高速公路“白加黑”路面改造工程項目舊路處治方案比選研究

胡 迪

(廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

改革開放以來，隨著我國經濟、社會的發展，高速公路建設事業也得到空前的發展。由于水泥混凝土路面具有使用壽命長、工程造價低等優點，我國高速公路較多使用水泥混凝土作為路面材料。但隨著水泥混凝土路面病害多、養護成本高、行車舒適性差、噪聲大等問題的突顯，以及部分水泥混凝土路面使用壽命到期，我國越來越多的高速公路水泥混凝土路面通過加鋪瀝青面層的方式對路面進行升級改造，以提高路面的使用性能，延長路面的使用壽命。當前，常用的高速公路“白加黑”路面改造工程舊路處治方案有兩種：(1)對舊路病害進行修復[1-2]，包括更換水泥混凝土破碎板、板底灌漿[3]、更換舊水泥混凝土路面縮縫料、修補路面裂縫[4]、錯臺處治等；(2)將舊路水泥混凝土面板碎石化[5-11]，在新舊面層之間增設其他結構層(如基層、底基層、封層等)。本文主要從工程造價、工期、安全、環境保護、適用范圍、工程質量等方面對高速公路“白加黑”路面改造工程舊路處治的兩種方案進行對比分析，為類似工程項目舊路處治方案的比選提供參考。

1 方案對比分析

1.1 造價對比分析

根據“有無對比”分析方法，由于兩個方案均可做出同樣的選擇，故相同部分可不進行探討，僅對造價差異部分(新面層結構層、舊橋涵加固、交安設施等)進行探討。設舊路改造總面積為S，單塊水泥混凝土面板長l，板寬b，半幅寬度范圍內水泥混凝土面板數為n。

方案一：設方案差異部分造價為T1；舊路更換破碎板綜合單價為p1(元/m2)；面板破碎率為ω1；板底灌漿綜合單價為p2(元/m2)；板底脫空率為ω2；更換舊水泥混凝土路面縮縫料綜合單價為p3(元/m)；長度為ξ。因路面裂縫、錯臺等病害大部分已通過換板、板底灌漿等方式進行消除，純路面裂縫、錯臺等病害修復費用占比低，相比整個舊路處治費用，該部分費用可忽略不計；則有：

T1=p1·S·ω1+p2·S·ω2+p3·ξ

(1)

(2)

并有以下約束條件：

將式(2)代入式(1)，故有：

(3)

方案二：設方案差異部分造價為T2；舊路水泥混凝土板破碎綜合單價為p4(元/m2)；新增結構層綜合單價為p5(元/m2)。則有：

T2=p4·S+p5·S

(4)

或T2=p4+p5·S

(5)

舊路處治方案的造價對比分析，即比較T1、T2的大小，根據盈虧平衡分析，如果T1>T2，則說明方案一造價高于方案二，應選方案二；如果T1

(6)

由于一個項目確定以后，各數值均可確定，板底脫空率ω2在全路段，較路面板破碎率ω1的離散率低，且p1遠大于p2，故可將ω2當作常數處理，經計算：

(7)

當板底脫空率ω2離散性較大時，臨界值的選取也可以由ω1、ω2兩個變量共同決定：

(8)

根據式(7)、式(8)，可算出ω1、ω2的臨界值，將項目ω1、ω2的實際值與臨界值進行比較，如果實際值低于臨界值，選擇方案一更為經濟，反之選擇方案二。高速公路運營期為確保高速公路技術標準要求，亦會投入養護經費及時修復各類路面病害，當實施“白加黑”路面改造工程項目時，大多情況下ω1、ω2位于臨界值以下，一般只有局部路段ω1、ω2位于臨界值以上，故多數情況下，選擇方案一更為經濟。

1.2 工期對比分析

高速公路“白加黑”路面改造工程項目，大多采用占道施工或半幅施工的方式，邊通車、邊施工。方案一涉及更換破碎板、板底灌漿、更換縮縫填縫料等施工工藝，破碎板、脫空板隨機分布，新澆混凝土養生時間長，交叉施工干擾大，板底灌漿彎沉檢測次數多，且在質量不合格的情況下須復灌、復測，工期較長，影響較大。采用方案二路面碎石化效率高，在路面半幅碎石化后加鋪新增結構層即可，無交叉施工干擾，工期相對較短。

1.3 質量對比分析

方案一對不同舊路病害采用不同的處治方式，有更換破碎板、板底灌漿、完整舊板等，各類舊路病害修復方式隨機分散，離散性大，不利于項目整體質量目標控制，運營期容易出現反射裂縫等病害。而方案二采用機械化、集成化施工，處治路段均采用同樣的處治方式，有利于施工過程的質量控制。

1.4 安全對比分析

方案一施工工期長，交叉施工干擾大，占道施工更換破碎板、板底灌漿等對行車安全造成影響，安全風險相對較大。方案二主要采用機械化施工，多為半幅施工，同一時期施工內容相對單一，安全風險相對較小。

1.5 適用范圍對比分析

方案一適用范圍廣，對道路凈空影響小，幾乎可適用所有路段舊路處治。方案二除增加瀝青面層外，新舊路面面層之間需新增其他結構層，故在部分上跨天橋、隧道等凈空受限的路段不能采用；且由于碎石化沖擊力較大，對橋梁結構造成影響，故所有橋梁路段不宜使用。

1.6 環境保護、資源消耗對比分析

方案一需更換破碎板、伸縮縫料等，會產生一定的建筑垃圾，在破碎板清除過程中會有一定的噪聲和揚塵，資源消耗材料主要為水泥混凝土、水泥漿、填縫料等，消耗量相對較少。而方案二產生的建筑垃圾較少，在舊面板碎石化過程中會有較大的噪聲和揚塵污染，而且需在碎石化路段全路面加鋪新的結構層，故資源消耗量較大。

2 工程實例

2.1 工程背景

G72桂柳高速公路于1997年建成通車，路面結構為水泥混凝土路面，是廣西境內第一條高速公路，2015年年底開始對其進行“白加黑”路面工程改造。該路面改造工程于2018-01-12通過交工驗收，2022-01-12通過竣工驗收。經過4年的通車檢驗，路面技術狀況指標始終保持在較高水平。

2.2 案例分析

G72桂柳高速公路“白加黑”路面改造工程項目，經公開招標正式實施，中標單價為：p1=228.93元/m2，p2=33.4元/m2，p3=6.34元/m，p4=38.87元/m2，p5=62.71元/m2(碎石化路面與瀝青面層之間設30 cm水泥穩定碎石基層+1 cm瀝青碎石封層，綜合單價分別為56.1元/m2、6.61元/m2)，n=3，b=4.25 m，l取均值4.5 m，經彎沉抽樣檢測，全路段ω2離散率較小，其值約為0.6，代入式(7)：

經計算，ω1臨界值為0.346。如果僅從項目造價考慮，當路面板破碎率<0.346時，考慮方案一較為經濟，反之方案二較為經濟。

為驗證碎石化舊路處治方案的工程效果，為類似路面改造工程項目提供參考，桂柳高速公路“白加黑”路面改造工程項目試驗性地選擇了K1147+000～K1149+411、K1189+450～K1192+628兩段路面板破碎率約為30%的路段進行方案二改造。此兩段局部路段舊路處治比采用方案一的路段分別節省工期15 d、20 d，而且在運營期，方案二路段路面病害少，而方案一局部路段出現了明顯的縱、橫向反射裂縫。

3 結語

(1)通過“有無對比”分析方法，分解高速公路“白加黑”路面改造工程中兩種舊路處治方案差異部分的成本費用構成，利用盈虧平衡分析法從工程造價方面對方案進行比選，為舊路處治方案的造價對比分析提供參考。

(2)深入分析高速公路“白加黑”路面改造工程項目舊路處治兩種方案在工期、安全管理、環境保護、工程質量等方面的優劣，并以實際工程案例為背景進行分析，為類似工程項目方案的選擇提供參考。

(3)舊路路面病害修復方案在節省建設成本、節約資源、適用范圍廣等方面，具有一定優勢；而路面碎石化方案在工程質量、工期、安全、集約化生產等方面也具有明顯優勢。兩種方案各有其優劣和適用條件，在方案比選時，應根據各項目的綜合因素、價值取向等確定方案。對于一個完整的高速公路“白加黑”路面改造工程項目，也可根據水泥混凝土板脫空率、破碎率的臨界值或其他因素將全路段劃分成若干路段單元，不同路段單元可以根據實際情況選擇不同的舊路處治方案。