論在設計階段提高瀝青路面工程質量的管理

徐曉東

(安徽省交通規(guī)劃設計研究院,安徽合肥 230041)

論在設計階段提高瀝青路面工程質量的管理

徐曉東

(安徽省交通規(guī)劃設計研究院,安徽合肥 230041)

為提高高速公路瀝青路面的工程質量,延長新建高速公路路面使用壽命,從設計角度出發(fā),在彎沉、結構設計、防排水三個方面提出一些看法,為路面設計提供一點參考。

道路工程;路面設計;彎沉;結構設計;防排水

0 引言

如何保證瀝青路面工程質量,提高高速公路的使用壽命,減少瀝青路面早期破壞,成為項目質量管理的一個難點。提高路面工程的工程質量,可從多個方面著手,比如路面設計階段、投標過程中強制性要求,項目實施過程中的合同管理,工程技術管理方面等等。筆者結合長年路面工程施工經(jīng)驗,從路面設計角度,談談自己的看法。

1 國內現(xiàn)狀

由于施工、氣候、超載等多方面因素影響,很多新建高速公路瀝青路面不同程度地存在多種早期病害[1],主要有車轍、開裂、水損害、瀝青路面的表面功能衰減等,它們嚴重影響高速公路使用的舒適性和安全性。很多高速公路都很難滿足設計15年的使用壽命。在高速公路運營管養(yǎng)中,進行預防性養(yǎng)護,在很大程度上有效彌補了設計中的缺陷。

2 深化路面設計

以往路面設計理念上主要注重設計年限內設計軸載與實際軸載是否吻合,習慣套用標準結構。很少會關注軸載的輪壓、超載軸載換算、行車車速、施工過程中路面原材料變異性、現(xiàn)有國內的施工技術水平、不同地域的自然環(huán)境差異等因素,致使路面設計文件比較粗糙,設計思路與實際路面成品脫節(jié)。如果路面設計中多考慮一些細節(jié),采用一些先進的設計理念,將非常有利于延長高速公路使用壽命,降低日后高速公路的運營維修養(yǎng)護費用。

2.1 路基設計彎沉及路基彎沉檢測

合格的路基工程是路面工程質量的最基本保障。

2.1.1 路基設計彎沉

在路面結構設計中,我國仍然采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系理論,以設計彎沉值作為路面整體剛度指標,進行路面厚度設計。一般設計思路是:根據(jù)設計年限內設計車道上通過的累計當量軸次,通過計算公式,計算出設計彎沉值[2]。再通過彈性層狀體系理論計算出路面結構類型,通過驗算實際值小于設計值,則滿足要求(彎拉應力及抗凍驗算暫未考慮)。

(1)土基回彈模量:

土基回彈模量是怎樣獲取的呢?根據(jù)查表法(或現(xiàn)有公路調查法)、室內試驗法、換算法等,經(jīng)綜合分析、論證,確定沿線不同路基狀況的路基回彈模量設計值。一般設計過程通常采用室內試驗法。根據(jù)勘察設計取土場現(xiàn)場取樣進行室內試驗,得出土基回彈模量。但實際施工中由于種種原因,路床填土CBR值不一定滿足設計要求(特別是96區(qū)),也就是說即便路基施工填土壓實度能夠滿足施工規(guī)范要求,但填土的回彈模量仍滿足不了設計要求。因此在設計過程中應充分與施工現(xiàn)場實際相結合,提前對填土,特別是96區(qū)填土進行優(yōu)化設計,通常采用土質改良的方法提高路基強度。

(2)三個參數(shù):

另外通過路基設計彎沉計算公式中還有三個參數(shù)值得我們關注:

①p—輪胎接地壓強。隨著高速公路超載情況越來越嚴重,有相關報導顯示,超載后輪胎接地壓強達到 0. 9MPa,超載嚴重的達到了1.1MPa。輪胎氣壓就與設計的初始值嚴重偏離,導致在設計階段對超載情況估計不足,使得路面結構設計顯得單薄。

②δ—當量圓半徑。隨著車輛超載,輪胎與地面接觸面積增大,相應當量圓半徑也會改變,因此該參數(shù)也是一個變量。

③K1—不利季節(jié)影響系數(shù)。由于江西省地處多雨潮濕地區(qū),地下、地表水豐富;同時高速公路是一個帶狀線形分布的產(chǎn)品,不同地域地下水位不盡相同,土基的干濕類型也有差異,因此,設計文件中而應該根據(jù)氣象資料,劃分時間段,根據(jù)交驗路段的干濕狀況,確定不同的路基回彈彎沉值,或者設定好路基交驗時季節(jié)及單位時間內的降雨量說明,明確不利季節(jié)影響系數(shù),寫入設計文件,作為路基交驗的強制性要求。

2.1.2 路基彎沉檢測

路基的交工驗收,按照質量評定標準[3],彎沉的檢測頻率為每一雙車道評定路段(不超過1Km)檢查80～100個點。然而在實際交驗過程中,非常容易出現(xiàn)檢測不全面的現(xiàn)象。由于路基單位在實際施工中難免出現(xiàn)或多或少的土基薄弱點,但在交工驗收中,由于檢測頻率的原因,這些薄弱點非常容易被忽略,就交付給路面施工單位。一旦交付給路面施工單位,由于路面工程大面積的連續(xù)施工的特點,路面施工單位就不會去處理這些薄弱點,為路面工程質量埋下隱患。

合理的解決辦法就是設計文件中明確詳盡的設計彎沉值,同時增加彎沉檢測頻率(建議每一雙車道評定路段不超過1km檢查200個點),確保交工路基的工程質量。

我省某高速公路在項目實施過程中業(yè)主方提高路基設計彎沉標準的做法,施工單位存在極大的意見。因為設計文件中只提供了一個設計彎沉值,單一的提高標準對承包商來說存在不公平,同時由于土質原因,存在根本達不到新要求的可能(由于CBR值的控制)。因此合理的路基彎沉值的確定以及提前的路基優(yōu)化設計顯得尤為重要。

2.2 結構設計

2005年交通部對全國范圍內的高速公路進行路面調查[4],調查結果顯示廣深高速和京津唐高速的使用情況最優(yōu)。從路面結構的角度看,這兩條高速公路都設置了柔性基層。路面結構層設置柔性基層的優(yōu)點與半剛性基層相比[5]。能夠減少反射裂縫以及由此產(chǎn)生的路面早期破壞(如唧漿、龜裂、坑洞等)。

柔性基層有多種形式:熱拌瀝青混凝土(HMA)、瀝青穩(wěn)定碎石(ATB)、瀝青穩(wěn)定碎石(AM)、排水式瀝青碎石基層(ATPB),還有大粒徑透水性瀝青混合料(LSPM)等。我省在全國范圍內算較早大規(guī)模采用柔性基層的省份,合徐高速公路B段基本都設置了柔性基層,結構為ATB結構,屬于連續(xù)密級配瀝青混凝土,這不僅體現(xiàn)出我省對瀝青路面早期破壞的重視,同時也體現(xiàn)出我省公路設計思路的不斷開拓。

LSPM從級配上看主要是由較大粒徑(25mm～62mm)的集料和一定量的細集料組成,形成的混合料是骨架嵌擠型,空隙率一般處于13%～18%之間。LSPM的優(yōu)點主要體現(xiàn)在:①LSPM為單一粒徑骨架嵌擠型混合料,能形成完整的骨架嵌擠,具有良好的高溫穩(wěn)定性。②對于大粒徑透水性瀝青混合料,由于孔隙較大,瀝青用量少,礦料之間的接觸點比普通瀝青混合料少,更應該考慮水穩(wěn)定性。為了更好的保證混合料的水穩(wěn)定性,對于大粒徑透水性瀝青混合料的膠結料宜采用較高粘度的SBS改性瀝青,能夠形成較厚的瀝青膜,可使瀝青膜的厚度＞12μm。當瀝青的膠結能力提高,因為結構透水,使得水穩(wěn)定性好。③LSPM選擇的空隙率為13%～18%,內部具有較多的連通空隙,可以有效的排水和透氣。最大程度減少了傳統(tǒng)半剛性基層的層間水。④柔性基層的共同優(yōu)點,較強的抵抗反射裂縫的能力。

從設計角度而言,柔性基層[6]不論采用AM、ATB還是LSPM等結構,在彎沉設計結構層厚度設計時中采用的彈性模量(通過前期設計,現(xiàn)場取樣試驗后得出)基本相差不大,這也就為設計單位提供了多種結構設計選擇方案,并非只有ATB結構單一的選擇,這也就為設計單位提供了較大的結構設計空間。ATB結構由于為連續(xù)密級配瀝青混合料,且礦料級配跨度大,實際施工過程中非常容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象,雖然規(guī)范規(guī)定設計孔隙率為3%～6%,但施工后的由于離析造成滲水指標很難滿足規(guī)范要求;另外由于是密級配的瀝青混凝土,施工過程中碾壓也是一個難點;從高溫穩(wěn)定性角度來看,柔性基層(采用AM、ATB結構)瀝青混凝土路面的車轍在加載初期有較快的增長,而后基本穩(wěn)定在一個水平,這也就為日后高溫車轍埋下隱患。因此,設計單位可根據(jù)我省氣候條件,因地制宜,加強不同結構設計對比,設計出更加適合我省實際情況的路面結構。

2.3 排水、防水設計

在瀝青路面早期破壞中,水損害占據(jù)了相當大的比例。由于瀝青混凝土施工過程中離析現(xiàn)象不能夠完全避免,因此水損害的發(fā)生就是一種必然。對于公路工程技術人員如何將水損害降到最低點,是值得深思的問題。現(xiàn)在從設計角度談談對瀝青路面排水、防水的看法。

2.3.1 排水設計

設計規(guī)范規(guī)定,路面排水包括路表排水、中央分隔帶排水和路面結構內部排水三種方式。

路表排水主要利用公路自身的橫坡以及部分排水引流設施將路表積水或降水快速排除出路面;中央分隔帶排水則是通過引流集中通過橫向排水管排除出中央分隔帶;路面結構內部排水則是通過透水性基層,通過橫坡將內部可能出現(xiàn)的自由水排出結構層內部。

規(guī)范中說列舉的排水設計主要著重于大流量的自由水。而導致路面早期水損害的主要成因是行車過程中形成的孔隙水壓力對瀝青層混合料的沖刷作用,使得瀝青混凝土粘聚性降低,失去應有的強度,逐步形成坑槽,如養(yǎng)護不及時,水再進一步往下滲透,導致基層、底基層浸水失穩(wěn),產(chǎn)生破壞。尤其在高速公路,行車速度快、超載嚴重的情況下,孔隙水壓力對瀝青混凝土中集料與瀝青的粘結性能的破壞更強。也就是說,設計規(guī)范中排水設計主要解決的是快速排除路表積水的問題,并不能解決動水壓力以及瀝青層之間或面層與基層之間的層間水問題。

另外,對于中央分隔帶排水設計大樣圖規(guī)定的防滲土工布在交通安全施工中,由于中央分隔帶防撞立柱的施工,導致防滲土工布被撕裂、打穿,排水效果收到一定程度的影響。因此如何防止中央分隔帶的水直接滲透到路基頂面,確實值得深化設計。

設計規(guī)范中提及的路面結構內部排水基層,對預防唧漿這類早期病害有很大的幫助。因此在地下水位較高的地區(qū),排水基層應該是一個比較不錯的選擇。

2.3.2 防水設計

在設計規(guī)范中,除了橋面有防水層設計外,其他部位基本沒有防水設計。

瀝青路面施工中,有很多水損害的薄弱環(huán)節(jié)。比如說中央分隔帶路緣石側石與瀝青混凝土面層的交接面是滲水的一個死角;瀝青混合料攤鋪過程中,靠近攤鋪機最外側是離析較嚴重的部位,其中靠近中央分隔帶的一側的離析帶后果最嚴重。

在預防性養(yǎng)護措施中,大部分采用的多為防水性措施:稀漿封層、SMA混合料罩面、改性瀝青混合料罩面等等,甚至在我省也進行過類似的預防性養(yǎng)護(采用過微表處技術)。這些措施最終目的就是防止水滲入路面內部,減緩路面的破壞速率。

上文提及的幾個水損害的死角,如果在設計階段能夠進行專項防水設計,能節(jié)約的較大的養(yǎng)護成本,減少養(yǎng)護維修帶來的社會負面影響。另外,在上面層施工設計中,可充分發(fā)揮標線的防水作用,在設計文件中明確規(guī)定攤鋪機攤鋪寬度,讓標線覆蓋在施工縱縫上,發(fā)揮一定的防水作用。

3 結束語

希望有關施工、管理部門進一步提高路面工程路面設計工作的重視程度,提出一些預防性設計方案,切實減少瀝青路面的早期破壞因素,從而提高工程質量。讓高速公路最大程度上發(fā)揮其社會效益,創(chuàng)造最大的經(jīng)濟效益。

[1] 郝培文.瀝青路面施工與維修技術[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] J TGD50-2004.瀝青路面設計規(guī)范[S].

[3] J TGF80-1-2004.公路工程質量檢驗評定標準[S].

[4] 張劍飛.在全國瀝青路面研討會上的講話[R].2005.

[5] 呂偉民,等.國外瀝青穩(wěn)定柔性基層的材料與結構[J].中外公路,2004(6).

[6] J TG F40-2004.公路瀝青路面施工技術規(guī)范[S].

責任編輯:之 者

U415.12

A

1671-8275(2010)01-0044-02

2009-11-18

徐曉東(1969-),男,安徽合肥人,安徽省交通規(guī)劃設計研究院工程師。