復(fù)合路面在天津港南港路改造工程中的應(yīng)用

賀志雄 ，張 薇 ，虞金金 ，趙德亮

（1.天津泰達(dá)市政公司，天津市300073；2.天津泰達(dá)建設(shè)集團(tuán)奧亞工程管理有限公司，天津市300073；3.天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市300072）

1 工程項(xiàng)目的背景

南港路位于天津港南疆港區(qū)，路線(xiàn)自西向東貫穿南疆港區(qū)，是南疆港區(qū)對(duì)外聯(lián)系的主要道路。根據(jù)天津港的發(fā)展戰(zhàn)略，南疆以發(fā)展煤炭、石油和礦石等大宗散貨運(yùn)輸為主。南疆港區(qū)的大宗散貨逐年增加，南港路為規(guī)劃散貨物流中心連接南疆港區(qū)的唯一集疏干道，車(chē)流量將進(jìn)一步增加，從而增加了南港路的交通壓力。現(xiàn)狀南港路路面破損已經(jīng)比較嚴(yán)重，嚴(yán)重影響道路的服務(wù)水平和運(yùn)輸能力。因此南港路作為進(jìn)出南疆港區(qū)的交通要道，南疆立交橋～遠(yuǎn)航四路段現(xiàn)有的道路狀況已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的港口運(yùn)輸量的需求，為了適應(yīng)南疆港區(qū)大宗散貨物流的重載交通，提高港區(qū)運(yùn)輸效率，南港路的改造勢(shì)在必行。

南港路規(guī)劃為城市主干路，計(jì)算行車(chē)速度60km/h，雙向四車(chē)道。

2 交通量預(yù)測(cè)及通行能力分析

南疆港區(qū)是天津港的大宗散貨進(jìn)出口港，南港路是南疆港區(qū)與外界溝通的主要交通干道。外界交通量主要通過(guò)南港路與南疆港區(qū)各個(gè)碼頭泊位相連接，因此南港路的交通組成以集疏港的貨運(yùn)車(chē)輛為主，同時(shí)也有一定數(shù)量的南疆港區(qū)單位的客運(yùn)車(chē)輛和少部分從事港內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的工程車(chē)輛，交通量預(yù)測(cè)主要考慮集疏港貨運(yùn)車(chē)輛。

根據(jù)2007年《天津港南疆港區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》，結(jié)合南疆港區(qū)各單位2008年的生產(chǎn)實(shí)際，未來(lái)天津港南疆港區(qū)道路集疏運(yùn)量預(yù)測(cè)見(jiàn)表1。

表1 道路集疏運(yùn)量預(yù)測(cè)表

根據(jù)天津港南疆港區(qū)集疏運(yùn)量分析，道路集疏運(yùn)量是影響南港路建設(shè)規(guī)模即改建或擴(kuò)建的主要因素。由于現(xiàn)狀南港路為南疆港區(qū)與外部區(qū)域連接的唯一通道，所以南疆港區(qū)集疏運(yùn)量中公路運(yùn)輸部分的集疏運(yùn)量將主要由南港路來(lái)承擔(dān)。

考慮自然因素，每年按350 d計(jì)算，每輛車(chē)載重60 t，根據(jù)預(yù)測(cè)的公路集疏運(yùn)量推算2010年和2020年的預(yù)測(cè)交通量。2020年后南疆港區(qū)公路貨運(yùn)量年增長(zhǎng)率按2.6%計(jì)算，推算出2030年南港路交通量，同時(shí)考慮集疏港空載車(chē)輛預(yù)測(cè)南港路平均日交通量見(jiàn)表2。

表2 南港路各預(yù)測(cè)年份平均日交通量表

對(duì)于南港路雙向四車(chē)道的設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力，經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道上的累積當(dāng)量軸次Ne=4.06×107，屬特重交通等級(jí)。

3 建設(shè)條件

3.1 建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)條件

勘察場(chǎng)區(qū)地面平整，（混凝土路面）其下土層根據(jù)土的時(shí)代特征、成因類(lèi)型及土層的物理力學(xué)性質(zhì)，在鉆深范圍內(nèi)分為3大層，自上而下描述如下：

（1）人工填土層（Qml）

層底標(biāo)高3.25～2.82 m，上部主要成分為碎石夾灰渣、砂等，平均動(dòng)探擊數(shù)為19擊，下部為素填粉質(zhì)粘土，較均勻，填筑年限大于10 a。

（2）淤泥質(zhì)粘土（Q42m）

海相沉積土層，層底標(biāo)高-4.78～-5.38 m，灰色與黃灰色，飽和，無(wú)層理，夾粉土薄層，主要為淤泥質(zhì)粘土，夾有淤泥，含有機(jī)質(zhì)，見(jiàn)少量碎貝殼。流塑狀態(tài)，高壓縮性。

（3）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q42m）

海相沉積土層，揭露標(biāo)高-13.38 m，灰色，飽和，無(wú)層理，見(jiàn)少量碎貝殼，上部為淤泥質(zhì)粘土，下部見(jiàn)淤質(zhì)粉質(zhì)粘土，軟塑～流塑狀態(tài)，高壓縮性。

本場(chǎng)地在鉆深范圍內(nèi)，各土層水平向土質(zhì)較均勻，分布較穩(wěn)定。垂直向變化較大，第①層為人工填土層。第②③層為海相沉積，其特點(diǎn)為含水量大，孔隙比高，承載力低，壓縮性大等特點(diǎn)，為欠固結(jié)的沿海軟土層。

3.2 現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)

現(xiàn)狀南港路路面結(jié)構(gòu)為25 cm厚水泥混凝土面層+20 cm石灰土+山皮土填墊。經(jīng)過(guò)多年的使用，路面破損情況嚴(yán)重，水泥混凝土板塊普遍出現(xiàn)裂縫、碎裂、錯(cuò)臺(tái)、角隅斷裂等病害，路面強(qiáng)度低，行駛舒適性差。通過(guò)上面的分析，設(shè)計(jì)采用挖除破損的的舊路結(jié)構(gòu)，在原有路基上重新修建瀝青路面。

4 路基路面設(shè)計(jì)

4.1 路基設(shè)計(jì)

本工程為舊路改造工程，根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)情況，既有路的路基經(jīng)過(guò)多年車(chē)輛荷載，已相對(duì)壓實(shí)穩(wěn)定，應(yīng)盡可能予以利用，將舊路結(jié)構(gòu)挖除后，對(duì)路床進(jìn)行處理，要求其土基回彈模量不小于40 MPa，彎沉值均應(yīng)小于232.9（1/100mm）。

（1）處理方式一：既有路破除舊路結(jié)構(gòu)并開(kāi)挖至設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)底以下0.35 m，整平并壓實(shí)路基，經(jīng)檢測(cè)壓實(shí)度不小于90%的路段，自下而上鋪筑20 cm石灰土（10%）+15 cm石灰碎石土（10∶50∶40）至路面結(jié)構(gòu)底高程，并分層壓實(shí)。

（2）處理方式二：既有路破除舊路結(jié)構(gòu)并開(kāi)挖至設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)底以下0.35 m，整平并壓實(shí)路基，經(jīng)檢測(cè)壓實(shí)度小于90%的路段，應(yīng)繼續(xù)下挖0.40 m，采用20cm石灰土（8%）+20 cm石灰土（8%）加強(qiáng)路基，達(dá)到壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，其上按照處理方式一實(shí)施。

4.2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合天津港港區(qū)道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，設(shè)計(jì)采用水泥混凝土與瀝青混凝土復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為剛中有柔，以剛為主，不僅與瀝青混凝土柔性路面相比可以減少瀝青用量，又可以彌補(bǔ)剛性路面的不足，改善了路面的使用功能，增加行車(chē)的舒適感。瀝青層可大大減緩行車(chē)對(duì)路面的沖擊，使混凝土板的厚度適當(dāng)減薄。隨著瀝青混凝土厚度的增加，下層混凝土板的平整度可以適當(dāng)放寬。

采用路面結(jié)構(gòu)如下：

4 cm細(xì)粒式瀝青混凝土(AC-13C，改性瀝青)

8 cm中粒式瀝青混凝土(AC-20C，改性瀝青)

8 cm粗粒式瀝青混凝土(AC-25C)

防裂土工布+1cm乳化瀝青封層

18 cm水泥穩(wěn)定碎石（5%）

20 cm水泥混凝土

18 cm水泥穩(wěn)定碎石（4%）

15 cm 石灰粉煤灰土（12∶35∶53）

總厚度91cm。土基回彈模量不小于40 MPa。

路面頂面彎沉值13.6（1/100 mm），滿(mǎn)足南港路特重交通計(jì)算累計(jì)當(dāng)量軸次要求。

4.3 基層水泥混凝土板塊接縫處理

（1）基層水泥混凝土板需進(jìn)行分塊，縱縫間距4.7 m，橫縫間距5 m，縱縫平行于設(shè)計(jì)路中線(xiàn)，橫縫垂直于縱縫。水泥混凝土基層板下水泥穩(wěn)定碎石基層的寬度應(yīng)比混凝土板寬出50 cm，考慮半幅施工基層搭接要求，前幅施工的水泥混凝土基層板下水泥穩(wěn)定碎石基層的寬度應(yīng)比混凝土板寬出50 cm，保證基層搭接寬度要求。

（2）在縮縫處全部設(shè)置傳力桿，Φ28鋼筋，設(shè)計(jì)間距為30 cm，長(zhǎng)70 cm。

（3）縱縫拉桿采用Φ14螺紋鋼筋，長(zhǎng)度為70cm，間距40 cm。

（4）橫向縮縫與設(shè)計(jì)路中線(xiàn)垂直，縱向縮縫與設(shè)計(jì)路中線(xiàn)平行，均采用切縫法，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的25%～30%時(shí)，用切縫機(jī)切縫。

（5）施工縫采用平縫，在澆筑鄰板時(shí)對(duì)已澆筑的混凝土板的縫壁涂刷瀝青，并避免涂在拉桿上。

（6）縫槽應(yīng)在混凝土養(yǎng)生期滿(mǎn)后及時(shí)填縫，灌縫深度宜為15～20 mm，最淺不得小于15 mm，先壓入直徑9～12 mm的多孔泡沫塑料背襯條，再灌縫。

4.4 封層（應(yīng)力吸收層）的應(yīng)用

在面層和基層間采用1cm乳化瀝青封層。封層與透層結(jié)合不僅具有良好的水密性，還使面層和基層之間形成足夠的結(jié)合力，防止瀝青面層在重載作用下產(chǎn)生滑動(dòng)、推移等破壞。它可以減小下面層由于行車(chē)荷載引起的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變（一般情況下可減小50%以上，有時(shí)甚至可以減小到25%），并可以明顯減小由溫度變化引起的瀝青面層內(nèi)的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變。

4.5 布敦巖天然瀝青（BRA）改性劑的應(yīng)用

為適應(yīng)南港路重載交通量大的特點(diǎn)，在改造工程路面結(jié)構(gòu)上面層4 cm細(xì)粒式瀝青混凝土(AC-13C)和中面層8 cm中粒式瀝青混凝土(AC-20C)采用改性瀝青，以布敦巖天然瀝青（BRA）為改性劑。

由于天然瀝青常年與自然環(huán)境共存，性質(zhì)特別穩(wěn)定，且通常具有非常優(yōu)良的路用性能。天然瀝青不直接作為一種瀝青使用，而是作為人工煉制瀝青的改性劑少量摻配使用，形成改性瀝青，使之優(yōu)良的技術(shù)性能達(dá)到最大的發(fā)揮。

布敦巖天然瀝青（BRA）具有以下性能特點(diǎn)：

（1）天然巖瀝青軟化點(diǎn)高，用其改性可以顯著提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性。

（2）天然巖瀝青含氮量高，提高了瀝青路面的抗水損能力。

（3）天然巖瀝青抗老化能力強(qiáng)，耐候性好，瀝青路面更耐久。

（4）天然巖瀝青不含蠟，可以改善高含蠟瀝青的品質(zhì)。

（5）天然巖瀝青改性瀝青制造工藝簡(jiǎn)單，施工方便。

（6）由天然巖瀝青改性得到的瀝青性能更穩(wěn)定。

綜上所述，大量研究與工程實(shí)踐表明，使用布敦巖天然改性瀝青鋪筑的瀝青路面，具有高使用壽命、高穩(wěn)定性、高抗水損與很強(qiáng)的耐微生物侵蝕的能力、很高的抗疲勞強(qiáng)度，顯著改善和提高瀝青路面性能。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程已施工完成，并已投入運(yùn)營(yíng)，經(jīng)過(guò)一年多的行車(chē)使用和觀(guān)測(cè)，路基和路面未發(fā)生沉陷、變形、裂縫等病害，道路服務(wù)水平能夠滿(mǎn)足南疆港區(qū)貨運(yùn)車(chē)輛的需求，達(dá)到了預(yù)期的使用效果。

本工程實(shí)例證明采用復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)，在路面基層采用20 cm水泥混凝土，對(duì)于重載交通道路抵抗車(chē)輛荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)的破壞作用是有行之效的；同時(shí)在瀝青面層中摻入布敦巖天然瀝青（BRA）改性劑，有效地提高了瀝青路面的穩(wěn)定性和抗腐蝕性，適用于濱海地區(qū)特重交通等級(jí)下的瀝青路面設(shè)計(jì)。

[1]JTG D50-2006,公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社.

[2]JTG D30-2004,公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社.

[3]吳國(guó)雄,李力,等.半柔性復(fù)合路面設(shè)計(jì)與施工[M].北京:人民交通出版社.