高速公路隧道水泥路面“白改黑”施工技術(shù)探討

鄔維挺+熊輝斌

摘要：隨著高速公路交通流量日益增長，高速公路隧道水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)損壞越來越重，路面平整度已無法滿足高速公路行車舒適性的高標(biāo)準(zhǔn)。“白改黑”改造技術(shù)就是在原隧道水泥混凝土路面的基礎(chǔ)上，加鋪瀝青混凝土面層，使原來的混凝土剛性路面變?yōu)闉r青柔性路面。文章介紹了上三高速公路沿線隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造技術(shù)的成功應(yīng)用，總結(jié)了施工要點(diǎn)并對(duì)其相關(guān)路用性能進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高速公路隧道；水泥混凝土路面；白改黑；施工技術(shù)；路用性能

中圖分類號(hào)：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）25-0092-03

1 工程概況

浙江省上三（上虞至三門）高速公路全長142km，是滬杭甬高速公路與甬臺(tái)溫高速公路的重要連接線，也是溝通浙江省沿海地區(qū)和浙中浙南腹地的一條重要通道。上三高速公路新天段于2000年底建成通車時(shí)就以“四高一多兩復(fù)雜”著稱，其中一多即指隧道多。新昌境內(nèi)隧道共有4座，隧道總里程達(dá)到5.2km，隧道內(nèi)水泥砼路面經(jīng)過十多年運(yùn)營，由于使用年限較長及重載車的大量增加，導(dǎo)致了部分水泥板塊出現(xiàn)了裂縫、破損等病害，且水泥砼路面整體路面平整度較差，使得路面各項(xiàng)性能已難以滿足高速公路行駛的高標(biāo)準(zhǔn)。為全面改善路況性能和路面行駛指數(shù)，2012年對(duì)上三高速公路馬岙嶺隧道、瑯珂嶺隧道、任胡嶺隧道的水泥混凝土路面進(jìn)行了“白改黑”改造，在對(duì)原隧道水泥混凝土路面進(jìn)行維修處治的基礎(chǔ)上，采用1cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層SAMI+4cmSMA-13的加鋪結(jié)構(gòu)方案，以達(dá)到有效控制路面裂縫反射、明顯改善路貌、提高路面平整度的效果。

2 隧道原水泥混凝土路面狀況

在對(duì)上三高速公路沿線隧道水泥混凝土路面進(jìn)行“白改黑”改造實(shí)施前，對(duì)馬岙嶺隧道、瑯珂嶺隧道、任胡嶺隧道水泥混凝土路面路況進(jìn)行了全面調(diào)查，主要包括路面平整度、路面破損狀況及病害類型等。其中路面平整度（IRI）分別為2.3m/km、2.4m/km、3.1m/km、3.8m/km，均不滿足高速公路路面行駛質(zhì)量指標(biāo)要求（按瀝青路面平整度指標(biāo)（IRI）要求應(yīng)不大于2.0m/km）；路面損壞狀況指數(shù)（PCI）最低值為70.48、最高值為85.31，與全線路面PCI平均值有較大差距；路面主要病害類型有板塊裂縫、板破損、板角斷裂、錯(cuò)臺(tái)等，其中板塊裂縫和板破損占所有板塊病害的87.5%，同時(shí)，馬岙嶺等隧道原水泥混凝土路面2005年實(shí)施的稀漿封層已局部脫皮較嚴(yán)重，不僅影響路容路貌，而且對(duì)車輛的行車安全性和舒適性也有一定程度的影響。

3 隧道原水泥混凝土路面處治

在對(duì)隧道水泥混凝土路面實(shí)施“白改黑”前，先對(duì)水泥混凝土板塊病害進(jìn)行徹底處治，提高路面實(shí)施效果，保證路面使用壽命。

3.1 斷板

（1）單塊斷板：將舊板破碎，運(yùn)走，視情況處理基層。采用早強(qiáng)水泥混凝土進(jìn)行修復(fù)處理；（2）連續(xù)斷板：采用早強(qiáng)水泥混凝土或改性瀝青砼進(jìn)行回填（上面層采用改性瀝青AC-16C瀝青砼、下面層采用改性瀝青AC-20C瀝青砼）。板塊之間的橫向施工縫按照規(guī)范要求設(shè)置傳力桿，縱向縮縫按照規(guī)范要求設(shè)置拉桿。

3.2 縱橫向裂縫

對(duì)水泥混凝土板塊的縱橫向裂縫，先進(jìn)行開槽，用高壓空氣清除縫內(nèi)的雜物，10mm以下縫隙采用瀝青灌縫膠灌縫處理，10mm以上縫隙除上述措施外再進(jìn)行熱瀝青砂填筑壓實(shí)。

3.3 角隅斷裂

按破裂面積大小確定切割范圍并放樣，用切割機(jī)切出邊緣，用風(fēng)鎬鑿除破損部分，打成規(guī)則的垂直面，然后清除鑿除范圍，采用早強(qiáng)水泥混凝土修復(fù)。

3.4 接縫

對(duì)原有路面灌縫料脫落損壞或沒有灌縫的接縫進(jìn)行清縫后灌填專用填縫料封水；按接縫位置不同采用不同的填縫料：對(duì)結(jié)構(gòu)縫、縱向接縫和脹縫采用硅酮膠，對(duì)其余一般橫向接縫采用聚氨酯。

3.5 板底脫空

施工前對(duì)隧道全部水泥板塊進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)存在板底脫空的板塊，在脫空部位面板上鉆直徑3cm的孔2個(gè)、間距1m，然后將M15高強(qiáng)水泥砂漿高壓灌注，如情況嚴(yán)重，則需進(jìn)行換板處理。

3.6 水泥混凝土路面銑刨

因原水泥混凝土路面表面實(shí)施了稀漿封層，并已局部脫落，對(duì)該稀漿封層采用銑刨機(jī)進(jìn)行清除，銑刨時(shí)根據(jù)水泥板塊的沉降情況調(diào)整銑刨方位，確保銑刨徹底。

4 隧道路面“白改黑”施工控制

隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造采用1cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層SAMI+4cmSMA-13的加鋪結(jié)構(gòu)型式，其生產(chǎn)拌合及施工工藝控制上較普通瀝青砼存在一定的差異性，需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制管理。

4.1 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層（SAMI）施工控制

橡膠瀝青應(yīng)力吸收層（SAMI）施工前應(yīng)對(duì)隧道表面進(jìn)行清掃、吹塵和清洗，確保干燥、無灰塵、石屑、雜物等，尤其要注意隧道路面無水分、干燥。應(yīng)力吸收層撒鋪，先灑布橡膠瀝青，橡膠瀝青灑布量按2.0～2.6kg/m2控制，在噴灑橡膠瀝青后應(yīng)立即撒鋪碎石，碎石撒鋪量按12±2kg/m2控制，以滿鋪、不散失為度，對(duì)于局部碎石撒鋪量不足的地方，應(yīng)人工補(bǔ)足。撒鋪后應(yīng)立即進(jìn)行采用25t以上的膠輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓作業(yè)，兩臺(tái)膠輪壓路機(jī)應(yīng)同時(shí)進(jìn)行碾壓，緊跟碎石撒鋪車。碾壓遍數(shù)為3遍。

在鋪筑上層瀝青混合料前，對(duì)橡膠瀝青應(yīng)力吸收層進(jìn)行清掃，以清除沒有粘結(jié)的松散碎石，避免影響SAMI層與瀝青混凝土的粘結(jié)性能。同時(shí)橡膠瀝青應(yīng)力吸收層施工應(yīng)與上層瀝青混凝土緊湊進(jìn)行，中間不開放交通。

4.2 SMA-13瀝青砼原材料

SMA-13瀝青砼原材料選擇和技術(shù)指標(biāo)控制應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，瀝青采用SBS改性瀝青，粗集料采用玄武巖機(jī)制碎石，細(xì)集料采用石灰?guī)r機(jī)制碎石，填料采用石灰?guī)r堿性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉，穩(wěn)定劑采用優(yōu)良的木質(zhì)素絮狀纖維，摻加比例以瀝青混合料總質(zhì)量的0.3%。瀝青、粗細(xì)集料、礦粉、木質(zhì)纖維各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。endprint

4.3 SMA-13瀝青混合料拌和

瀝青混合料在瀝青拌和場(chǎng)采用間隙式拌和機(jī)拌制，為確保SMA-13改性瀝青砼拌合的均勻性，嚴(yán)格控制每盤的實(shí)際拌和時(shí)間為60～70s，以混合料拌和均勻、無花白、無粗細(xì)料分離和結(jié)團(tuán)成塊現(xiàn)象，所有礦料顆粒全部覆蓋瀝青結(jié)合料為度。在拌和中，要嚴(yán)格控制油石比和礦料級(jí)配，避免油石比不當(dāng)而產(chǎn)生泛油和松散現(xiàn)象，并嚴(yán)格掌握改性瀝青和集料的加熱溫度以及改性瀝青SMA-13的出廠溫度，集料的加熱溫度控制在190℃～220℃之間；瀝青加熱溫度控制在160℃～165℃之間；出料溫度控制在170℃～185℃之間。

4.4 SMA-13瀝青混合料檢測(cè)

瀝青混合料的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)控制，試驗(yàn)室主要通過馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行控制，嚴(yán)格控制SMA-13改性瀝青混合料的空隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度和流值等各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)。

4.5 SMA-13瀝青混合料運(yùn)輸

（1）運(yùn)輸車輛選擇。隧道路面罩面因其隧道凈空限制的特殊性，宜采用載重小于30噸雙橋運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸，利于在隧道內(nèi)完全卸空瀝青混合料，避免混合料浪費(fèi)。（2）料溫防護(hù)及待料車數(shù)。為防止運(yùn)輸過程中瀝青混和料溫度損失，以及防止瀝青混合料灑落在路面上，在運(yùn)輸過程中，運(yùn)輸車上覆蓋防雨篷布和棉布保溫。同時(shí)，為減少隧道內(nèi)車輛廢氣排放，應(yīng)嚴(yán)格控制隧道內(nèi)運(yùn)輸車輛數(shù)量，原則上保證攤鋪不停頓，其他車輛在隧道外待命。

4.6 SMA-13瀝青混合料攤鋪

SMA-13瀝青混合料攤鋪采用平衡梁裝置進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，為確保路面平整度，SMA-13瀝青混合料攤鋪宜緩慢、均勻、連續(xù)不間斷地進(jìn)行，鑒于隧道施工位置的特殊性，攤鋪速度控制為3m/min，攤鋪過程中基本不變換速度或中途停頓。攤鋪過程中應(yīng)全程跟蹤瀝青混合料攤鋪質(zhì)量，將攤鋪機(jī)調(diào)整到最佳工作狀態(tài)，調(diào)試好螺旋布料器兩端的自動(dòng)料位器，并使料門開度、鏈板送料器的速度和螺旋布料器的轉(zhuǎn)速相匹配，螺旋布料器的料量應(yīng)高于螺旋布料器中心，使熨平板的擋料板前混合料在全寬范圍內(nèi)均勻分布，避免攤鋪層出現(xiàn)離析等現(xiàn)象，隨時(shí)檢測(cè)松鋪厚度、攤鋪溫度等是否符合要求。

4.7 SMA-13瀝青混合料壓實(shí)成型

SMA-13瀝青混合料碾壓采用4臺(tái)13噸雙鋼輪壓路機(jī)并列成梯隊(duì)進(jìn)行全斷面碾壓，碾壓采用緊跟、慢壓、高頻、低幅的原則進(jìn)行。鑒于隧道空間內(nèi)散熱慢的特殊性，初壓溫度可按規(guī)范要求的下限控制，盡可能降低對(duì)壓路機(jī)操作工在通風(fēng)不暢且高溫作業(yè)下的身體影響。碾壓過程中，加強(qiáng)對(duì)碾壓順序、碾壓遍數(shù)、碾壓速度及碾壓溫度的控制管理。

4.8 開放交通

鑒于隧道內(nèi)散熱較慢，交通開放時(shí)間須嚴(yán)格控制，待攤鋪層完全自然冷卻后，待路表溫度低于50℃后，方可開放交通，因此隧道瀝青路面養(yǎng)生時(shí)間較隧道外路面時(shí)間長。

5 隧道路面“白改黑”路用性能分析

結(jié)合1cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層SAMI+4cmSMA-13的加鋪結(jié)構(gòu)型式在上三高速公路沿線隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造中的應(yīng)用，對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，研究其在抗老化、抗疲勞、延緩反射裂縫、延長路面使用壽命等方面的價(jià)值。

5.1 路面抗滑、滲水性能

對(duì)成型路面表面的宏觀粗糙度及抗滑性能進(jìn)行檢測(cè)分析，共檢測(cè)42處，其中滲水系數(shù)平均值31mL/min，大于60mL/min有2處、不滲水13處，合格率95%；構(gòu)造深度平均值0.94mm，合格率100%；摩擦系數(shù)平均值49BPN，合格率100%；橫向力系數(shù)平均值61，大于規(guī)范要求的54，合格率100%。從上述檢測(cè)結(jié)果分析，采用1cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層SAMI+4cmSMA-13進(jìn)行隧道路面“白改黑”后，其路面的摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度均較大，具有較好的抗滑和滲水性能，能較好地延長路面的使用壽命。

5.2 路面平整度

通過對(duì)沿線隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造路段的路面平整度檢測(cè)，其中原水泥混凝土路面平整度（IRI）分別為2.3m/km、2.4m/km、3.1m/km、3.8m/km，實(shí)施“白改黑”改造后，路面平整度（IRI）分別為1.2m/km、1.3m/km、1.3m/km、1.2m/km，路面平整度（IRI）平均值由“白改黑”改造前的2.9m/km提高到改造后的1.3m/km，提高了123%，明顯改善了路面行車舒適性。

5.3 改善路面性能

隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造采用1cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層SAMI+4cmSMA-13加鋪結(jié)構(gòu)型式，在有效改善路容路貌的同時(shí)，提高路面平整度，更好地抑制隧道板塊之間板縫的反射，延長路面使用壽命。截至2014年3月，經(jīng)過近2年的營運(yùn)，對(duì)該路段的路面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)路面沒有出現(xiàn)推移、擁包、裂縫現(xiàn)象，也沒有出現(xiàn)早期水損害，面層情況基本完好。

6 結(jié)論

上三高速公路沿線隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造，在運(yùn)營的近兩年時(shí)間中，SAMI應(yīng)力吸收層體現(xiàn)了良好的遏制、延緩反射裂縫、提高層間粘結(jié)力、防水等效果，上面層4cm厚SMA-13薄層路面體現(xiàn)了良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性，還具備了足夠的抗滑性能，在此期間該路段路面狀況良好，延長了路面使用壽命，在保證行車安全和舒適性的同時(shí)，節(jié)省了路面養(yǎng)護(hù)投入。

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