論在設(shè)計(jì)階段提高瀝青路面工程質(zhì)量的管理

徐曉東

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,安徽合肥 230041)

論在設(shè)計(jì)階段提高瀝青路面工程質(zhì)量的管理

徐曉東

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,安徽合肥 230041)

為提高高速公路瀝青路面的工程質(zhì)量,延長(zhǎng)新建高速公路路面使用壽命,從設(shè)計(jì)角度出發(fā),在彎沉、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防排水三個(gè)方面提出一些看法,為路面設(shè)計(jì)提供一點(diǎn)參考。

道路工程;路面設(shè)計(jì);彎沉;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);防排水

0 引言

如何保證瀝青路面工程質(zhì)量,提高高速公路的使用壽命,減少瀝青路面早期破壞,成為項(xiàng)目質(zhì)量管理的一個(gè)難點(diǎn)。提高路面工程的工程質(zhì)量,可從多個(gè)方面著手,比如路面設(shè)計(jì)階段、投標(biāo)過程中強(qiáng)制性要求,項(xiàng)目實(shí)施過程中的合同管理,工程技術(shù)管理方面等等。筆者結(jié)合長(zhǎng)年路面工程施工經(jīng)驗(yàn),從路面設(shè)計(jì)角度,談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

由于施工、氣候、超載等多方面因素影響,很多新建高速公路瀝青路面不同程度地存在多種早期病害[1],主要有車轍、開裂、水損害、瀝青路面的表面功能衰減等,它們嚴(yán)重影響高速公路使用的舒適性和安全性。很多高速公路都很難滿足設(shè)計(jì)15年的使用壽命。在高速公路運(yùn)營(yíng)管養(yǎng)中,進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù),在很大程度上有效彌補(bǔ)了設(shè)計(jì)中的缺陷。

2 深化路面設(shè)計(jì)

以往路面設(shè)計(jì)理念上主要注重設(shè)計(jì)年限內(nèi)設(shè)計(jì)軸載與實(shí)際軸載是否吻合,習(xí)慣套用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。很少會(huì)關(guān)注軸載的輪壓、超載軸載換算、行車車速、施工過程中路面原材料變異性、現(xiàn)有國(guó)內(nèi)的施工技術(shù)水平、不同地域的自然環(huán)境差異等因素,致使路面設(shè)計(jì)文件比較粗糙,設(shè)計(jì)思路與實(shí)際路面成品脫節(jié)。如果路面設(shè)計(jì)中多考慮一些細(xì)節(jié),采用一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念,將非常有利于延長(zhǎng)高速公路使用壽命,降低日后高速公路的運(yùn)營(yíng)維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

2.1 路基設(shè)計(jì)彎沉及路基彎沉檢測(cè)

合格的路基工程是路面工程質(zhì)量的最基本保障。

2.1.1 路基設(shè)計(jì)彎沉

在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,我國(guó)仍然采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系理論,以設(shè)計(jì)彎沉值作為路面整體剛度指標(biāo),進(jìn)行路面厚度設(shè)計(jì)。一般設(shè)計(jì)思路是:根據(jù)設(shè)計(jì)年限內(nèi)設(shè)計(jì)車道上通過的累計(jì)當(dāng)量軸次,通過計(jì)算公式,計(jì)算出設(shè)計(jì)彎沉值[2]。再通過彈性層狀體系理論計(jì)算出路面結(jié)構(gòu)類型,通過驗(yàn)算實(shí)際值小于設(shè)計(jì)值,則滿足要求(彎拉應(yīng)力及抗凍驗(yàn)算暫未考慮)。

(1)土基回彈模量:

土基回彈模量是怎樣獲取的呢?根據(jù)查表法(或現(xiàn)有公路調(diào)查法)、室內(nèi)試驗(yàn)法、換算法等,經(jīng)綜合分析、論證,確定沿線不同路基狀況的路基回彈模量設(shè)計(jì)值。一般設(shè)計(jì)過程通常采用室內(nèi)試驗(yàn)法。根據(jù)勘察設(shè)計(jì)取土場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),得出土基回彈模量。但實(shí)際施工中由于種種原因,路床填土CBR值不一定滿足設(shè)計(jì)要求(特別是96區(qū)),也就是說即便路基施工填土壓實(shí)度能夠滿足施工規(guī)范要求,但填土的回彈模量仍滿足不了設(shè)計(jì)要求。因此在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分與施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合,提前對(duì)填土,特別是96區(qū)填土進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),通常采用土質(zhì)改良的方法提高路基強(qiáng)度。

(2)三個(gè)參數(shù):

另外通過路基設(shè)計(jì)彎沉計(jì)算公式中還有三個(gè)參數(shù)值得我們關(guān)注:

①p—輪胎接地壓強(qiáng)。隨著高速公路超載情況越來越嚴(yán)重,有相關(guān)報(bào)導(dǎo)顯示,超載后輪胎接地壓強(qiáng)達(dá)到 0. 9MPa,超載嚴(yán)重的達(dá)到了1.1MPa。輪胎氣壓就與設(shè)計(jì)的初始值嚴(yán)重偏離,導(dǎo)致在設(shè)計(jì)階段對(duì)超載情況估計(jì)不足,使得路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得單薄。

②δ—當(dāng)量圓半徑。隨著車輛超載,輪胎與地面接觸面積增大,相應(yīng)當(dāng)量圓半徑也會(huì)改變,因此該參數(shù)也是一個(gè)變量。

③K1—不利季節(jié)影響系數(shù)。由于江西省地處多雨潮濕地區(qū),地下、地表水豐富;同時(shí)高速公路是一個(gè)帶狀線形分布的產(chǎn)品,不同地域地下水位不盡相同,土基的干濕類型也有差異,因此,設(shè)計(jì)文件中而應(yīng)該根據(jù)氣象資料,劃分時(shí)間段,根據(jù)交驗(yàn)路段的干濕狀況,確定不同的路基回彈彎沉值,或者設(shè)定好路基交驗(yàn)時(shí)季節(jié)及單位時(shí)間內(nèi)的降雨量說明,明確不利季節(jié)影響系數(shù),寫入設(shè)計(jì)文件,作為路基交驗(yàn)的強(qiáng)制性要求。

2.1.2 路基彎沉檢測(cè)

路基的交工驗(yàn)收,按照質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[3],彎沉的檢測(cè)頻率為每一雙車道評(píng)定路段(不超過1Km)檢查80～100個(gè)點(diǎn)。然而在實(shí)際交驗(yàn)過程中,非常容易出現(xiàn)檢測(cè)不全面的現(xiàn)象。由于路基單位在實(shí)際施工中難免出現(xiàn)或多或少的土基薄弱點(diǎn),但在交工驗(yàn)收中,由于檢測(cè)頻率的原因,這些薄弱點(diǎn)非常容易被忽略,就交付給路面施工單位。一旦交付給路面施工單位,由于路面工程大面積的連續(xù)施工的特點(diǎn),路面施工單位就不會(huì)去處理這些薄弱點(diǎn),為路面工程質(zhì)量埋下隱患。

合理的解決辦法就是設(shè)計(jì)文件中明確詳盡的設(shè)計(jì)彎沉值,同時(shí)增加彎沉檢測(cè)頻率(建議每一雙車道評(píng)定路段不超過1km檢查200個(gè)點(diǎn)),確保交工路基的工程質(zhì)量。

我省某高速公路在項(xiàng)目實(shí)施過程中業(yè)主方提高路基設(shè)計(jì)彎沉標(biāo)準(zhǔn)的做法,施工單位存在極大的意見。因?yàn)樵O(shè)計(jì)文件中只提供了一個(gè)設(shè)計(jì)彎沉值,單一的提高標(biāo)準(zhǔn)對(duì)承包商來說存在不公平,同時(shí)由于土質(zhì)原因,存在根本達(dá)不到新要求的可能(由于CBR值的控制)。因此合理的路基彎沉值的確定以及提前的路基優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2005年交通部對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的高速公路進(jìn)行路面調(diào)查[4],調(diào)查結(jié)果顯示廣深高速和京津唐高速的使用情況最優(yōu)。從路面結(jié)構(gòu)的角度看,這兩條高速公路都設(shè)置了柔性基層。路面結(jié)構(gòu)層設(shè)置柔性基層的優(yōu)點(diǎn)與半剛性基層相比[5]。能夠減少反射裂縫以及由此產(chǎn)生的路面早期破壞(如唧漿、龜裂、坑洞等)。

柔性基層有多種形式:熱拌瀝青混凝土(HMA)、瀝青穩(wěn)定碎石(ATB)、瀝青穩(wěn)定碎石(AM)、排水式瀝青碎石基層(ATPB),還有大粒徑透水性瀝青混合料(LSPM)等。我省在全國(guó)范圍內(nèi)算較早大規(guī)模采用柔性基層的省份,合徐高速公路B段基本都設(shè)置了柔性基層,結(jié)構(gòu)為ATB結(jié)構(gòu),屬于連續(xù)密級(jí)配瀝青混凝土,這不僅體現(xiàn)出我省對(duì)瀝青路面早期破壞的重視,同時(shí)也體現(xiàn)出我省公路設(shè)計(jì)思路的不斷開拓。

LSPM從級(jí)配上看主要是由較大粒徑(25mm～62mm)的集料和一定量的細(xì)集料組成,形成的混合料是骨架嵌擠型,空隙率一般處于13%～18%之間。LSPM的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:①LSPM為單一粒徑骨架嵌擠型混合料,能形成完整的骨架嵌擠,具有良好的高溫穩(wěn)定性。②對(duì)于大粒徑透水性瀝青混合料,由于孔隙較大,瀝青用量少,礦料之間的接觸點(diǎn)比普通瀝青混合料少,更應(yīng)該考慮水穩(wěn)定性。為了更好的保證混合料的水穩(wěn)定性,對(duì)于大粒徑透水性瀝青混合料的膠結(jié)料宜采用較高粘度的SBS改性瀝青,能夠形成較厚的瀝青膜,可使瀝青膜的厚度＞12μm。當(dāng)瀝青的膠結(jié)能力提高,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)透水,使得水穩(wěn)定性好。③LSPM選擇的空隙率為13%～18%,內(nèi)部具有較多的連通空隙,可以有效的排水和透氣。最大程度減少了傳統(tǒng)半剛性基層的層間水。④柔性基層的共同優(yōu)點(diǎn),較強(qiáng)的抵抗反射裂縫的能力。

從設(shè)計(jì)角度而言,柔性基層[6]不論采用AM、ATB還是LSPM等結(jié)構(gòu),在彎沉設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計(jì)時(shí)中采用的彈性模量(通過前期設(shè)計(jì),現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)后得出)基本相差不大,這也就為設(shè)計(jì)單位提供了多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇方案,并非只有ATB結(jié)構(gòu)單一的選擇,這也就為設(shè)計(jì)單位提供了較大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間。ATB結(jié)構(gòu)由于為連續(xù)密級(jí)配瀝青混合料,且礦料級(jí)配跨度大,實(shí)際施工過程中非常容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象,雖然規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)孔隙率為3%～6%,但施工后的由于離析造成滲水指標(biāo)很難滿足規(guī)范要求;另外由于是密級(jí)配的瀝青混凝土,施工過程中碾壓也是一個(gè)難點(diǎn);從高溫穩(wěn)定性角度來看,柔性基層(采用AM、ATB結(jié)構(gòu))瀝青混凝土路面的車轍在加載初期有較快的增長(zhǎng),而后基本穩(wěn)定在一個(gè)水平,這也就為日后高溫車轍埋下隱患。因此,設(shè)計(jì)單位可根據(jù)我省氣候條件,因地制宜,加強(qiáng)不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)比,設(shè)計(jì)出更加適合我省實(shí)際情況的路面結(jié)構(gòu)。

2.3 排水、防水設(shè)計(jì)

在瀝青路面早期破壞中,水損害占據(jù)了相當(dāng)大的比例。由于瀝青混凝土施工過程中離析現(xiàn)象不能夠完全避免,因此水損害的發(fā)生就是一種必然。對(duì)于公路工程技術(shù)人員如何將水損害降到最低點(diǎn),是值得深思的問題。現(xiàn)在從設(shè)計(jì)角度談?wù)剬?duì)瀝青路面排水、防水的看法。

2.3.1 排水設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定,路面排水包括路表排水、中央分隔帶排水和路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水三種方式。

路表排水主要利用公路自身的橫坡以及部分排水引流設(shè)施將路表積水或降水快速排除出路面;中央分隔帶排水則是通過引流集中通過橫向排水管排除出中央分隔帶;路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水則是通過透水性基層,通過橫坡將內(nèi)部可能出現(xiàn)的自由水排出結(jié)構(gòu)層內(nèi)部。

規(guī)范中說列舉的排水設(shè)計(jì)主要著重于大流量的自由水。而導(dǎo)致路面早期水損害的主要成因是行車過程中形成的孔隙水壓力對(duì)瀝青層混合料的沖刷作用,使得瀝青混凝土粘聚性降低,失去應(yīng)有的強(qiáng)度,逐步形成坑槽,如養(yǎng)護(hù)不及時(shí),水再進(jìn)一步往下滲透,導(dǎo)致基層、底基層浸水失穩(wěn),產(chǎn)生破壞。尤其在高速公路,行車速度快、超載嚴(yán)重的情況下,孔隙水壓力對(duì)瀝青混凝土中集料與瀝青的粘結(jié)性能的破壞更強(qiáng)。也就是說,設(shè)計(jì)規(guī)范中排水設(shè)計(jì)主要解決的是快速排除路表積水的問題,并不能解決動(dòng)水壓力以及瀝青層之間或面層與基層之間的層間水問題。

另外,對(duì)于中央分隔帶排水設(shè)計(jì)大樣圖規(guī)定的防滲土工布在交通安全施工中,由于中央分隔帶防撞立柱的施工,導(dǎo)致防滲土工布被撕裂、打穿,排水效果收到一定程度的影響。因此如何防止中央分隔帶的水直接滲透到路基頂面,確實(shí)值得深化設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)規(guī)范中提及的路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水基層,對(duì)預(yù)防唧漿這類早期病害有很大的幫助。因此在地下水位較高的地區(qū),排水基層應(yīng)該是一個(gè)比較不錯(cuò)的選擇。

2.3.2 防水設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)規(guī)范中,除了橋面有防水層設(shè)計(jì)外,其他部位基本沒有防水設(shè)計(jì)。

瀝青路面施工中,有很多水損害的薄弱環(huán)節(jié)。比如說中央分隔帶路緣石側(cè)石與瀝青混凝土面層的交接面是滲水的一個(gè)死角;瀝青混合料攤鋪過程中,靠近攤鋪機(jī)最外側(cè)是離析較嚴(yán)重的部位,其中靠近中央分隔帶的一側(cè)的離析帶后果最嚴(yán)重。

在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施中,大部分采用的多為防水性措施:稀漿封層、SMA混合料罩面、改性瀝青混合料罩面等等,甚至在我省也進(jìn)行過類似的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)(采用過微表處技術(shù))。這些措施最終目的就是防止水滲入路面內(nèi)部,減緩路面的破壞速率。

上文提及的幾個(gè)水損害的死角,如果在設(shè)計(jì)階段能夠進(jìn)行專項(xiàng)防水設(shè)計(jì),能節(jié)約的較大的養(yǎng)護(hù)成本,減少養(yǎng)護(hù)維修帶來的社會(huì)負(fù)面影響。另外,在上面層施工設(shè)計(jì)中,可充分發(fā)揮標(biāo)線的防水作用,在設(shè)計(jì)文件中明確規(guī)定攤鋪機(jī)攤鋪寬度,讓標(biāo)線覆蓋在施工縱縫上,發(fā)揮一定的防水作用。

3 結(jié)束語

希望有關(guān)施工、管理部門進(jìn)一步提高路面工程路面設(shè)計(jì)工作的重視程度,提出一些預(yù)防性設(shè)計(jì)方案,切實(shí)減少瀝青路面的早期破壞因素,從而提高工程質(zhì)量。讓高速公路最大程度上發(fā)揮其社會(huì)效益,創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 郝培文.瀝青路面施工與維修技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] J TGD50-2004.瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] J TGF80-1-2004.公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 張劍飛.在全國(guó)瀝青路面研討會(huì)上的講話[R].2005.

[5] 呂偉民,等.國(guó)外瀝青穩(wěn)定柔性基層的材料與結(jié)構(gòu)[J].中外公路,2004(6).

[6] J TG F40-2004.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

責(zé)任編輯:之 者

U415.12

A

1671-8275(2010)01-0044-02

2009-11-18

徐曉東(1969-),男,安徽合肥人,安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院工程師。