淺談廣西沿海高速公路路面改建設(shè)計

易宗石

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西　南寧　530007)

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淺談廣西沿海高速公路路面改建設(shè)計

易宗石

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西南寧530007)

易宗石(1988—)，助理工程師，從事路基路面設(shè)計、舊路路面處治及施工現(xiàn)場方案研究工作。

摘要：文章針對廣西沿海高速公路病害情況，結(jié)合常用的舊水泥混凝土加鋪方案，從路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、混合料設(shè)計、舊路處治等方面提出了廣西沿海高速公路路面加鋪瀝青層設(shè)計思路，以期為舊水泥混凝土路面改造提供設(shè)計依據(jù)。

關(guān)鍵詞：沿海高速公路；舊水泥混凝土路面；加鋪方案；結(jié)構(gòu)設(shè)計；舊路處治；改建設(shè)計

0引言

廣西沿海高速公路是國家高速公路網(wǎng)主框架南北走向主干線，G75高速公路(欽州至北海段)是桂海高速公路的重要組成路段，也是西南各省市通往北海市鐵山港及廣東各地的出海大通道的組成路段，隨著北部灣大開發(fā)的快速推進，它同時也是廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)核心城市南寧與欽州、北海兩市的主要公路通道，該路段于2000年10月建成通車以來，至今已將近13年。隨著北部灣大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，沿海高速公路(欽州至北海段)的交通量逐年增加，尤其是超限超載車輛的快速增長，導(dǎo)致原水泥路面破損嚴(yán)重，水泥混凝土路面出現(xiàn)了不同程度的病害，包括破碎、沉陷、錯臺、唧泥等，這些病害嚴(yán)重影響了行車安全，造成了不良的社會影響。因此，對欽州至北海高速公路進行大修，將進一步改善欽州至北海高速公路的通行條件，為社會提供良好的交通運輸服務(wù)，并對改善投資環(huán)境，擴大對外開放，加快欽州、北海等市的經(jīng)濟發(fā)展，擴大泛珠江三角洲區(qū)域的合作，以及鞏固西南沿海國防、維護本地區(qū)穩(wěn)定發(fā)展等具有重要的意義。

1常用的舊水泥混凝土加鋪方案

常用的舊水泥混凝土路面加鋪方案有分離式水泥混凝土加鋪、結(jié)合式水泥混凝土加鋪及瀝青混凝土加鋪。

根據(jù)國內(nèi)外的研究結(jié)論，瀝青加鋪層施工方便、對交通及環(huán)境影響小，能有效改善舊水泥混凝土路面的使用性能，提高行車舒適性，且周期成本較低、養(yǎng)護便利，設(shè)計中采用了國內(nèi)外應(yīng)用最多的加鋪方案：處治后的水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層，簡稱“白+黑”[4]。針對此種路面結(jié)構(gòu)的特性，為保證改建后的路面具有良好的服務(wù)性能以及社會效應(yīng)，項目在設(shè)計過程中期望達到減緩路面反射裂縫、減少車轍、提高路表抗磨損能力、減少養(yǎng)護工程量等目的。

2廣西沿海高速公路路面加鋪瀝青層設(shè)計思路

瀝青混凝土加鋪層的使用功能受到三個方面的影響：(1)加鋪層的路面結(jié)構(gòu)；(2)各結(jié)構(gòu)層混合料的設(shè)計；(3)為其提供承載作用的舊路面的穩(wěn)定性。

2.1　加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計

瀝青混凝土加鋪層的結(jié)構(gòu)設(shè)計，直接關(guān)系到加鋪層的使用壽命和使用功能，因此加強結(jié)構(gòu)設(shè)計是根本。

2.1.1在舊混凝土板頂面設(shè)置應(yīng)力吸收層

沿海高速公路路段運營已13年，部分路段損壞嚴(yán)重，變形較大。主要表現(xiàn)在路基沉降，水泥混凝土路面錯臺、裂縫發(fā)育、面板破碎等，項目所在地日照豐富，高溫時間每年超過8個月，雨季超過6個月，且雨熱同季。SMA結(jié)構(gòu)由于瀝青瑪蹄脂的粘結(jié)作用，瀝青混合料的低溫變形性能和水穩(wěn)定性得到較大的改善。添加了纖維穩(wěn)定劑后，使瀝青混合料能夠保持高粘度，其攤鋪和壓實效果較好，混合料的空隙又很小，耐老化性能及耐久性都很好，從而全面提高了路用性能[5]。因此設(shè)計中在路面加鋪時設(shè)置3 cmSMA-10防反射裂縫應(yīng)力吸收層，用以延緩反射裂縫的出現(xiàn)。

SMA-10瀝青混凝土的油石比可以控制在6.5%左右，其瀝青含量高，SMA-10屬于細粒式瀝青混凝土，混合料中細礦料比例大，因而具有高彈性、不透水性、黏附性強及抗裂性能好的優(yōu)點。因此，具有更優(yōu)良的抗裂性能。

作為應(yīng)力吸收層，應(yīng)具有高柔韌性，但是作為路面結(jié)構(gòu)層，又不能過于柔軟，必須具有一定的強度，為了獲得柔韌性就使得混合料的油石比增大，為了獲得強度又必須防止油石比過高，這就需要找到一個適中的油石比例。沿海地區(qū)高溫多雨，瀝青混合料豐富的含油量在長時間的高溫作用下，會出現(xiàn)變軟、推移等病害，降低行車舒適性的同時，還會導(dǎo)致瀝青油上遷至表面層，即通常所說的泛油，這會使瀝青面層表面變的光滑泛光，行車安全性能大幅度降低。含油量過低又會失去應(yīng)力吸收的作用，根據(jù)柳州至南寧舊路加鋪以及欽州至崇左新建高速公路等工程經(jīng)驗，針對廣西地區(qū)氣候特性，設(shè)計采用6.2%~6.8%的油石比，在項目施工過程中根據(jù)試驗段攤鋪數(shù)據(jù)分析，針對本項目所采用的集料和瀝青等原材料指標(biāo)，施工配合比中的油石比采用6.3%。

2.1.2增加瀝青加鋪層厚度

我國現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D40-2011)8.6.4對舊水泥路面加鋪瀝青面層作了指導(dǎo)性的厚度規(guī)定，即“瀝青加鋪層厚度應(yīng)兼顧混合料的公稱最大粒徑相匹配和減緩反射裂縫的要求確定。高速公路和一級公路的最小厚度宜為100 mm，其他等級公路的最小厚度宜為80 mm”。[1]

根據(jù)沿海高速公路改擴建工程可行性研究調(diào)查中的交通量預(yù)測，高速公路水泥混凝土路面設(shè)計基準(zhǔn)期30年，舊路已使用了13年，剩余設(shè)計基準(zhǔn)期17年，設(shè)計軸載采用標(biāo)準(zhǔn)軸載100 kN，舊混凝土面層厚240 mm，使用HPDS計算得到舊路面剩余設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計車道上設(shè)計軸載累計作用次數(shù)為1.301158E+08，路面承受的交通荷載等級屬于特重交通荷載等級，滿足路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)要求的瀝青混凝土加鋪層設(shè)計厚度100 mm。此厚度僅僅為規(guī)范中推薦的最小厚度，沿海高速公路是廣西南北通道的主動脈，根據(jù)同一主要線路上柳州至南寧高速公路舊路加鋪經(jīng)驗，特重交通荷載等級下，100 mm厚的瀝青加鋪層在運營過程中產(chǎn)生反射裂縫和車轍的時間和程度沒有達到預(yù)計效果，同時考慮沿海地區(qū)日照、輻射、雨水、高溫等氣候條件，以及沿海高速公路處于雨熱同季、出海貨運重載等因素，最終采用了150 mm厚的路面結(jié)構(gòu)。從下往上的結(jié)構(gòu)層依次為：處治后的舊水泥路面+3 cm3mA-10改性瀝青混凝土防反射裂縫應(yīng)力吸收層+8 cmAc-20c改性瀝青混凝土下面層+4 cmAc-13改性瀝青混凝土上面層。

2.2　瀝青混合料的設(shè)計

各結(jié)構(gòu)層使用功能的最終決定因素仍然是混合料本身的質(zhì)量，因而瀝青混合料的性能將決定加鋪層的使用功能。

2.2.1在加鋪層瀝青混合料中摻加改性劑

考慮到沿海高速公路的自然地理條件和行車條件，為了增強路面結(jié)構(gòu)的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗滑功能以及抗?jié)B水功能，在設(shè)計中采用三層改性瀝青混凝土。改性瀝青混合料具有良好的抗高溫和低溫穩(wěn)定性，此外其水穩(wěn)定性和耐久性也比普通瀝青混合料的指標(biāo)高許多，同時具有良好的表面功能，因此改性瀝青混凝土可以更好地達到設(shè)計所需要的目標(biāo)效果。本項目規(guī)定所使用基質(zhì)瀝青必須使用進口A級道路石油瀝青70號瀝青，改性劑摻量要求≥5.0%。

2.2.2瀝青加鋪層下層采用較粗顆粒的瀝青混凝土

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D50-2006)“表4.1.3-1瀝青混合料的壓實最小厚度與適宜厚度”中的要求，本項目下面層厚度為8 cm，以結(jié)構(gòu)設(shè)計中路面結(jié)構(gòu)整體性作為出發(fā)點，由于粗顆粒的瀝青混合料能阻礙裂縫尖端的擴展，粗顆粒的瀝青混凝土具有更好的抗車轍及減緩反射裂縫的功能，因此下面層否定了使用需要分兩層攤鋪的中粒式瀝青混凝土，而是設(shè)計了單層攤鋪的Ac-20C瀝青混凝土。

為了得到更高的高溫穩(wěn)定性能，增強抗車轍功能，同時達到延緩反射裂縫的發(fā)生與發(fā)展的效果，下面層設(shè)計了AC-20C改性瀝青混凝土，所采用的級配是偏粗型的AC-20級配，中間檔粗顆粒集料的含量超出了規(guī)范的指導(dǎo)范圍，這是根據(jù)廣西地區(qū)的工程經(jīng)驗所提出的級配，符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)5.3.2條文說明中的相關(guān)規(guī)定，即根據(jù)研究成果，瀝青混合料的礦料級配范圍包含三個層次，即規(guī)范規(guī)定的級配范圍、工程設(shè)計級配范圍、施工質(zhì)量檢驗時允許波動的級配范圍，其中工程設(shè)計級配范圍應(yīng)充分結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c和已有的經(jīng)驗與成果進行優(yōu)化，必要時也允許超出規(guī)范范圍[3]。

粗顆粒瀝青混凝土下面層可以明顯地提高路面結(jié)構(gòu)的整體強度，能有效減小水泥路面接縫兩側(cè)的彎沉與彎沉差，以及減小瀝青混凝土加鋪層的荷載應(yīng)力，從而使得瀝青加鋪層荷載型反射裂縫的發(fā)生與擴展得到有效延緩。

廣西沿海地區(qū)晝夜溫差和四季氣溫變化較內(nèi)陸地區(qū)小，而溫度應(yīng)力是引起瀝青加鋪層反射裂縫的主要原因之一，15 cm厚的瀝青加鋪層大大改善了舊水泥路面的溫度狀況，相當(dāng)于給舊水泥路面蓋了一層保溫的被子，降溫所產(chǎn)生的溫度梯度對水泥混凝土路面的影響程度得到減小，大幅度降低了水泥混凝土路面板的翹曲變形和接縫張開位移量，因而可以有效改善瀝青加鋪層在溫度作用下的受力狀況。

2.2.3加鋪層表面層集料采用輝綠巖

沿海高速公路承擔(dān)了西南地區(qū)出海通道的作用，同時還是“北部灣”地區(qū)大開發(fā)的必經(jīng)之路，隨著國家對北部灣的大力開發(fā)，交通量大幅增長，對加鋪路面結(jié)構(gòu)的質(zhì)量必須高度重視，尤其是表面層的施工和使用效果，如果在加鋪后的短時間內(nèi)出現(xiàn)表面磨損、路面網(wǎng)裂、坑洞等需要大面積維修的情況，對經(jīng)濟建設(shè)和社會效益將會有極大的不良影響。

在表面層的設(shè)計中，出于抗表面磨損及路面表層黑化等提高路面使用功能的目的，上面層的SMA-13瀝青混凝土的粗集料和細集料均采用廣西本地生產(chǎn)的輝綠巖破碎而成。輝綠巖其堅固、強韌、耐久性，使得它具有較低的壓碎值、磨耗值和較高的磨光值。同時，在設(shè)計中為保證上面層碎石材料具有一定的硬度和強度、潔凈、干燥、無風(fēng)化、無有害雜質(zhì)，且針片狀含量低、顆粒形狀接近立方體，要求須采用反擊破生產(chǎn)工藝，即終破均采用反擊破生產(chǎn)工藝，保證生產(chǎn)碎石顆粒的粒形質(zhì)量。

2.3　舊水泥混凝土路面的處治

舊水泥混凝土路面作為基層為加鋪層提供了承載作用，因此舊路面的穩(wěn)定性及表面平整度也將影響到瀝青混凝土加鋪層的使用功能。在設(shè)計中加重了舊路面處治的分量，在瀝青加鋪層加鋪之前，必須保證舊路面得到了有效的處治，具體包括三個方面。

2.3.1破損板更換

舊路面板有部分板塊出現(xiàn)了破損，破損程度從輕微裂縫發(fā)展至板塊破碎，這些板塊大部分已經(jīng)松動，除輕微裂縫經(jīng)彎沉檢測合格不作處治外，其余均更換板塊。

2.3.2脫空板板底壓漿

舊水泥混凝土面板經(jīng)過長時間的使用，由于不均勻受力、雨水沖刷等等原因，其板底會出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，如果不處治，加鋪層會因此出現(xiàn)反射裂縫、網(wǎng)裂、鼓包等等病害。

水泥混凝土路面板底壓漿是通過壓漿泵將膠凝填充材料壓入板底脫空處及基層空隙中，形成一薄層強度高、穩(wěn)定性好、與混凝土板底密貼的結(jié)構(gòu)層，以恢復(fù)混凝土板底的正常承接，起到加固混凝上面板、維護面板正常使用狀態(tài)和保障路面使用壽命的作用。設(shè)計中要求在瀝青混凝土加鋪前，對所有板塊進行彎沉檢測，要求板角彎沉<0.14 mm，對于大于此標(biāo)準(zhǔn)的水泥面板，進行板底壓漿處理，然后進行復(fù)測，直到彎沉值達到要求，壓漿3次后仍達不到標(biāo)準(zhǔn)的，更換水泥混凝土面板。

2.3.3板塊輕微病害處治

舊水泥面板還存在其他許多輕微病害，設(shè)計中要求對板角破損、超過3 mm的錯臺、板塊拱起、坑洞等等輕微病害進行相應(yīng)處治，例如對板角破損和坑洞進行切割修補，對板塊拱起增加板塊橫向切縫，對錯臺進行打磨等等。

3結(jié)語

由于廣西地處華南濕熱地區(qū)，當(dāng)高溫與重載交通條件下瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性不足時，部分瀝青路面早期車轍和反射裂縫等損壞問題突出，養(yǎng)護維修甚至銑刨重修造成了巨大的經(jīng)濟浪費和不良的社會影響。本項目在設(shè)計階段針對瀝青路面加鋪層常見的早期病害，通過路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、混合料設(shè)計、舊路處治等方面的分析，進行了多階段的討論研究，最終做出了施工圖設(shè)計，期望沿海高速公路舊路改建項目能有高質(zhì)量的使用功能，從而對以后的水泥混凝土路面舊路改建提供可借鑒的經(jīng)驗。

參考文獻

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[6]李嘉.舊水泥混凝土路面加鋪罩面層設(shè)計[J].中南公路工程，1995.37：12.

Discussions on Pavement Reconstruction Design of Guangxi Coastal Expressway

YI Zong-shi

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：Regarding the disease situation of Guangxi coastal expressway，combined with commonly used cement concrete overlaying program，this article proposed Guangxi coast expressway pavement asphalt overlay design ideas from the aspects of pavement structure design，mixture design，and old road treatment，etc.，aiming to provide the design basis for the reconstruction of old cement concrete pavement.

Keywords：Coastal expressway； Old cement concrete pavement； Overlaying program； Structural design； Old road treatment； Reconstruction design

收稿日期：2015-04-04

文章編號：1673-4874(2015)05-0027-03

中圖分類號：U418.8

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.008

作者簡介