combined the actual examples of Hangzhou Jinchang Road heavy axial load traffic pavement.
Keyword: RCC-SMA composite pavement, structural principle, structural design and, design key points
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1引言
RCC（roller compacted concrete,简称碾压混泥土）是一种含水率低，通过振动碾压施工工艺达到高密度、高强度的水泥混凝土。其特干硬性的材料特点和碾压成型的施工工艺特点，使碾压混泥土具有节约水泥、收缩小、施工速度快、强度高、开放交通早等技术经济上的优势。
RCC平整度差，难以形成粗糙面，在平整度、抗滑性、耐磨性等方面不能满足高等级路面设计要求。
在RCC路面上加铺SMA沥青层，修筑复合式路面结构，能有效解决RCC抗滑性、平整度、耐磨性三大难题，在弥补柔性路面刚性不足的缺点外，同样使得刚性路面具有良好的形式舒适性及美观效果。这样刚柔相济，大大改善了路面使用性能。
基于此，该结构值得在重轴载交通道路路面中推荐采用。
杭州市金昌路长约4.2km，道路宽40m，设计车速60km/h，为城市Ⅰ级主干道，道路主要为沿途钢铁厂、钢材集散市场、运河码头等企业交通服务，通行车辆基本为大吨位重轴载货运类汽车，设计路面结构采用上述RCC-SMA复合式路面。
2力学模型
RCC-AC复合式路面设计时，其路床、基层、碾压混泥土板要求均应符合《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2002)。
RCC层设计原理与水泥混凝土相同，均以荷载疲劳应力和温度疲劳应力作为控制因素。按照弹性半无限地基上的弹性薄板理论，用有限元法进行计算。
图1 路面结构力学模型
3结构设计
3.1 RCC板厚确定
在日本《碾压混凝土路面技术指南（草案）》中规定：在C级（单车道1000~3000次/日）、D级（单车道3000次/日以上）交通量公路上，RCC厚度（抗弯拉强度4.5MPa）可以取为20~23cm。
国内高速公路建设中，厚度大致为20~24cm，其中312国道RCC板厚达到了29cm。
《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)中，碾压混泥土做基层时，适宜厚度约为20cm。未对其作为面层进行说明，按照设计原理，应按照3.0.4条要求，以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准，来计算RCC板厚度。
根据金昌路重载交通的特点，初拟板厚为25cm，弯拉强度标准值为5.0MPa。
3.2 沥青面层厚度确定
沥青层主要功能是提高路面表面的平整度、耐磨及抗滑性能，同时沥青层能减少车轮对RCC板的冲击。减小RCC板的温度应力及便于养护和维修等。
美国在复合路面设计时，正对沥青层厚度，考虑了施工、压实时间、交通量、交通类型等因素。美国联邦公路局的调查论证结论表明，沥青层最小厚度为3.8~7.6cm。
《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)中，沥青面层的厚度一般为2.2~8.0cm。
由上可见，沥青面层的厚度确定范围区间跨度较大，主要由交通流量及交通类型差异而不同。
同济大学曾四平等人在《RCC-AC路面温度荷载型断裂的有限元分析》一文中，通过对复合式路面温度场模型的研究分析，得出以下结论：增加沥青层的厚度，有助于减小裂尖的应力强度因子，但厚度超过12~14cm后，其对应力强度因子的影响变小，这时单纯靠增加沥青层厚度来减小应力强度因子，既不经济，也起不到明显的效果。
鉴于此，本次初拟沥青面层厚度为10cm，即4cmSMA-13改性沥青+6cm中粒式沥青混凝土。
4 设计关键点
4.1 RCC面板的尺寸划分
日本《碾压混凝土路面技术指南（草案）》认为，当板厚大于25cm时，接缝间距为15~20m。
为了寻求复合式路面结构中RCC面板的平面尺寸，各国都进行了一系列的物理力学性质研究。总的说来，RCC的干缩率比普通水泥混凝土减少了20~30%，且后期强度增长较大，90d的弯拉强度为28天的1.22倍。抗压强度为1.30倍，有鉴于此，RCC板的平面尺寸可较普通水泥混凝土的为大。
通过对试验路接缝和裂缝状况观察统计可知：缝距即板长为10m和15m时，一般板未裂断。在未切缝路段，自由裂缝间距平均为16m左右。
因此，横缝间距取15米。其余切缝设计与施工与普通混泥土路面相同。
5.2层间粘结设计
沥青层与RCC层间需要具有较好的抗减强度，沥青层施工时应铣刨RCC面板，使之具有粗糙的接触面，再在两层之间设置1cm厚乳化沥青夹层（粘结层）。
5.3反射裂缝控制
温度下降时，RCC板产生水平收缩变形，引起沥青层开裂，或当车轮通过接缝时，相邻板产生挠度差，使沥青层产生剪切破坏。为防止或减轻反射裂缝，在RCC和沥青层之间满铺土工布，为聚酯长丝无纺针刺土工合成材料，采用单面烧毛工艺，其技术参数见表1要求。
表1聚酯长丝无纺针刺土工合成材料技术要求
上海市公路处、同济大学在亭大一级公路试验路上，对土工布的缝铺、满铺方案进行了实验对比发现，满铺土工布对减少反射裂缝效果明显。
同样，上海市浦东市政工程建设处在沪闵路高架地面道路建设中，得出了同样的经验，及满铺300g/m²土工布对防止反射裂缝具有良好的效果。
5推荐路面结构层设计
一般道路设计时，采用双轮组单轴载100kN为标准轴载，但在车辆轮载增加时，其轴重对路面材料的破坏趋势更为明显，随着累计轴次的增加，结构内部的应力分布呈非线性增大。金昌路路面结构设计时，根据通行车辆组成，采用轴重为130kN的基准期内的累计轴次作为计算参数。
具体设计如下。
4cmSMA改性沥青混凝土表面层
乳化沥青粘层0.6kg/㎡
6cm中粒式改性沥青混凝土中面层(AC-20C型)
1cm乳化沥青粘层+300g/m²无纺土工布
25cm厚RCC碾压混凝土（铣刨RCC板面层）
20cm厚5%水泥稳定碎石
15cm厚级配碎石
≥80cm厚塘渣路基（不足处应超挖换填）。
图2 金昌路路面结构设计图
6 结语
RCC-SMA复合式面层适用于重轴载交通道路，施工前应严格按照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTG F30-2003)对RCC进行配合比试验。该复合式面层对施工工艺要求较高，应合理选择施工机械，规范施工。
在国外，澳大利亚Penith市将其应用于市区干道路面中；日本山阳高速公路河内至西条段修筑了9km复合式路面试验段，共11种结构类型。
国内，310国道（开封~郑州段）、西安~铜川公路、常州~溧水公路、312国道合肥~全椒段等高速公路及干线运输网中均应用碾压混凝土加铺沥青复合式路面。
实际运营显示，RCC-SMA复合式路面在重交通干线运输路线中取得了良好的使用效果。
参考文献
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[2]孙立军;谭忆秋;胡小弟;张宏超;;重载交通下沥青混合料设计方法的新思考[A];第一届全国公路科技创新高层论坛论文集公路设计与施工卷[C];2002年
[3]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范[S]. 人民交通出版社,2011:5-43.
收稿日期：2013－06－18
作者简介：潘锐，男，工程师，主要从事市政道路桥梁设计工作。
工作单位：中国市政工程中南设计研究总院有限公司
所在省市：湖北省武汉市
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