滬昆高速公路曲勝段舊路維修改造設計方案研究

郭泳江，胡松山，覃潤浦

(1.云南省公路開發投資有限公司曲靖管理處，云南 曲靖 655000；2.廣西道路結構與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007；3.廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530007)

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滬昆高速公路曲勝段舊路維修改造設計方案研究

郭泳江1，胡松山2，3，覃潤浦2，3

(1.云南省公路開發投資有限公司曲靖管理處，云南 曲靖 655000；2.廣西道路結構與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007；3.廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530007)

文章結合曲勝滬昆高速公路曲勝段舊路加鋪升級改造方式，針對“白改黑”及“白加黑”等復合式路面和水泥混凝土路面在舊路養護過程中存在的病害類型，依據舊路路面現有狀況、強度及多次加鋪養護后的路面結構，分析現有路面病害產生的病理原因，按照不同路面結構層提出不同的設計方案，并通過綜合論證比選，擇優確定出更適宜該工程的路面大修改造方案。

高速公路；大修改造工程；養護；病害類型；方案論證

0 引言

曲靖至勝境關高速公路是《國家高速公路網規劃》中上海-昆明高速公路

(G60)云國家交通建設計劃的主要路線。該路段路線全長74.824 km，設計遠景交通量(2016年)：曲靖至天生橋段為55 560輛/晝夜；天生橋至勝境關段為31 192輛/晝夜。由于老路面結構厚度設計較薄，雖近些年進行多次養護，仍不能滿足曲勝高速公路大交通、重載運煤專線的現實，致使舊水泥混凝土路面出現大量破板斷裂、反射裂縫、車轍、推移、沉陷、坑槽等病害。目前該路段面臨大修改造，有必要結合該段大修改造工程對現有老路面進行針對性的改造設計，以確保維修改造施工質量、節約投資成本。

1 舊路路面養護情況

1.1 原設計路面結構及養護

K0+000～K15+600(上、下行線)原路面結構設計為18 cm鋼纖維混凝土+20 cm水泥穩定碎石基層+15 cm級配底基層；K15+600～K23+000原路面結構設計為26 cm素水泥混凝土面層+20 cm水泥穩定碎石基層+15 cm級配碎石底基層；K23+000～K48+000原路面結構設計為26 cm素水泥混凝土+20 cm水泥穩定碎石基層+15 cm級配碎石底基層。

該路段路面日常養護的主要工作是裂縫的修補和灌縫，局部路段為龜裂、坑槽、沉陷的挖補。隨著日交通量的增加，部分路段路用性能下降，不同時間段對部分路段進行養護如下：

(1)2003年11月對曲勝高速公路水泥混凝土路面進行第一次修復，主要工作為修復混凝土破損板等；

(2)2005年對K0+000～K17+123進行了全幅瀝青混凝土罩面，即4.5 cm的AK-13瀝青混凝土，耗資3 400多萬元；

(3)2010年迎國檢專項大修對K17+123～K48+080行車道和超車道進行1 cm微表處罩面養護，耗資4 251萬元，主要工程量為修復混凝土破損板和1 cm微表處罩面。

截至2011年該路段交通量劇增，尤其是超載超限車輛的增加，如圖1所示，導致運營過程中水泥混凝土路面及復合式路面出現斷、碎板、裂縫、唧泥等多種病害，經多次修復，仍未達到好的效果，導致公路服務水平下降。

(a)貨車增加比率

(b)交通量年增長率

1.2 病害類型及原因分析

截至2012年，K0+000～K23+500病害類型較為嚴重，主要歸為四類：縱向裂縫、橫向裂縫、板角斷裂、破碎板等，各種病害的病理分析如下：

(1)縱向裂縫分析。通過對該段高速公路路面縱向裂縫開裂所處的位置及外觀分析，主要原因是路基的不均勻沉降引起路基的縱向裂縫。

(2)橫向裂縫分析。橫向貫穿裂縫的產生主要是由混凝土本身的性質以及混凝土抗拉強度太低造成的；另外，也是由于施工不當、切縫不符合要求所造成，如施工切縫時間掌握不當，切割不及時，切縫深度不符合要求，切縫過淺等因素。

(3)板角斷裂分析。此病害類型原因可以歸結為內部水化反應引起面板龜裂以致最終斷裂；混凝土面板的翹曲應力引起面板斷裂；水泥混凝土面板厚度嚴重不足而發生裂縫形成斷板。

(4)破碎板分析。破碎板病害的主要原因為：①水的防治不夠，路基土質差及路基地下水位高；②路基不均勻沉降；③路面基層，面層強度不足；④超重荷載的作用；⑤設計和施工缺陷。

1.3 路面檢測主要結論

2012年4月和2013年9月，分別采用落錘式彎沉儀FWD檢測車、探地雷達、路面取芯機及人工輔助調查的方式對不同路段進行了全面檢測，路況調查結果見圖2。

(a)PCI調查結果

(b)斷板率調查結果

2012年調查結果顯示：(1)K15+600～K18+000、K21+000～K22+000的路面損壞PCI為次等級，K18+000～K21+000、K22+000～K23+500的路面損壞PCI為差等級，反映出整個路段的技術狀況非常不好，嚴重影響了道路的行駛質量和行駛安全；(2)K15+600～K23+500以上行線為例，該路段代表彎沉位于0.15～0.35 mm，50%路段代表彎沉值>0.20 mm，其中最大為0.351 1 mm，位于上行線K19+000～K20+000L路段。

2013年調查結果顯示：(1)K1+500～K15+600(上、下行線)段復合式路面裂縫、破碎板比較普遍，分別占病害面積的88.6%及6.7%；(2)K23+500～K48+000(上、下行線)段素水泥混凝土路面裂縫和破碎板分別占病害面積的42.4%及39.5%；(3)經多功能檢測車檢測，計算檢測路段路面狀況指數PCI=76.2%，評定等級為中；計算調查路段上行線K23+500～K48+000段路面狀況指數PCI=55.40%，評定等級為差，下行線K17+200～K48+000段路面狀況指數PCI=64.13%，評定等級為次。

1.4 部分路段養護

2013年針對上述調查結果及路面病害的類型、成因、范圍及程度對K15+600.00～K23+500進行專項整治處理，不同路況養護結構方案為：

本階段K15+600～K17+700養護結構方案調整為修(復)補后水泥混凝土路面+2 cm橡膠瀝青混凝土調平層+單面燒毛土工布+SBR改性乳化瀝青粘層+8 cmAC-20C改性瀝青混凝土+SBS改性瀝青粘結防水層+4 cmSMA-13SBS改性瀝青混凝土；K17+700～K20+306.901、K20+940.050～K718.393、K22+439.545～K23+500路段原水泥混凝土進行碎石化處理，后進行加鋪養護，具體養護結構方案為：碎石化水泥混凝土路面+乳化瀝青透層+8 cmAC-25C瀝青混凝土+SBR改性乳化瀝青粘層+6 cmAC-20C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)+SBS改性瀝青粘結防水層+4 cmAC-16C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)；K20+306.901～K20+940.050、K21+718.393～K22+439.545超高調整段結構設計方案為：20 cm級配碎石底基層+38 cm水泥穩定碎石基層+乳化瀝青+8 cmAC-25C瀝青混凝土+SBR改性乳化瀝青粘層+6 cmAC-20C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)+SBS改性瀝青粘結防水層+4 cmAC-16C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)。

2 局部單點病害處治

針對現場調查病害類型結果，采用局部單點病害處理的方法進行維修。

(1)反射裂縫。本工程反射裂縫主要體現為兩種形式：①出現反射裂縫，但裂縫間距較小，裂縫處未發生瀝青面層松散或剝落。②裂縫間距較大，且存在明顯裂縫，裂縫處存在局部或整體瀝青混合料松散及剝落，甚至出現局部坑洞。

對于發生反射裂縫，但未發生瀝青混合料剝落及松散的可采用普通70#熱瀝青或乳化瀝青進行灌縫，以起到封水作用；對發生反射裂縫，且存在嚴重瀝青混合料剝落及松散的，需進行適當擴縫處理，并清除縫內粉塵，采用AC-13混合料進行填縫處理。

(2)本工程前期養護過程中瀝青層與水泥混凝土路面之間設置了土工布，但是由于土工布與底部水泥混凝土路面粘結效果較差，且雨水浸入土工布后容易在土工布與水泥混凝土路面表面間形成滑動層，進而造成路面推移及車轍病害發生。

對于出現推移及車轍的路段，為根本解決底部層間粘結的問題，可根據推移程度對原瀝青加鋪層進行銑刨重鋪。

(3)斷板及局部沉陷。斷板及嚴重沉陷路段需進行換板處理，對于板角斷裂后沉陷病害主要是由于該類病害路面板及基層已發生了一定破壞，部分開挖板塊發生了松動，且面板底部存在自由水。

對發生局部斷板及沉陷的面板，需進行挖除處理。為節約工期，并提高工程質量，挖除部分采用碾壓混凝土進行回填鋪筑。鋪筑完成后，噴灑乳化瀝青粘層，并恢復原瀝青面層。

3 路面改造設計方案比選

在對路面局部病害采取板底注漿加固及換板處治、刨銑處理等措施后，如何根據現有路面病害特點，擬定合理的加鋪改造方案，消除路面內部結構矛盾及缺陷，改善并提高本工程路面服役性能及使用壽命，是本次大修改造設計的重點。

3.1 處治方案設計

(1)第一段：K0+000～K15+600(上、下行線)段復合式路面，根據路面損壞分類進行恢復性處治方案設計，如表1所示。

(2)第二段：K15+600～K23+000(下行線)、第三段：K23+000～K48+000(上、下行線)素水泥混凝土路面。①方案一：變剛性路面為柔性瀝青路面，見表2；②方案二：增加路面結構層。不處理原路面，標高整體升高54 cm；③方案三：原素水泥混凝土路面碎石化處理后：采用4 cmSMA-13+6 cmSBS改性瀝青+8 cm瀝青混凝土+36 cm水穩層+玻纖格柵高整體提高18 cm。

表1 恢復性處治方案表

表2 變剛性路面為柔性瀝青路面表

結合以上技術分析及經濟比較，考慮到第一段和第二段工期緊、任務重，在充分利用舊路面結構形式的基礎上，采用單點病害處理方法對原路面進行修復，后采用4 cmAC-13C作為加鋪層結構，既縮短工期又節約成本。方案三雖結構性能方面較好，但造價較高。綜合各種因素，初步確定第三段結構方案為：4 cmSBSAC-13C瀝青混凝土+乳化瀝青粘層(0.6 kg/m2)+6 cmAC-20C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)+乳化瀝青粘層0.8 kg/m2+玻纖格柵+乳化瀝青粘層(0.25 kg/m2)+1 cm膠瀝青應力吸收層+處治后原素混凝土路面。

3.2 處治方案優化

本工程沿線多縱坡及彎道，且重車較多，瀝青與水泥混凝土界面處理效果是本工程成功與否的關鍵問題。原設計的銑刨原路面微表處，并在AC-20面層與水泥混凝土路面間設置橡膠瀝青應力吸收層的方法，存在銑刨表面粉塵難以清洗，無法保證界面清潔度、橡膠瀝青膜較厚、碎石撒布量過大等問題，根據實際情況提出如下優化方案：

3.2.1 方案一：保留原微表處層，優化水泥混凝土路面表面處理工藝，調整橡膠瀝青碎石層工藝參數

原設計采用銑刨機對路面微表處層進行銑刨處理，存在如下技術問題：由于銑刨所產生的表面粉塵較厚，且滯留在銑刨溝槽中無法完全清除。這不僅影響瀝青碎石層的粘結狀況，且銑刨所產生的縱向溝槽，容易導致層間滯留水分，影響路面結構穩定。保留原微表處層，對路肩及新澆筑面板進行表面刻槽處理。為消除舊路表面高度差，新澆筑混凝土面板厚度應增大1 cm以保持與微表處層齊平，且對原路肩或慢車道處水泥面板增加一道撒布工藝。

3.2.2 方案二：取消玻纖格柵層，采用0.3～0.5 kg/m2改性乳化瀝青+1 cm橡膠瀝青同步碎石應力吸收層

(1)保留原水泥混凝土表面微表處層，新澆筑換板水泥混凝土修至與微表處層齊平，對路測爬坡車道水泥混凝土面板表面進行刻槽處理。

(2)采用在水泥界面撒布0.3～0.5 kg/m2改性乳化瀝青并鋪裝2 cmAC-5砂礫石應力吸收層，提高對舊路面平整度的調整程度，增強瀝青-水泥路面界面效果。

采用抗裂效果及對層間抗剪效果更好的橡膠瀝青同步碎石應力吸收層，其不僅能夠有效嵌入水泥路面刻槽中，增加層間抗剪力，同時自身材料性能穩定，不會因溫度變化而發生自身的滑移，且與上面層粘結狀況良好。

經過多方論證，最后確定第三段路面結構方案為：4 cmSBSAC-13C瀝青混凝土+乳化瀝青粘層(0.35 kg/m2)+6 cmAC-20C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)+乳化瀝青粘層(0.45 kg/m2)+1 cm橡膠瀝青應力吸收層+處治后原素混凝土路面。

4 結語

本文結合曲勝高速公路路面加鋪改造大修工程，在對舊路路面狀況、結構強度、病害類型等分析的基礎上，依據車道并道施工原則，確定出“白改黑”路面、“白加黑”路面及水泥混凝土路面不同病害處理措施，并通過對多種路面加鋪方案進行綜合論證，依據充分利用舊路面、節約投資成本、更有利于重載交通荷載作用的原則，確定出更為適宜的復合式路面加鋪方案。

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Studies on Old Road Maintenance and Reconstruction Design Scheme of Shanghai-Kunming Expressway Qusheng Segment

GUO Yong-jiang1，HU Song-shan2，3，QIN Run-pu2，3

(1.Qujing Management Division of Yunnan Highway Development & Investment Co.，Ltd.，Qujing，Yunnan，655000；2.Guangxi Key Laboratory of Road Structure & Materials，Nanning，Guangxi，530007；3.Road Engineering Research Center of Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Combined with old road overlaying upgrade reconstruction mode of Shanghai-Kunming Expressway Qusheng segment in Qusheng，regarding the disease types of “white to black” and “white and black” and other composite pavement and cement concrete pavement during the old road conservation，and based on the current status and strength of old road pavement as well as the pavement structure after several overlaying conservation，this article analyzed the pathological reasons for the ex-isting pavement diseases，and proposed different design schemes according to different pavement structure layers，and through comprehensive verification，comparison and selection，it determined the best pavement overhaul renovation plan more appropriate to this project.

Expressway；Overhaul renovation engineering；Conservation；Disease type；Program demonstration

郭泳江(1978—)，男，高級工程師，研究方向：橋梁工程。

U418.6

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.01.005

1673-4874(2015)01-0017-05

2014-12-05