舊水泥混凝土路面改建加鋪瀝青層設(shè)計(jì)研究

余 芳 周 乾

(1.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023; 2.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530022)

1 概述

廣西某公路屬于公路自然區(qū)劃Ⅳ7區(qū)，路線全長(zhǎng)19.008 km,為雙向四車(chē)道高速公路，路基寬26 m,采用水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，如表1所示。

表1 原路面結(jié)構(gòu)表

本項(xiàng)目自通車(chē)后交通量增長(zhǎng)迅速，2001年—2016年平均增長(zhǎng)速度為17.8%，2016年平均折算交通量為28 100 pcu/d，超過(guò)同期廣西全區(qū)高速公路交通量平均增長(zhǎng)率。通車(chē)以來(lái)，專項(xiàng)換板、灌漿呈快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，至2016年年底累計(jì)更換路面破碎板148 527 m2，根據(jù)養(yǎng)護(hù)資料，盡管每年養(yǎng)護(hù)投入越來(lái)越大，路況水平仍明顯下降，常規(guī)的養(yǎng)護(hù)措施已難以抑制病害發(fā)展。

2 原有路基路面調(diào)查與檢測(cè)

2.1 路基狀況調(diào)查

本次路基外業(yè)調(diào)查對(duì)沿線路基的邊坡、路肩、支擋設(shè)施、排水設(shè)施等構(gòu)造物的現(xiàn)狀逐段進(jìn)行勘察，必要時(shí)輔以原位測(cè)試及取樣試驗(yàn)等。經(jīng)調(diào)查得知：原有公路經(jīng)15年運(yùn)營(yíng)后，填土層固結(jié)沉降基本完成，除個(gè)別地段外，沿線路堤邊坡未見(jiàn)明顯變形，整體穩(wěn)定性較好，但局部路段出現(xiàn)不同程度的病害，主要表現(xiàn)為路基沉陷、路基土蠕變以及混凝土面板開(kāi)裂、斷板等，病害部位多分布于陡坡路堤地段、軟基路段及半填半挖路段。

2.2 路面狀況調(diào)查

2.2.1 路面損壞狀況調(diào)查

按照J(rèn)TG H20—2007公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)要求，采用智能道路檢測(cè)車(chē)結(jié)合人工調(diào)查的方式進(jìn)行路面損壞狀況調(diào)查，全段對(duì)每塊水泥面板進(jìn)行編號(hào)，逐車(chē)道逐板進(jìn)行病害調(diào)查、記錄。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)路面典型病害主要為破碎板、裂縫、板角斷裂等，上、下行斷板率(DBI)分別為40%和26%，路面破損評(píng)價(jià)如表2所示。

從路面狀況指數(shù)PCI來(lái)看，各車(chē)道評(píng)定為“次”和“差”的路段均超過(guò)90%，路面破損嚴(yán)重，分上、下行來(lái)看，上行方向的破損程度大于下行方向，特別是上行第二車(chē)道評(píng)價(jià)為“差”的路段占到95%，大部分板塊養(yǎng)護(hù)采取灌縫修補(bǔ)的方式處治破碎板，起到了臨時(shí)封水、穩(wěn)板的效果，但壽命較短，效果有限。

表2 PCI等級(jí)評(píng)定結(jié)果表

2.2.2 路面接縫傳荷能力檢測(cè)

通過(guò)落錘式彎沉儀FWD檢測(cè)路面接縫傳荷能力，根據(jù)典型路段進(jìn)行抽檢(上、下行分幅共檢測(cè)9.8 km，抽檢頻率為25.8%)，每車(chē)道檢測(cè)一條測(cè)線，位置為板塊橫縫的中部，每20 m檢測(cè)一點(diǎn)，通過(guò)接縫傳荷系數(shù)評(píng)價(jià)接縫傳荷能力，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 接縫傳荷能力狀況統(tǒng)計(jì)表

從上面的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，接縫傳荷能力各車(chē)道、各路段水平接近，整幅來(lái)看水泥混凝土路面接縫傳荷能力在“優(yōu)良”等級(jí)以上占61.8%。

2.2.3 路面脫空檢測(cè)

路面脫空檢測(cè)采用落錘式彎沉儀FWD檢測(cè)，每車(chē)道檢測(cè)兩條測(cè)線，測(cè)線位置為水泥混凝土路面板板角，通過(guò)三個(gè)指標(biāo)來(lái)判斷路面是否脫空，檢測(cè)結(jié)果如表4所示。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，原水泥混凝土路面總的脫空比例達(dá)到38.4%。

表4 脫空狀況統(tǒng)計(jì)表

2.2.4 路面整體承載能力檢測(cè)

水泥混凝土路面的大多數(shù)破壞都發(fā)生在最薄弱的接縫附近，所以一般檢測(cè)橫向板邊接縫處的彎沉值來(lái)反映路面的整體承載能力。本次檢測(cè)結(jié)果顯示，各車(chē)道板邊彎沉值大多數(shù)均在12(0.01 mm)左右，各車(chē)道承載能力相當(dāng)，從里程分布來(lái)看也較為均勻，無(wú)明顯差異。

2.2.5 基層頂面當(dāng)量回彈模量檢測(cè)

基層頂面回彈模量是舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的一個(gè)重要參數(shù)，本次檢測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)荷載為100 kN承載板半徑150 mm的FWD，測(cè)試面板板中位置,通過(guò)彎沉盤(pán)數(shù)據(jù)反算得到基頂回彈模量。從檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)可知，基層頂面當(dāng)量回彈模量大部分在400 MPa以上，具備良好的抗沖刷能力，路面基層的總體承載力較好，且分布較均勻。

2.2.6 面層、基層厚度、強(qiáng)度檢測(cè)

用鉆芯法對(duì)路面各結(jié)構(gòu)層進(jìn)行鉆芯取樣，檢測(cè)頻率每幅每公里3個(gè)，本次檢測(cè)共鉆取芯樣98個(gè)，采用鋼直尺量測(cè)路面結(jié)構(gòu)層厚度，對(duì)鉆取的芯樣在室內(nèi)分別進(jìn)行面層劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)和基層的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如下：水泥混凝土面層平均厚度269 mm，代表厚度254 mm；水穩(wěn)基層平均厚度為205 mm，代表厚度為187 mm；代表值略小于設(shè)計(jì)厚度。左、右幅水泥混凝土面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分別為4.51 MPa和4.74 MPa；水穩(wěn)基層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度左、右幅分別為22.4 MPa和23.1 MPa，基層強(qiáng)度高，達(dá)到C20混凝土的強(qiáng)度。

3 原有路基路面處治

3.1 路基處治

本項(xiàng)目為路面改建工程，原路路基整體強(qiáng)度較好，邊坡穩(wěn)定，防護(hù)結(jié)構(gòu)物處于穩(wěn)定或基本穩(wěn)定狀態(tài)，排水系統(tǒng)完善。因此，本次改造未涉及路基挖填問(wèn)題，并充分利用原路邊坡、防護(hù)構(gòu)造物及排水系統(tǒng)。對(duì)路基強(qiáng)度不足的路段采用注漿進(jìn)行路床補(bǔ)強(qiáng)，此方法可以確保施工期間不中斷交通，無(wú)需大范圍破壞路面板等優(yōu)勢(shì)。

3.2 原路面綜合處治

通過(guò)對(duì)水泥混凝土路面路用狀況調(diào)查以及病害分類(lèi)和原因分析，采用維修原有水泥混凝土面板并充分利用其大承載力的特點(diǎn)，為水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土提供良好的基面，確保加鋪結(jié)構(gòu)層達(dá)到預(yù)期的路用性能和耐久性。針對(duì)不同病害類(lèi)型采用不同的處治措施，具體如下：

1)對(duì)破碎板、含有“中”及“重”程度裂縫的板塊等板塊進(jìn)行換板處理，換板時(shí)采用C40混凝土澆筑面板(彎拉強(qiáng)度不低于5 MPa)。

2)對(duì)板角、板邊維修時(shí)，原有鋼筋不切斷。

3)對(duì)于寬度大于3 mm的裂縫，采用換板處理；對(duì)于輕微裂縫，清縫后采用環(huán)氧樹(shù)脂灌縫。

4)對(duì)于接縫填縫料缺失或老化的，重新灌縫。

5)對(duì)于存在脫空、接縫傳荷能力不足的完好混凝土面板，采用板底壓漿的方法。

4 路面改造設(shè)計(jì)

結(jié)合本項(xiàng)目的特點(diǎn)及區(qū)內(nèi)外改造項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在徹底處治原路面病害、盡量利用原路面剩余強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)圍繞防止反射裂縫、瀝青面層結(jié)構(gòu)性能方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.1 防反射裂縫方案

由于舊水泥混凝土板與新瀝青加鋪層之間緊密連接，接縫處混凝土板的任何位移都能夠在瀝青加鋪層中產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)這些應(yīng)力反復(fù)作用超過(guò)疲勞抗拉強(qiáng)度時(shí)會(huì)拉斷加鋪層，產(chǎn)生反射裂縫，因此延緩反射裂縫出現(xiàn)的時(shí)間是本次方案的重點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用2 cm厚AC-10攤鋪式應(yīng)力吸收層的方案。

4.2 瀝青表層方案

4.3 路面加鋪結(jié)構(gòu)

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)及舊路狀況檢測(cè)結(jié)果結(jié)合上述分析，路面加鋪采用方案如表5所示。

表5 路面加鋪結(jié)構(gòu)表

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)原有公路路面進(jìn)行改建設(shè)計(jì)，可充分合理利用原有路基路面，以此做到節(jié)約社會(huì)資源，減少對(duì)現(xiàn)有交通的干擾等。在對(duì)舊路面進(jìn)行加鋪時(shí)，按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)并有針對(duì)性的進(jìn)行加鋪層設(shè)計(jì)，以取得更好的應(yīng)用效果。