基于彎沉指標的改建道路結構層處置技術研究

陳 超，王惠朝，周建杰，唐淼磊，白國華

中建三局西部投資建設有限公司，四川 成都 610000

隨著城市化進程的不斷加快、交通量的不斷增加，瀝青混凝土路面坑槽、擁包、車轍、龜裂等病害頻發(fā)，既影響行車舒適性，又易造成局部行車擁堵，影響道路通行效率，對既有道路進行改擴建迫在眉睫。某在建項目為成都市“三縱六橫”快速路網(wǎng)體系和“五環(huán)二十五射”高快路網(wǎng)中的重要組成部分，是構建全市快速路網(wǎng)體系的主骨架之一，不僅對構建“一城多市”網(wǎng)絡城市群和成都平原“1+7”大都市區(qū)起到支撐帶動作用，還為成都建設成國家中心城市提供了必要的交通支撐。文章以該工程為例，對改建道路的相關技術措施進行分析。

1 工程概況

該項目道路全長約12.25km。道路標準橫斷面寬60m，配套市政管線，主線設計速度為80km/h，輔道設計速度為40km/h。該項目是對原道路進行改造，包括軟基處理、市政管線遷改、道路平面交叉節(jié)點改造、路基路面改造、橋梁拆除重建、改河改渠等工程。

2 彎沉指標的確定

作為瀝青路面的重要設計指標之一，彎沉值是其承載能力狀態(tài)的重要體現(xiàn)[1]。對于改建道路而言，在公路改造前，對原有公路進行彎沉測量可以了解原有公路的路況，還可以將其作為設計的指導資料。公路修建中或竣工后，可以通過彎沉檢測檢驗路面施工是否達到設計強度，故彎沉作為質(zhì)量評價指標在改建道路工程中的應用十分廣泛。

2.1 原道路彎沉值檢測

通過對既有道路進行原始設計圖紙調(diào)查，可知該道路主線現(xiàn)有路面結構形式為6cm厚的橡膠瀝青混凝土罩層、24cm厚的C30水泥混凝土上基層、25cm厚的C15水泥混凝土下基層、40cm厚的連槽石墊層。通過對現(xiàn)狀路面進行檢測發(fā)現(xiàn)，K0+000～K11+780段瀝青混凝土路面破損嚴重，該段按每1km上下行方向破損狀況評定均為“差”。K11+780～K12+250上行破損狀況評定為“良”，下行方向破損狀況評定為“優(yōu)”。從彎沉評定結果來看，K0+000～K11+813每條車道的彎沉代表值均較大，考慮到瀝青面層之下是水泥混凝土剛性基層，彎沉值理應比較小，說明此類路段的混凝土面板及面板以下的結構遭到了程度較深的破壞，亟須修復。

2.2 新建道路彎沉值

根據(jù)設計資料，主道優(yōu)化方案為全線刨除既有瀝青面層，挖除現(xiàn)狀水泥混凝土路面至路面下82cm，重新新建瀝青路面結構。瀝青路面結構為4cm厚的瀝青上面層、6cm厚的瀝青中面層、6cm厚的瀝青下面層、1cm厚的封層、25cm厚的水泥穩(wěn)定碎石上基層、25cm厚的水泥穩(wěn)定碎石下基層、15～25cm厚的級配碎石墊層。

根據(jù)檢測資料及設計資料，結合該項目特重交通與重交通的交通量狀態(tài)，采用平衡濕度狀態(tài)下，并考慮干濕與凍融循環(huán)作用后的路基頂面回彈模量值，主線采用平衡濕度狀態(tài)下路基頂面回彈模量不小于50MPa。根據(jù)式（1），確定路基頂面彎沉值為290（0.01mm）。

式中：lg為路基頂面驗收彎沉值，0.01mm；p為落錘式彎沉儀承載板施加荷載，MPa；r為落錘式彎沉儀承載板半徑，mm；E0為平衡濕度狀態(tài)下路基頂面回彈模量，MPa。

根據(jù)式（2）及新建路面結構層設計資料，得到級配碎石墊層驗收彎沉值為245.6（0.01mm）。

3 影響彎沉指標的關鍵因素

在項目施工過程中，為保證施工質(zhì)量，項目部制訂了專項質(zhì)檢方案，在各結構層施工結束、養(yǎng)護完成后，對其進行彎沉檢測，滿足驗收標準后，進行下一結構層施工。各工段在實測實量中發(fā)現(xiàn)，按照設計要求攤鋪、碾壓的15cm級配碎石墊層，其檢測彎沉值較驗收標準有較大的出入，70%的檢測數(shù)據(jù)超過290，甚至有部分數(shù)據(jù)達到400以上。在采取提高壓路機輪重、增加碾壓次數(shù)等措施后，實測彎沉值仍高于驗收標準，嚴重影響了工程進度。針對這一現(xiàn)狀，項目部聯(lián)合設計單位對相關原因進行了梳理。

3.1 級配碎石材料影響

道路改建項目，特別是水泥混凝土路面改建工程中，常產(chǎn)生大量廢棄混凝土，為減少環(huán)境污染、對廢棄建筑材料進行循環(huán)利用，通常可將廢棄混凝土進行破碎、篩分，制成再生集料，用于道路墊層或基層[2]。該項目部分級配碎石屬再生料，雖滿足液限、塑性指數(shù)、壓碎值、粒徑等要求，但在實際應用中存在彎沉值偏高的可能。

3.2 地下管線影響

該項目地下管線復雜，包含雨水管道、自來水管道、燃氣管道、電力管道、國防光纜、通信管道等，部分管線遷改后仍位于主道內(nèi)，且對遷改后的管線未采取相關保護措施，直接進行填筑壓實，導致該部分路基承載力較差，回彈模量較高，間接影響級配碎石層的壓實效果。

3.3 路基填料影響

地勘資料的偏差與施工精度的控制均易造成換填深度不足，繼而影響路基承載力，導致級配碎石層在碾壓時無法完整傳遞壓路機荷載，進而導致欠壓[3]。再次對相關路段進行地質(zhì)勘查，發(fā)現(xiàn)部分路段軟弱地基范圍與原地勘資料相比存在較大出入，根據(jù)原地勘資料而確定的換填深度不足，需再次進行軟基處理。根據(jù)最新地勘資料出具的設計文件，換填深度為1～3m，填料應為砂礫石。

4 相關處置技術及效果

根據(jù)上述影響彎沉指標的關鍵因素，項目部采取了具有針對性的技術措施與方法來改善級配碎石墊層的性能，使其彎沉檢測滿足設計要求。具體措施主要包括路基補充換填、地下管線保護、更換級配碎石材料等。

4.1 軟弱路基段補充換填

對全線軟基路段進行摸排，增加未達到換填深度路段的換填量，并對換填材料進行檢測，及時更換不滿足承載力要求的填料，確保軟基換填段路基承載力滿足要求，并且可以傳遞墊層碾壓荷載。

4.2 地下管線保護

由于遷改后的地下管線直接埋于路基中，易導致路基局部欠壓，難以密實，特別是在對級配碎石墊層的碾壓過程中，難以完整傳遞壓路機施加的荷載，影響壓實效果。為排除地下管線導致的部分路基壓實不足的影響，對全線主道內(nèi)管線實施水泥混凝土保護，即在管線外緣沿線支立模板，保護層寬1.5m、高15cm，呈帶狀分布，確保覆蓋所有管線，模板完成后澆筑C25混凝土，待保護層終凝并達到規(guī)定強度后，進行路基土回填并壓實。

4.3 更換級配碎石材料

為排除再生料對級配碎石墊層性能的影響，更換全線級配碎石材料，采用天然級配碎石材料，最大粒徑不超過37.5mm，液限小于28%，塑性指數(shù)小于6，壓碎值不大于30%，配合比滿足設計要求，同時在材料進場前，對其進行質(zhì)量檢測。同時，在施工過程中嚴格把控施工質(zhì)量，受場地限制，攤鋪采用平地機施工，施工時應盡可能減少混合料的離析，攤鋪時應指派專人對已發(fā)生離析的部分及時更換新的混合料以消除離析現(xiàn)象，碾壓則使用12t以上的三輪壓路機，確保壓實效果。

4.4 處理結果分析

通過上述處理方法對相應結構層進行處理后，再次進行級配碎石墊層施工并檢測彎沉值，檢測結果如表1所示。由表1可知，路段彎沉相比之前有了明顯改善，檢測點位均滿足設計要求，說明上述處理措施發(fā)揮了良好的效果。

表1 貝克曼梁測定路基路面回彈彎沉試驗檢查記錄表

5 結束語

城市道路改擴建是推動城市化發(fā)展的必經(jīng)之路，在工程施工過程中，市政管線、原始路基結構、建造材料等均會對工程質(zhì)量與進度造成影響。通過改善級配碎石配合比，對地下管線施加保護層并對路基填料進行改良，可以有效提高級配碎石墊層性能，使彎沉等檢測指標滿足設計要求。