高速公路改擴建工程路面結構方案研究

柴士超

(河北銳馳交通工程咨詢有限公司 石家莊市 050021)

1 項目概況

G1811黃石高速公路位于河北省中部,走向為東西向,承擔著西煤東運的重要任務,建設標準為預留雙向六車道(前期實施四車道路面)路基,即原建設期按雙向六車道高速公路標準設計,實際施工時,路面工程按四車道實施,中央分隔帶處預留兩行車道寬度,路基、橋涵、互通立交及其他沿線設施均按六車道標準設計、預留。

本項目為G1811黃石高速(辛集至藁城路段)四改六擴建工程,即原預留兩車道的后期完善工程。統籌考慮原路面預留車道路面結構硬化、現狀運營車道的路面養護,根據車道內橫向輪跡分布規律,縱向接縫避開輪跡帶的原則,制定路面拼接方案,統籌舊路養護需求,確定整體路面改擴建方案。

2 工程現狀

2.1 路基現狀

本項目建設期按雙向六車道高速公路標準設計,施工階段路面工程按雙向四車道實施,中央分隔帶預留兩個標準行車道。路基寬33.5 m,行車道寬4×3.75 m,硬路肩寬2×2.5 m,土路肩寬2×0.75 m,中間帶寬12.0 m,路基標準橫斷面如圖1所示。

圖1 路基標準橫斷面(單位:cm)

2.2 路面現狀

建設期路面結構如表1所示。

表1 建設期路面結構形式

2.3 養護歷史

2005年路面養護專項對路面病害位置局部挖補治理后,整體面層采用4 cm AC-13 C瀝青混凝土罩面;2009年養護過程中,對黃驊方向路面銑刨兩行車道4 cm表面層,整斷面加鋪2 cm AC-10 C+4 cm AC-13 C改性瀝青混凝土;2010年對石家莊方向兩行車道銑刨并重鋪4 cm AC-13 C改性瀝青混凝土面層。兩次養護改造后,黃石高速(辛集至藁城段)現有路面結構如表2所示。

表2 現有路面結構形式

通過現場實際調查發現,項目路段運營至2017年本項目啟動前,路面有不同程度的病害,黃驊方向路面病害主要表現為路面縱縫、橫縫,部分路段存在集料散失,瀝青老化嚴重等現象,個別路段存在唧漿。石家莊方向路面病害主要表現為路面縱縫、網裂、橫縫、瀝青嚴重老化[1-2]等,部分路段橫縫密集,間距約5～10 m,并伴有支縫和沉陷。

3 路面設計方案

3.1 設計原則

本項目路面設計以詳細的舊路面調查和客觀評價為基礎,根據舊路狀況、施工難易程度等綜合確定拓寬方式、拓寬結構組合形式和新舊路面結構搭接方案等內容。

依據高速公路路面現狀技術檢測數據(SRI、PCI、RDI、PSSI、 RQI)及現場路面性狀,確定對現狀高速公路路面養護設計方案。

根據上述分析，進而探討辛鎮地區沙四段高壓鹽水層的形成過程。辛鎮地區所處的構造位置決定了該區沙四下亞段、孔店組大面積發育鹽膏層，使得該地區的地層水礦化度明顯高于南部地區。在沙四段異常壓力和深大斷裂的作用下，高礦化度地層水可沿深大斷裂向上部地層滲透。到沙四上亞段沉積早期，辛鎮地區在深湖-半深湖相背景下發育湖底扇、深水濁積扇和滑塌濁積巖沉積，這類儲層包裹于生油巖之中，砂體和烴源巖呈全方位的接觸。此時，儲集性能良好的砂體同樣對高礦化度地層水起到輸導作用，同時配合斷層的橋梁作用，使高礦化度地層水可優先進入儲層。

以互通區間為檢測基本單元,分析各路段路面使用性能檢測指標如表3、表4所示。

表3 石家莊方向路面使用性能指標表

表4 黃驊港方向路面使用性能指標表

本項目高速公路雙向路面抗滑指數SRI、破損指數PCI均低于養護標準值。可見,有必要對本項目范圍內原路面進行養護改造。結合本次預留車道硬化工程,對原路面進行必要的維護保養是科學合理的。

3.2 路面結構方案

結合黃石高速公路(辛集至石家莊路段)路面養護維修歷史以及四改六路面拓寬方案,提出預留車道硬化與原路面統籌結合方案[3-6]:

(1)方案一

石家莊方向:硬化預留車道,結構為4cmSMA-13+8cmAC-20C+11cmATB-25+18cm水穩碎石+19cm水穩碎石+20cm水穩碎石,原路面進行4cmSMA-13罩面。

黃驊港方向:硬化預留車道,結構為4cmSMA-13+8cmAC-20C+11cmATB-25+20cm水穩碎石+20cm水穩碎石+20cm水穩碎石,銑刨2cmAC-10磨耗層并采用4cmSMA-13罩面。

(2)方案二

石家莊方向:硬化預留車道,結構為4cmAC-13C+8cmAC-20C+11cmATB-25+18cm水穩碎石+19cm水穩碎石+20cm水穩碎石,原路面進行4cmAC-13C罩面。

黃驊港方向:硬化預留車道,結構為4cmAC-13C+8cmAC-20C+11cmATB-25+20cm水穩碎石+20cm水穩碎石+20cm水穩碎石,銑刨2cmAC-10磨耗層并采用4cmAC-13C罩面。

雖然SMA瀝青瑪蹄脂碎石材料造價高,施工工藝要求高,但其具有良好的高溫穩定性、抗滑性能;同時,水泥穩定碎石基層承載力較高且強度上升快,并且ATB瀝青穩定碎石可以有效防止反射裂縫發生、發展。從經濟角度來講,AC普通瀝青混凝土表面層造價相對較低,但抗車轍及抗滑性能較差。

綜合各方面因素,結合方案一、方案二的優缺點對比分析,最終推薦采用方案一作為本工程路面工程技術方案。

4 路面搭接處理

處理好現狀路面結構與既有路面結構的銜接是本工程預留車道拓寬工作的關鍵。為保障搭接位置銜接順暢,避免新舊路面結構層產生裂縫,路面搭接采用逐層開挖臺階的方式[7],對于不同的搭接位置,采用不同的搭接方案,具體情況如下:

(1)中央分隔帶的搭接處理

中央分隔帶設預制混凝土路緣石,下面層底部與路緣石底部平齊,上、下基層與底基層之間開設臺階,如圖2所示。

圖2 中央分隔帶處搭接示意圖(單位:cm)

(2)新舊路面搭接處理

a.橫向搭接處理:每幅預留車道硬化處理寬度為4.5 m,即3.75 m預留行車道+0.75 m左側路緣帶。由于路面整體方案為預留車道硬化統籌舊路面養護需求,以縱向接縫避開輪跡帶為原則,根據施工攤鋪寬度,合理調整4 cm SMA-13表面層縱向接縫。其余各層橫向搭接寬度均為20 cm。為抑制基層反射裂縫進一步發展,在ATB層頂面以及新舊基層拼接處鋪設聚酯玻纖布,如圖3所示。

圖3 路面橫向搭接示意圖(單位:cm)

b.縱向搭接處理:每層臺階開挖寬度為120 cm,為了防止縱向施工縫對路面結構銜接造成不利影響,在12 cm ATB-25和8 cm AC-20瀝青混凝土之間沿縱向施工縫鋪設聚酯玻纖布,如圖4所示。

5 結論

文章依托黃石高速公路(辛集至藁城段)改擴建項目,以兼顧拼寬路面結構與舊路養護需求方案的協調為原則,根據內側加寬的特點,以避開輪跡帶為拼接原則,確定了小臺階路面拼接方案,并且取得了較好的實施成效,給同類項目提供了可借鑒的方案。