半柔性路面在重載交通平交口路面處治中的應用與實踐

于宏明 楊清塵

1.重慶交通大學工程設計研究院有限公司 重慶 400074;2.重慶交通大學 重慶 400074

1 前言

本文針對近年來在國、省道公路路面大修中普遍采用的“白改黑”路面結構在重載交通下燈控平交口存在的車轍、坑槽等典型頑固路面病害,結合工程實例,探討一種用半柔性路面技術解決的新思路。

2 國、省道“白改黑”路面大修后典型病害的情況

廣東省湛江市境內的國道228線和國道207線,是連接湛江市區、吳川、遂溪、廉江、雷州、徐聞的區域干線交通通道,同時也是廣東省通往廣西壯族自治區、海南省重要的陸路客、貨運通道,經過近15年左右的國道路面大修,基本上完成了“白+黑”的路面改造,極大的提升了公路的服務水平。湛江市國道228線和國道207線地處高溫、多雨的華南Ⅳ7區劃范圍,具有過境交通量大、重載車輛比例高的特點,經實地跟蹤調研,大修通車后在車輛反復起、停的燈控平面交叉路段均不同程度的出現了車轍、坑槽等典型頑固性病害(病害照片詳見圖1至圖4)。

圖1 G228線與市區瑞云北路平交口(車轍及連續坑槽)

圖2 G228線吳川中心市場平交口(車轍及連續坑槽)

圖3 G228線與G207線遂溪縣城平交口(車轍及連續坑槽)

圖4 G207線遂溪孔子文化城平交口(車轍及連續坑槽)

項目組在收集了上述公路的養護歷史及原始設計資料的基礎上,初步分析了病害產生的主要原因:

(1)湛江市地處華南Ⅳ7區劃,高溫、多雨天氣占全年過半的時間,因此,對瀝青砼路面的抗車轍性能要求高。

(2)公路交通量大,重車輛比例高,在“白改黑”大修后“黑”、“白”路面層間黏結強度不足、傳統瀝青混合料加鋪層本身的承載力和耐久性有限。

(3)病害嚴重的路段多數在燈控平面交叉,重型車輛頻繁起、停,且部分車輛存在漏機油等現象,油污污染路面。

鋼管：具有耐高壓、耐振動、單管長度大、運輸安裝方便等優點，但耐腐蝕性差、管壁內外都需要有防腐措施，造價較高。在平原地區基本上不采用鋼管作為農村供水工程的輸配水管網，但在山區以及因地質、地形條件限制或穿越鐵路、河谷和地震區時經常采用。本次調研的西南地區廣西、四川山區農村供水工程，地形高差較大或開挖困難的石山區，普遍采用鋼管作為農村供水工程的輸配水主干管道。

綜上所述,在高溫、多雨和重載條件及各種外部因素綜合作用下,除舊水泥混凝土下面層不堪重載作用出現斷板外,大部分穿越城鎮路段的燈控平面交叉口瀝青砼路面加鋪層出現脫皮、車轍、坑槽或松散等典型頑固病害。由于采用常規的瀝青砼路面病害處置手段修補后效果均不理想,因此,當地公路管養部門跟設計院及高校聯合引進了新型的半柔性路面進行科研性、試驗性處治。

3 半柔性路面國內、外研究概況

3.1 國外研究概況 半柔性路面在國外應用比較廣泛,這種新型的復合路面首次在法國(1954)在飛機跑道上修筑實驗路,稱為“灌水泥漿開級配瀝青混凝土施工法”,專利名為“Salviacim”施工法。在20世紀60年代的英國、俄羅斯;20世紀70年代的德國、美國、荷蘭都進行了較早的應用,尤其是軍用機場方面;20世紀80年代美國(1986)SHRP主要針對路面強度進行了研究,截至2002年,美國有多個州的道路及機場都鋪助這種灌注式水泥砂漿的瀝青混凝土路面,并取得了良好的效果]。另外,這些發達國家提出了半柔性路面的結構設計計算方法,也通過大量試驗證明了這種新型路面有較好的高溫穩定性,可以大幅度提高自身使用的耐久性。

3.2 國內研究概況 我國半柔性路面的研究基本與國外處于同一水平,只是時間稍晚,最近幾年對半柔性路面進行大量的實驗研究與試驗路的鋪筑,并取得了一定的研究結果。最早的研究者主要有林繡賢(1986)、張肖寧(1997)等,根據國內外的經驗,初步得出按集料體積法進行設計,但通常都是用水泥灌注來提高抗壓、抗車轍能力。進入21世紀,潘大林[1](2000)、張益明[2](2002)、霍秩珍[3](2003)、丁慶軍[4](2008)、黃芳[5](2008)、郝攀[6](2008)、徐旺興[7](2009)等先后對半柔性路面的各項指標進行了研究,特別是重慶交通大學凌天清教授在完成國家西部交通建設科技項目《高性能半柔性復合路面與基層的開發應用研究(2006 318 814 78)》的基礎上,于2009年編制出版了《半柔性路面應用技術指南》,制定出了保水半柔性路面灌注膠漿、基體瀝青混合料和半柔性路面的技術要求,以及半柔性路面施工工藝和質量控制方法,并進行了一系列的實際應用,取得了良好的社會、經濟效益。

4 半柔性路面在重載交通燈控平面交叉的處治應用的可行性分析

半柔性路面是指在開級配的大空隙(空隙率達20%以上)基體瀝青混合料中,灌入以水泥為主要成分的特殊漿體而復合形成的一種路面,具有高于水泥混凝土路面的柔性和高于瀝青混凝土路面的剛性,故將其稱為半柔性路面。半柔性路面在材料強度機理方面具有其特有的長處。與普通瀝青混凝土路面不同,半柔性路面屬于密實—骨架嵌擠型結構。填充其空隙的水泥混合膠漿膠結后形成的強度和密實性與瀝青混合料骨架結構共同抵抗汽車荷載的作用和防水,高溫穩定性能大大優于普通瀝青混凝土路面。結合湛江地區地材情況,經項目組多次室內試驗配置,最終確定的半柔性路面混合料的配合比,其性能指標較常規瀝青砼路面有很大的提升,特別是在抗車轍性能指標方面性能優越。

綜上所述,半柔性路面兼具瀝青砼路面和水泥砼路面的優點在承載能力、抗磨耗性能以及耐久性方面優勢突出,可適用于公路重載交通和公路穿城鎮段燈控平面交叉等典型病害的處治方案。

5 半柔性路面在湛江地區的設計應用情況

結合國道228線與國道207線遂溪縣城平面交叉(簡稱“化州路口”)的路面病害處治工程實例,簡要介紹一下半柔性路面在湛江地區的設計應用情況。

5.1 舊路路面結構及病害概況 化州路口為兩條國道在遂溪縣城的燈控平面交叉,十三五初期公路部門對本路口進行了“白改黑”的路面大修改造,路面結構形式如下:瀝青砼上面層:4cm厚AC-13C細粒式改性瀝青混凝土+瀝青砼下面層:5cm厚AC-16C中粒式瀝青混凝土+病害處治后舊水泥砼路面結構作為基層。

近年來隨著近年來交通量的迅速增加,化州路口瀝青砼加鋪層路面不斷出現裂縫、坑槽、車轍等頑固性病害(現場照片見圖3)。雖養護部門局部路段進行了相應的常規病害處治,但整體效果不理想,根據《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210-2018)、《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50-2017),對本項目路面技術狀況進行了評定:路面損壞狀況指數(PCI)為48.9%,破損狀況等級為差。

5.2 路面改造設計

(1)路面改造工程的技術標準。項目的公路等級、設計速度及車道數均采用現狀道路標準,路面工程按一級公路標準進行改造,主要技術指標如下:

1)自然區劃:Ⅳ7區。

2)路面類型:瀝青混凝土路面。

3)設計使用年限:一級公路瀝青混凝土路面15年。

4)標準軸載:BZZ-100。

(2)現狀路面病害處置方案的比較。化州路口為燈控渠化平面交叉,在湛江地區多雨、高溫和重載條件綜合作用下,平面交叉口停車線以內的現狀瀝青砼路面均出現了不同程度的高溫車轍變形和松散水損壞等典型頑固病害,因此本次路面病害處置設計的方案需著重考慮路面的瀝青路面高溫車轍和水損害病害處置效果。根據國內瀝青砼路面病害處治的經驗,結合項目的情況,項目組提出了3個方案進行比較,具體如下:

化州路口“白改黑”路面病害處置方案綜合比較一覽表

考慮到化州路口現狀路面病害較為嚴重,經綜合比較推薦采用方案一的半柔性路面方案進行處治。

(3)半柔性路面的主要技術指標要求

1)基體瀝青混合料技術指標。對于瀝青路面各瀝青結構層,除要求其使用的瀝青、礦料等原材料應滿足規定的要求外,必須根據設計要求的技術指標,遵循《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)中關于熱拌混合料配合比設計的目標配合比、生產配合比及試拌鋪驗證的三個階段,確定礦料級配和最佳瀝青用量,提供滿足設計參數要求的瀝青混合料。基體瀝青混合料,在擊實溫度140～145℃條件下,馬歇爾擊實試驗均為兩面各擊實50次。馬歇爾試驗配合比設計技術要求見下表。

基體瀝青混凝土馬歇爾試驗配合比設計技術要求

2)灌注水泥基砂漿后,半柔性路面的技術標準值詳見下表。

半柔性路面必須在《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)規定條件下進行車轍試驗、浸水馬歇爾試驗,必須達到下表要求:

半柔性路面穩定性要求

半柔性路面的技術標準值

注:①路表面抗滑性能大于60 BPN,滲水系數小于等于60(ml/min)。(4)化州路口半柔性路面交工檢測的主要技術指標一覽。半柔性路面在《公路工程質量檢驗評定標準》(JTG F80/1-2017)規定條件下進行交工驗收,所測項目均滿足規范與設計要求。

半柔性路面交工檢測技術

6 半柔性路面在湛江地區的應用效果跟蹤

2019年4月至今,湛江市境內先后完成了10多個燈控國道平面交叉口的半柔性路面處治工程,經項目組實地調研,處治效果跟蹤情況如下:

(1)湛江市區國道G228線與北橋路、瑞云北路平交口,施工完畢通車至今約6個月,半柔性路面整體效果較好,至今無車轍、推移、坑槽等典型病害出現。

(2)國道228線(207線)遂溪縣城松茂賓館平交口、化州路口平交口(施工前后現場照片對比圖,詳見圖5至6)、檢察院平交口及孔子文化城平交口,施工完畢,通車至今約1年半,半柔性路面整體效果較好,至今無車轍、推移、坑槽等典型病害出現,僅個別位置出現反射裂縫。

圖5 化州路口現場照片(施工前)

圖6 化州路口現場照片(施工后1年)

(3)國道G228線吳川市區吳陽路、中心市場平交口,施工完畢,通車至約10個月,半柔性路面整體效果較好,至今無車轍、推移、坑槽等典型病害出現。

7 結語

本文結合湛江地區國道“白改黑”路段平交口路面典型頑固性病害處治的工程實例,探討了半柔性路面在在重載交通燈控平面交叉的路面處治應用與實踐,提出了一種區別于傳統方案的解決思路,希望能起到拋磚引玉的作用,為公路路面養護技術的進步貢獻微薄的力量。