素混凝土基層在道路大修工程中的應用研究

劉勇

(上海市政交通設計研究院有限公司,上海市 200030)

素混凝土基層在道路大修工程中的應用研究

劉勇

(上海市政交通設計研究院有限公司,上海市 200030)

在我國瀝青路面大修工程設計中,對于基層強度不足的位置,常用的補強措施是對現有基層進行翻挖新建,以保證其具有足夠強度。由于素混凝土具有養護時間短、早期強度高、整體性好的優點,所以通常采用其作為基層補強材料,但同時也存在剛度大、易產生反射裂縫等不足。現以上海市某主干路為研究背景,分析研究素混凝土在城市道路大修中的關鍵問題,明確了素混凝土板塊出現斷裂、沉陷的原因,提出了針對路基排水設計、路面結構設計的相應措施。

素混凝土;基層;道路大修

0 引言

近些年來,我國城市道路設計建設迅速發展,便捷的交通聯通了城市的各功能區域,極大地促進了城市組團發展。許多城市道路超負荷運轉,亟待大修改善交通環境。目前,我國路面大修工程設計中,對于基層強度不足的位置,常用補強措施是對現有基層進行翻挖新建,以保證其具有足夠強度。由于大修工程需要盡早開放交通,所以通常采用素混凝土作為基層補強材料,不僅可以大幅節省基層材料的養護時間,同時素混凝土也具有強度高、整體性好的優點。盡管素混凝土基層具有明顯的優勢,但同時也存在剛度大、易產生反射裂縫等不足,因此在道路大修工程設計中,仍存在諸多關鍵問題值得注意。

本文以上海市某主干路大修工程為研究背景,分析研究了素混凝土在城市道路大修中的關鍵問題,明確了素混凝土板塊出現斷裂、沉陷的原因,提出了針對路基排水設計、路面結構設計的相應措施。

1 項目背景及建設條件

該道路等級為城市快速路,目前按高速公路進行養護。道路中央設有16 m中央分隔帶,車道規模為單向4車道,其中內側兩條為小型車車道,外側兩條為大型車車道。該段道路建成于1998年,2009年由于路面損壞嚴重進行過大修改造。老路路面結構:4細+5中+6粗+1 cm 瀝青砂+40 cm粉煤灰三渣+30 cm 6%石灰土路基。

2009年的大修工程中對基層強度不足區域采取的基層補強措施為翻挖上部30 cm三渣基層后,再新建30 cm素混凝土基層進行補強。

該路段的交通流量和道路荷載組成如表1所列和圖1所示。

表1 日平均車輛數據一覽表(單位:veh/d)

圖1 車型組成示意圖

從表1和圖1可以看出,該工程不僅交通量大,而且大貨、和拖掛車數量也非常多。近兩年來由于該段道路始終處于頻繁養護維修狀態,花費了大量人力和財力,故道路管理部門決定進行一次徹底調查和整治維修。

2 現狀道路檢測、調查與評價

2013年底,委托檢測單位對路面進行了全面的調查與檢測,主要包括路面破損狀況PCI、路面結構強度PSSI及鉆芯取樣檢測。

2.1 路面破損狀況PCI檢測數據

從路面狀況調查結果看，路面整體情況較差(見表2),但外側大車道路面狀況較小車道嚴重許多,主要病害表現為裂縫、坑槽、沉陷、車轍等。

表2 道路路面破損狀況指數一覽表

2.2 路面結構強度

對該工程也進行了路面彎沉測試,對每個車道按照20 m間距進行檢測,匯總結果如表3所列。

表3 彎沉檢測結果匯總分析表

從道路彎沉調查結果看,該段道路的第1、第2車道代表彎沉基本均為優級,第3、第4車道代表彎沉基本均為次、差級,說明該工程范圍內小車道的路面整體強度良好,而大車道整體強度較差。

現將此次彎沉檢測結果與該段道路上一次大修(2009年)的彎沉檢測數據相對比。具體的對比結果如表4所列。

表4 路面結構強度評價對比表(2009年和2013年)

第1評定段所有車道基層前后均為三渣基層。其中第1、第2車道路面彎沉值在兩次檢測中均滿足設計要求;第3車道路面經過5 a使用后,路面強度出現不足現象。

第2、第3評定段的第1、第2車道路面除個別路段強度不足外,目前路面強度保持良好;第3、第4車道路面盡管在2009年進行了局部素混凝土基層補強,但該次彎沉檢測結果顯示該評定段彎沉出現了明顯不足。

2.3 鉆芯取樣結果

此次對三渣基層和素混凝土芯樣取芯各3枚,從取芯結果看,各位置的基層厚度基本與原設計一致,素混凝土基層外觀均較為完整,僅外四車道芯樣的三渣基層出現了破碎現象。

2.4 養護單位了解情況

此外,也從道路養護單位方面了解到,該段道路近2 a來一直在頻繁地進行養護維修,損壞嚴重路段主要集中在外側三、四車道,且水損壞尤其嚴重,甚至出現了大面積網裂及翻漿病害。

圖2～圖5是養護單位提供的該路段近2 a的損壞嚴重時的現場實景。

圖2 路面沉陷和積水實景

圖3 網裂坑槽實景

圖4 路面翻漿實景

圖5 素混凝土基層板中碎裂實景

從圖2～圖5可以看出,該路段在最近2 a內,路面水損壞十分嚴重,并伴隨有坑槽、沉陷及翻漿現象發生,除現狀瀝青面層損壞外,下部素混凝土基層也發生碎裂。此次路面狀況調查結果并未完全反映出路面損壞的實際情況,且差別巨大。

3 問題分析

為了進一步確定病害的成因并提出有針對性的解決方案,故要求養護單位在外側第四車道位置進行了探坑開挖(見圖6～圖9)。

圖6 開挖探坑實景

圖7 素混凝土基層橫向裂縫實景

圖8 素混凝土基層內泥漿實景

圖9 現狀三渣基層實景

從該段道路的路面歷史損壞情況、此次路況調查情況及探坑開挖的情況看,主要有如下幾點現象:

(1)路面主要病害集中在外側三車道、四車道,該段道路也是2009年大修工程中翻挖三渣基層新建素混凝土基層路段。

(2)該段道路路面曾出現過嚴重的路面積水現象,甚至出現網裂、沉陷、翻漿等嚴重病害,局部素混凝土基層出現了碎裂現象。

(3)水泥混凝土基層板塊厚度約為30 cm，與原設計基本一致;縱向側壁有明顯的混凝土裂縫及翻漿現象。

(4)現狀素混凝土板塊下的原路面剩余三渣基層(厚度約8～10 cm)已經十分松散,不成板體,且板塊與三渣基層層間有較多滯水溢出。

(5)現狀土路基狀況良好。

根據以上出現情況,初步分析其原因,大致如下:

(1)由于該段道路的中央分隔帶寬度較大,且內部未設置碎石盲溝,分隔帶內部滯水由于沒有出路,沿著路面結構層及內部空隙滲入路面結構層。

(2)滯留雨水沿道路橫坡通過基層層間和基層內部空隙向路側滲流， 因道路外側綠化帶地勢較高，致使路面結構內部滯水無法排出路面范圍，積聚于三、四車道處,而三、四車道為大型車車道,重車多,荷載大,重車荷載的反復作用形成泵吸現象,致使存有大量層間滯水的基層松散,沿基層裂縫形成翻漿,并造成板底脫空,進而造成素混凝土板塊斷裂、碎裂。

(3)該段道路2009年進行過路面大修工程,基層翻挖新建路段的剩余三渣基層也已十分松散,無法為素混凝土板塊基層提供有效支撐,且素混凝土基層橫向接縫未設置傳力桿,在車輛荷載作用下,該接縫易成為薄弱位置;在長時間荷載作用下,三渣基層和土基顆粒加上積聚的雨水一起從板塊接縫擠出,由縫中噴濺出稀泥漿。

(4)由于素混凝土基層板塊中未設置鋼筋網,板塊在重復重載作用下產生斷裂、碎裂損壞,隨著時間的推移,路面瀝青混凝土面層損壞也逐漸加重,并產生大面積的網裂、沉陷,從而出現路面“屢修屢壞”的結果。

4 解決方案

針對以上幾個方面的可能原因,設計時,從路基排水設計和路面結構設計兩方面進行設計優化。

4.1 路基排水設計

針對目前該段水損壞嚴重的問題,其主要原因是道路路基排水系統不完善導致的。建議采取“疏導”措施,新設排水盲溝,將路基中的滯留積水通過盲溝引入現狀雨水管道排水系統。

4.2 路面結構設計

針對基層強度不足的處理方式,目前的常用方法有翻建結構和注漿補強兩種。基層注漿補強的優點是不破壞舊路的基層結構,工程造價低,且施工速度快,可在較短時間內開放交通,但是注漿加固的施工質量較難控制。另外,該工程的現狀素混凝土基層損壞已經十分嚴重,注漿加固很難達到預期效果。

另一種方法則是采用翻除現狀基層,新建水泥混凝土基層的方法。連續配筋是通過在水泥基層中設置連續縱向鋼筋而避免設置橫向縮縫,克服了普通水泥混凝土路面橫縫過多的缺陷,從而大大減少了反射裂縫的發生,但不足的是費用較為昂貴。考慮到該段道路翻挖新建區域主要位于第三、四車道,大車數量多、且軸載重,為避免素混凝土板塊板中出現斷裂,更好地保證道路大修后的使用質量,設計推薦連續配筋混凝土基層。

5 結論與建議

(1)對采用素水泥混凝土進行補強后,基層出現的病害一般為板塊斷裂,局部鉆芯取樣無法反映其真實狀況,因此不建議作為主要的判定依據。此外,應當重視收集道路建設、養護等方面的資料,調查路基穩定情況,并分析原因。

(2)采用素混凝土對道路基層進行補強時,其下部的承載層(底基層或土基)應保證足夠的強度和穩定性,避免素水泥混凝土板塊由于下部結構層原因過早出現斷裂和沉陷。

(3)對于地下水位較高,且大型車或重載車數量較多的路段,板塊間必須設置傳力桿或采用連續配筋措施,避免橫向接縫成為整個基層的“軟弱點”。

U418.5

B

1009-7716(2015)03-0023-04

2015-01-06

劉勇(1981-),男,山東省濰坊人,碩士,研究方向:路基、路面。