國(guó)道324線漳浦路段路面“白改黑”改造工程設(shè)計(jì)方案分析

■吳建軍

（漳州通正勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，漳州 363000）

0 引言

“白改黑”是指在舊水泥混凝土路面板上加鋪較厚的（通常大于18cm）瀝青面層的加鋪方式。本文以國(guó)道324線漳浦路段路面改建工程為對(duì)象，從建設(shè)養(yǎng)護(hù)情況調(diào)查、外觀病害調(diào)查、結(jié)構(gòu)情況檢測(cè)、交通荷載調(diào)查預(yù)測(cè)、路段環(huán)境條件調(diào)查、結(jié)構(gòu)病害分析、處治方案、路面結(jié)構(gòu)方案等方面介紹在舊水泥混凝土路面上直接加鋪瀝青路面的設(shè)計(jì)思路和方法，為今后同類工程提供參考及借鑒。

1 工程概況

國(guó)道324線漳浦路段路面“白改黑”改造工程（K351+004～K391+700），項(xiàng)目起點(diǎn)K351+004位于長(zhǎng)橋鎮(zhèn)三古，途經(jīng)長(zhǎng)橋鎮(zhèn)、漳浦城關(guān)、大南坂、盤(pán)陀鎮(zhèn)，終點(diǎn)K391+700位于與云霄縣交界處的盤(pán)陀嶺隧道，路線全長(zhǎng)40.696km。二級(jí)公路，設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，路基寬度23m，雙向四車道，路面設(shè)計(jì)軸載BZZ-100，路面為水泥混凝土路面，其結(jié)構(gòu)為：24cm厚水泥砼面層+15cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石基層+舊水泥混凝土路面擊碎。項(xiàng)目通車至今運(yùn)營(yíng)已有9年，舊水泥混凝土板已出現(xiàn)裂縫、斷板、錯(cuò)臺(tái)等病害，無(wú)法滿足路面使用性能。

2 舊路調(diào)查

為了解舊路面的病害，對(duì)沿線水泥混凝土板塊的病害類型及程度進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，并逐板繪制病害及其分布圖；同時(shí)對(duì)舊路面彎沉進(jìn)行檢測(cè)，調(diào)查項(xiàng)目范圍內(nèi)交通量及軸載等。

2.1 舊路面狀況評(píng)定

2.1.1 路面狀況指數(shù)PCI評(píng)定

根據(jù)對(duì)舊水泥路面板塊的病害統(tǒng)計(jì)，各類病害占總板塊數(shù)比例為40.5%，主要病害類型如下：

（1）裂縫類——縱向、橫向、斜向裂縫/交叉裂縫/破碎板/板角斷裂等：35.00%；

（2）變形類——錯(cuò)臺(tái)/沉陷/拱起等：1.00%；

（3）接縫類——接縫破碎/修補(bǔ)損壞等：1.30%；

（4）松散類——起皮/坑洞/脫空等：3.20%。

路面狀況指數(shù)PCI=56.60%，路面破損狀況評(píng)定等級(jí)為“中”。

2.1.2 路面斷板率DBL評(píng)定

通過(guò)對(duì)道路沿線舊路面板斷板數(shù)的統(tǒng)計(jì)，評(píng)定舊路面斷板率DBL，其結(jié)果見(jiàn)下表1。

表1 設(shè)計(jì)路段路面斷板率評(píng)價(jià)匯總表

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示，路面斷板率從優(yōu)至差依次為：左側(cè)內(nèi)車道、右側(cè)內(nèi)車道、左側(cè)外車道、右側(cè)外車道。內(nèi)車道比外車道斷板率少，這與內(nèi)車道多為小車通行，外車道多為重貨車的實(shí)際分布情況一致。

根據(jù)路面狀況指數(shù)PCI=56.60%及斷板率DBL=18%，評(píng)定路面破損狀況等級(jí)為“次”。

2.1.3 舊路面彎沉檢測(cè)

為了解路段路面板底脫空狀況，選取部分有代表性路段，采用貝克曼梁進(jìn)行彎沉檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2中可看出，水泥混凝土板塊最小彎沉值為0.11mm，最大彎沉值0.72mm，主點(diǎn)彎沉平均值為0.101～0.282mm，差異彎沉為 0.169～0.592mm。

2.2 交通荷載調(diào)查及交通量預(yù)測(cè)

為調(diào)查本項(xiàng)目路段范圍內(nèi)具體交通量及軸載，采用無(wú)線便攜式汽車稱重系統(tǒng)，進(jìn)行為期3天的車輛軸載試驗(yàn)及交通量觀測(cè)。

表2 彎沉脫空檢測(cè)一覽表

2.2.1 軸載換算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)車輛軸載檢測(cè)數(shù)據(jù) （現(xiàn)場(chǎng)軸載檢測(cè)僅測(cè)單向車道），設(shè)計(jì)路段車輛軸載換算計(jì)算見(jiàn)下表3。

表3 車輛軸載換算計(jì)算表

2.2.2 車型比例

根據(jù)本項(xiàng)目基年交通量的車型構(gòu)成分析及未來(lái)的客貨車出行量，以及各車型發(fā)展趨勢(shì)，確定擬改造公路車型構(gòu)成，見(jiàn)下表4。

表4 車型比例表

從上表得出，受小客型車輛需求快速增長(zhǎng)的影響，中小貨車型比例較高，大貨及拖掛車比例適中，但荷載較重。

2.2.3 計(jì)算軸載累計(jì)作用次數(shù)

根據(jù)公式：計(jì)算得出設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)累計(jì)作用次數(shù)為：1.612×107次，路面交通荷載屬重交通荷載等級(jí)。

2.3 路面病害原因分析

本項(xiàng)目舊水泥混凝土路面病害中縱向、橫向、角隅裂縫、交叉裂縫及斷裂板主要分布在行車道上，特別是外車道，硬路肩病害最少，許多超載車輛在外車道上行駛，內(nèi)車道相對(duì)較少，硬路肩幾乎沒(méi)有機(jī)動(dòng)車輛行駛，這與病害的分布位置相一致。路面病害產(chǎn)生原因除受超重超載車輛影響外，還與路面排水是否通暢、地區(qū)降水強(qiáng)度和舊路基強(qiáng)度等有較大的關(guān)系。

2.4 “白改黑”路面性能剖析

基于對(duì)漳州市多條“白改黑”路面調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)水泥混凝土板加鋪瀝青路面病害主要有反射裂縫、推移、車轍、沉陷、網(wǎng)裂等。出現(xiàn)病害的因素主要有：車輛重載、舊水泥混凝土板病害處治效果、路面加鋪結(jié)構(gòu)及材料、區(qū)域氣候等。其中舊水泥混凝土板病害處治效果、加鋪層的厚度不足是加鋪結(jié)構(gòu)病害的重要原因。

加鋪的瀝青面層反射裂縫主要是在反復(fù)車輛荷載作用下舊水泥混凝土路面原有裂縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致瀝青層產(chǎn)生裂縫。因此為減少反射裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注：（1）對(duì)道路舊水泥混凝土面板的病害綜合處理；（2）因地制宜地設(shè)置瀝青路面加鋪結(jié)構(gòu)和材料；（3）重視界面防水粘結(jié)層性能及作用。

3 加鋪瀝青砼路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 路面方案比選

根據(jù)舊路面狀況評(píng)定結(jié)果，且從投資、工期、交通影響等諸多方面的綜合考慮，確定本項(xiàng)目采用加鋪瀝青混凝土面層，而加鋪方案的選用主要考慮舊路面水泥砼板的不同利用方式來(lái)選擇，擬定以下三種加鋪比選方案見(jiàn)圖1。

方案一和方案二屬于“白改黑”，方案三為“白加黑”，三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表5。

經(jīng)舊路調(diào)查、檢測(cè)及舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)查評(píng)定，結(jié)合《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)本路段路面調(diào)查結(jié)果總體評(píng)定為“次”以上，可采用打裂壓穩(wěn)舊水泥混凝土路面后加鋪瀝青面層的設(shè)計(jì)方案。

圖1 三種路面加鋪方案

表5 三種路面加鋪方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表

3.2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 加鋪瀝青面層厚度的計(jì)算

根據(jù)軸載試驗(yàn)及交通量的預(yù)測(cè)，計(jì)算得出的軸載累計(jì)作用次數(shù)為：1.612×107次，為重交通荷載等級(jí)。采用東南大學(xué)HDPS公路路面計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算，確定加鋪瀝青面層的厚度。

設(shè)計(jì)參數(shù)取值如表6。

表6 路面設(shè)計(jì)參數(shù)表

根據(jù)計(jì)算，得出計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 路面設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果表

3.2.2 瀝青混凝土面層結(jié)構(gòu)

3.2.2 .1 路面抗滑表層

瀝青瑪蹄脂碎石混合料是當(dāng)前公認(rèn)的一種抗變形能力強(qiáng)，耐久性較好的瀝青混合料，且具有較好的密水、抗車轍、抗滑、耐久、抗裂性能。改性SMA-13及改性AC-13C瀝青混合料的性能對(duì)比見(jiàn)表8。

經(jīng)綜合對(duì)比，本項(xiàng)目抗滑表層采用4.0cm厚SBS改性SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石結(jié)構(gòu)。

表8 表面層性能對(duì)比表

3.2.2 .2 中面層

中面層大多采用4～10cm的中粒式連續(xù)級(jí)配組成的瀝青混凝土。根據(jù)《福建省普通公路精細(xì)化設(shè)計(jì)指南》及工程實(shí)際情況，本項(xiàng)目中面層選用6.0cm厚中粒式改性瀝青混凝土（AC-20C）。

3.2.2 .3 下面層

從延緩舊水泥混凝土路面的反射裂縫，并且防止公路水損害和經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，下面層大多采用粗粒式連續(xù)級(jí)配組成的瀝青穩(wěn)定碎石。根據(jù)本工程實(shí)際情況，本項(xiàng)目下面層選用8cm厚密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石層ATB-25。

經(jīng)過(guò)上述分析計(jì)算，確定本項(xiàng)目加鋪瀝青的結(jié)構(gòu)層為：8cm厚瀝青穩(wěn)定碎石下面層ATB-25+6.0cm厚SBS改性瀝青AC-20C中面層+4.0cm厚SBS改性SMA-13上面層，每平方米造價(jià)約200元。

3.3 舊水泥路面綜合處理

根據(jù)調(diào)查的舊路路基情況、路面結(jié)構(gòu)、路面狀況，及檢測(cè)的彎沉報(bào)告，舊路路基路面的主要病害為路基沉陷、面板破碎板、板底脫空、斷板、裂縫。針對(duì)病害在加鋪瀝青路面前，應(yīng)采用下列處理措施：

（1）路基沉陷路段，應(yīng)進(jìn)行注漿處理或其他加固措施，提高地基承載力。

（2）破碎板采用置換板塊，若基層損壞部分應(yīng)予清除，用素混凝土將路面基層補(bǔ)強(qiáng)；若開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)原路基出現(xiàn)彈簧現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行路基換填處理。

（3）對(duì)舊水泥砼路面采用打裂壓穩(wěn)，使板塊相互間緊密嵌鎖，提高舊混凝土板塊的整體性，消除板下脫空，使其與基層緊密貼在一起成為更加穩(wěn)固的支撐，減小豎向變形和差異沉降。舊水泥路面的打裂程度應(yīng)使板塊開(kāi)裂塊度不超過(guò)0.4m2。

4 改造后路面性能指標(biāo)

路面的使用性能是反映路面能否持續(xù)為行駛車輛提供安全、舒適、經(jīng)濟(jì)的服務(wù)水平的特性。本項(xiàng)目交工前進(jìn)行了相關(guān)路面性能指標(biāo)的檢測(cè)驗(yàn)收，其結(jié)果見(jiàn)表9。

從上表可知，各驗(yàn)收指標(biāo)值都符合規(guī)范或設(shè)計(jì)要求，加鋪后路表彎沉值均不超過(guò)0.22mm，平均彎沉值為0.13mm，說(shuō)明加鋪后路面承載力較高，結(jié)構(gòu)層整體性好，滿足遠(yuǎn)景交通量要求；路面平整度不超過(guò)1.0mm，平均值為0.89mm，說(shuō)明加鋪后瀝青路面行車舒適性較好；路面構(gòu)造深度均大于0.55mm，平均值為0.63mm，說(shuō)明加鋪后瀝青路面抗滑性能較好，行車安全性較高。通過(guò)以上實(shí)測(cè)路面性能指標(biāo)，說(shuō)明本設(shè)計(jì)方案是可行的，達(dá)到了預(yù)期“白改黑”的效果。

表9 路面性能指標(biāo)

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合國(guó)道324線漳浦段路面改造工程，全面介紹在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青層的設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行病害調(diào)查、彎沉檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)軸載試驗(yàn)、交通量預(yù)測(cè)、方案比選，確定加鋪瀝青路面的厚度及結(jié)構(gòu)組成。國(guó)道324線漳浦段舊水泥路面通過(guò)加鋪改造（“白改黑”），現(xiàn)通車已兩年多，其運(yùn)行狀況良好，舒適、安全路面無(wú)反射裂縫出現(xiàn)，得到社會(huì)的一致好評(píng)。水泥混凝土路面加鋪在具體道路設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，影響因素很多，應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)資料，詳細(xì)分析原有道路病害狀況及損壞程度，制定滿足道路功能需求的加鋪改造設(shè)計(jì)方案。根據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

（1）在“白改黑”前應(yīng)對(duì)沿線各板塊進(jìn)行病害調(diào)查、彎沉檢測(cè)，了解舊路病害類型和程度，為合理有效對(duì)舊水泥混凝土板的處治方式提供依據(jù)。

（2）在“白改黑”前須對(duì)現(xiàn)狀道路的交通量、車型比例及軸載進(jìn)行調(diào)查，了解現(xiàn)狀道路負(fù)荷程度，為路面結(jié)構(gòu)層及材料設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（3）“白改黑”路面充分地利用舊路面強(qiáng)度，具有節(jié)省投資、減少對(duì)環(huán)境破壞污染、縮短對(duì)改建道路的施工時(shí)間、對(duì)交通環(huán)境的干擾影響小，瀝青面層平整度好，維修簡(jiǎn)單，大大改善路面使用性能，是對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行改造行之有效的方法。

[1]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTG D50-2017，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]吳毅勇.“白改黑”項(xiàng)目中的舊水泥砼板處理方案研析.工程技術(shù)研究，2017.

[4]胡昌斌，劉發(fā)水.南方地區(qū)公路水泥混凝土路面加鋪改建技術(shù).