滬昆高速公路曲勝段舊路維修改造設(shè)計(jì)方案研究

郭泳江，胡松山，覃潤浦

(1.云南省公路開發(fā)投資有限公司曲靖管理處，云南 曲靖 655000；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；3.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530007)

?

滬昆高速公路曲勝段舊路維修改造設(shè)計(jì)方案研究

郭泳江1，胡松山2，3，覃潤浦2，3

(1.云南省公路開發(fā)投資有限公司曲靖管理處，云南 曲靖 655000；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；3.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530007)

文章結(jié)合曲勝滬昆高速公路曲勝段舊路加鋪升級改造方式，針對“白改黑”及“白加黑”等復(fù)合式路面和水泥混凝土路面在舊路養(yǎng)護(hù)過程中存在的病害類型，依據(jù)舊路路面現(xiàn)有狀況、強(qiáng)度及多次加鋪養(yǎng)護(hù)后的路面結(jié)構(gòu)，分析現(xiàn)有路面病害產(chǎn)生的病理原因，按照不同路面結(jié)構(gòu)層提出不同的設(shè)計(jì)方案，并通過綜合論證比選，擇優(yōu)確定出更適宜該工程的路面大修改造方案。

高速公路；大修改造工程；養(yǎng)護(hù)；病害類型；方案論證

0 引言

曲靖至勝境關(guān)高速公路是《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中上海-昆明高速公路

(G60)云國家交通建設(shè)計(jì)劃的主要路線。該路段路線全長74.824 km，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)景交通量(2016年)：曲靖至天生橋段為55 560輛/晝夜；天生橋至勝境關(guān)段為31 192輛/晝夜。由于老路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)較薄，雖近些年進(jìn)行多次養(yǎng)護(hù)，仍不能滿足曲勝高速公路大交通、重載運(yùn)煤專線的現(xiàn)實(shí)，致使舊水泥混凝土路面出現(xiàn)大量破板斷裂、反射裂縫、車轍、推移、沉陷、坑槽等病害。目前該路段面臨大修改造，有必要結(jié)合該段大修改造工程對現(xiàn)有老路面進(jìn)行針對性的改造設(shè)計(jì)，以確保維修改造施工質(zhì)量、節(jié)約投資成本。

1 舊路路面養(yǎng)護(hù)情況

1.1 原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)及養(yǎng)護(hù)

K0+000～K15+600(上、下行線)原路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為18 cm鋼纖維混凝土+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+15 cm級配底基層；K15+600～K23+000原路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為26 cm素水泥混凝土面層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+15 cm級配碎石底基層；K23+000～K48+000原路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為26 cm素水泥混凝土+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+15 cm級配碎石底基層。

該路段路面日常養(yǎng)護(hù)的主要工作是裂縫的修補(bǔ)和灌縫，局部路段為龜裂、坑槽、沉陷的挖補(bǔ)。隨著日交通量的增加，部分路段路用性能下降，不同時(shí)間段對部分路段進(jìn)行養(yǎng)護(hù)如下：

(1)2003年11月對曲勝高速公路水泥混凝土路面進(jìn)行第一次修復(fù)，主要工作為修復(fù)混凝土破損板等；

(2)2005年對K0+000～K17+123進(jìn)行了全幅瀝青混凝土罩面，即4.5 cm的AK-13瀝青混凝土，耗資3 400多萬元；

(3)2010年迎國檢專項(xiàng)大修對K17+123～K48+080行車道和超車道進(jìn)行1 cm微表處罩面養(yǎng)護(hù)，耗資4 251萬元，主要工程量為修復(fù)混凝土破損板和1 cm微表處罩面。

截至2011年該路段交通量劇增，尤其是超載超限車輛的增加，如圖1所示，導(dǎo)致運(yùn)營過程中水泥混凝土路面及復(fù)合式路面出現(xiàn)斷、碎板、裂縫、唧泥等多種病害，經(jīng)多次修復(fù)，仍未達(dá)到好的效果，導(dǎo)致公路服務(wù)水平下降。

(a)貨車增加比率

(b)交通量年增長率

1.2 病害類型及原因分析

截至2012年，K0+000～K23+500病害類型較為嚴(yán)重，主要?dú)w為四類：縱向裂縫、橫向裂縫、板角斷裂、破碎板等，各種病害的病理分析如下：

(1)縱向裂縫分析。通過對該段高速公路路面縱向裂縫開裂所處的位置及外觀分析，主要原因是路基的不均勻沉降引起路基的縱向裂縫。

(2)橫向裂縫分析。橫向貫穿裂縫的產(chǎn)生主要是由混凝土本身的性質(zhì)以及混凝土抗拉強(qiáng)度太低造成的；另外，也是由于施工不當(dāng)、切縫不符合要求所造成，如施工切縫時(shí)間掌握不當(dāng)，切割不及時(shí)，切縫深度不符合要求，切縫過淺等因素。

(3)板角斷裂分析。此病害類型原因可以歸結(jié)為內(nèi)部水化反應(yīng)引起面板龜裂以致最終斷裂；混凝土面板的翹曲應(yīng)力引起面板斷裂；水泥混凝土面板厚度嚴(yán)重不足而發(fā)生裂縫形成斷板。

(4)破碎板分析。破碎板病害的主要原因?yàn)椋孩偎姆乐尾粔?，路基土質(zhì)差及路基地下水位高；②路基不均勻沉降；③路面基層，面層強(qiáng)度不足；④超重荷載的作用；⑤設(shè)計(jì)和施工缺陷。

1.3 路面檢測主要結(jié)論

2012年4月和2013年9月，分別采用落錘式彎沉儀FWD檢測車、探地雷達(dá)、路面取芯機(jī)及人工輔助調(diào)查的方式對不同路段進(jìn)行了全面檢測，路況調(diào)查結(jié)果見圖2。

(a)PCI調(diào)查結(jié)果

(b)斷板率調(diào)查結(jié)果

2012年調(diào)查結(jié)果顯示：(1)K15+600～K18+000、K21+000～K22+000的路面損壞PCI為次等級，K18+000～K21+000、K22+000～K23+500的路面損壞PCI為差等級，反映出整個(gè)路段的技術(shù)狀況非常不好，嚴(yán)重影響了道路的行駛質(zhì)量和行駛安全；(2)K15+600～K23+500以上行線為例，該路段代表彎沉位于0.15～0.35 mm，50%路段代表彎沉值>0.20 mm，其中最大為0.351 1 mm，位于上行線K19+000～K20+000L路段。

2013年調(diào)查結(jié)果顯示：(1)K1+500～K15+600(上、下行線)段復(fù)合式路面裂縫、破碎板比較普遍，分別占病害面積的88.6%及6.7%；(2)K23+500～K48+000(上、下行線)段素水泥混凝土路面裂縫和破碎板分別占病害面積的42.4%及39.5%；(3)經(jīng)多功能檢測車檢測，計(jì)算檢測路段路面狀況指數(shù)PCI=76.2%，評定等級為中；計(jì)算調(diào)查路段上行線K23+500～K48+000段路面狀況指數(shù)PCI=55.40%，評定等級為差，下行線K17+200～K48+000段路面狀況指數(shù)PCI=64.13%，評定等級為次。

1.4 部分路段養(yǎng)護(hù)

2013年針對上述調(diào)查結(jié)果及路面病害的類型、成因、范圍及程度對K15+600.00～K23+500進(jìn)行專項(xiàng)整治處理，不同路況養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)方案為：

本階段K15+600～K17+700養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)方案調(diào)整為修(復(fù))補(bǔ)后水泥混凝土路面+2 cm橡膠瀝青混凝土調(diào)平層+單面燒毛土工布+SBR改性乳化瀝青粘層+8 cmAC-20C改性瀝青混凝土+SBS改性瀝青粘結(jié)防水層+4 cmSMA-13SBS改性瀝青混凝土；K17+700～K20+306.901、K20+940.050～K718.393、K22+439.545～K23+500路段原水泥混凝土進(jìn)行碎石化處理，后進(jìn)行加鋪養(yǎng)護(hù)，具體養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)方案為：碎石化水泥混凝土路面+乳化瀝青透層+8 cmAC-25C瀝青混凝土+SBR改性乳化瀝青粘層+6 cmAC-20C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)+SBS改性瀝青粘結(jié)防水層+4 cmAC-16C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)；K20+306.901～K20+940.050、K21+718.393～K22+439.545超高調(diào)整段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案為：20 cm級配碎石底基層+38 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+乳化瀝青+8 cmAC-25C瀝青混凝土+SBR改性乳化瀝青粘層+6 cmAC-20C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)+SBS改性瀝青粘結(jié)防水層+4 cmAC-16C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)。

2 局部單點(diǎn)病害處治

針對現(xiàn)場調(diào)查病害類型結(jié)果，采用局部單點(diǎn)病害處理的方法進(jìn)行維修。

(1)反射裂縫。本工程反射裂縫主要體現(xiàn)為兩種形式：①出現(xiàn)反射裂縫，但裂縫間距較小，裂縫處未發(fā)生瀝青面層松散或剝落。②裂縫間距較大，且存在明顯裂縫，裂縫處存在局部或整體瀝青混合料松散及剝落，甚至出現(xiàn)局部坑洞。

對于發(fā)生反射裂縫，但未發(fā)生瀝青混合料剝落及松散的可采用普通70#熱瀝青或乳化瀝青進(jìn)行灌縫，以起到封水作用；對發(fā)生反射裂縫，且存在嚴(yán)重瀝青混合料剝落及松散的，需進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)縫處理，并清除縫內(nèi)粉塵，采用AC-13混合料進(jìn)行填縫處理。

(2)本工程前期養(yǎng)護(hù)過程中瀝青層與水泥混凝土路面之間設(shè)置了土工布，但是由于土工布與底部水泥混凝土路面粘結(jié)效果較差，且雨水浸入土工布后容易在土工布與水泥混凝土路面表面間形成滑動(dòng)層，進(jìn)而造成路面推移及車轍病害發(fā)生。

對于出現(xiàn)推移及車轍的路段，為根本解決底部層間粘結(jié)的問題，可根據(jù)推移程度對原瀝青加鋪層進(jìn)行銑刨重鋪。

(3)斷板及局部沉陷。斷板及嚴(yán)重沉陷路段需進(jìn)行換板處理，對于板角斷裂后沉陷病害主要是由于該類病害路面板及基層已發(fā)生了一定破壞，部分開挖板塊發(fā)生了松動(dòng)，且面板底部存在自由水。

對發(fā)生局部斷板及沉陷的面板，需進(jìn)行挖除處理。為節(jié)約工期，并提高工程質(zhì)量，挖除部分采用碾壓混凝土進(jìn)行回填鋪筑。鋪筑完成后，噴灑乳化瀝青粘層，并恢復(fù)原瀝青面層。

3 路面改造設(shè)計(jì)方案比選

在對路面局部病害采取板底注漿加固及換板處治、刨銑處理等措施后，如何根據(jù)現(xiàn)有路面病害特點(diǎn)，擬定合理的加鋪改造方案，消除路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)矛盾及缺陷，改善并提高本工程路面服役性能及使用壽命，是本次大修改造設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

3.1 處治方案設(shè)計(jì)

(1)第一段：K0+000～K15+600(上、下行線)段復(fù)合式路面，根據(jù)路面損壞分類進(jìn)行恢復(fù)性處治方案設(shè)計(jì)，如表1所示。

(2)第二段：K15+600～K23+000(下行線)、第三段：K23+000～K48+000(上、下行線)素水泥混凝土路面。①方案一：變剛性路面為柔性瀝青路面，見表2；②方案二：增加路面結(jié)構(gòu)層。不處理原路面，標(biāo)高整體升高54 cm；③方案三：原素水泥混凝土路面碎石化處理后：采用4 cmSMA-13+6 cmSBS改性瀝青+8 cm瀝青混凝土+36 cm水穩(wěn)層+玻纖格柵高整體提高18 cm。

表1 恢復(fù)性處治方案表

表2 變剛性路面為柔性瀝青路面表

結(jié)合以上技術(shù)分析及經(jīng)濟(jì)比較，考慮到第一段和第二段工期緊、任務(wù)重，在充分利用舊路面結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，采用單點(diǎn)病害處理方法對原路面進(jìn)行修復(fù)，后采用4 cmAC-13C作為加鋪層結(jié)構(gòu)，既縮短工期又節(jié)約成本。方案三雖結(jié)構(gòu)性能方面較好，但造價(jià)較高。綜合各種因素，初步確定第三段結(jié)構(gòu)方案為：4 cmSBSAC-13C瀝青混凝土+乳化瀝青粘層(0.6 kg/m2)+6 cmAC-20C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)+乳化瀝青粘層0.8 kg/m2+玻纖格柵+乳化瀝青粘層(0.25 kg/m2)+1 cm膠瀝青應(yīng)力吸收層+處治后原素混凝土路面。

3.2 處治方案優(yōu)化

本工程沿線多縱坡及彎道，且重車較多，瀝青與水泥混凝土界面處理效果是本工程成功與否的關(guān)鍵問題。原設(shè)計(jì)的銑刨原路面微表處，并在AC-20面層與水泥混凝土路面間設(shè)置橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的方法，存在銑刨表面粉塵難以清洗，無法保證界面清潔度、橡膠瀝青膜較厚、碎石撒布量過大等問題，根據(jù)實(shí)際情況提出如下優(yōu)化方案：

3.2.1 方案一：保留原微表處層，優(yōu)化水泥混凝土路面表面處理工藝，調(diào)整橡膠瀝青碎石層工藝參數(shù)

原設(shè)計(jì)采用銑刨機(jī)對路面微表處層進(jìn)行銑刨處理，存在如下技術(shù)問題：由于銑刨所產(chǎn)生的表面粉塵較厚，且滯留在銑刨溝槽中無法完全清除。這不僅影響瀝青碎石層的粘結(jié)狀況，且銑刨所產(chǎn)生的縱向溝槽，容易導(dǎo)致層間滯留水分，影響路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。保留原微表處層，對路肩及新澆筑面板進(jìn)行表面刻槽處理。為消除舊路表面高度差，新澆筑混凝土面板厚度應(yīng)增大1 cm以保持與微表處層齊平，且對原路肩或慢車道處水泥面板增加一道撒布工藝。

3.2.2 方案二：取消玻纖格柵層，采用0.3～0.5 kg/m2改性乳化瀝青+1 cm橡膠瀝青同步碎石應(yīng)力吸收層

(1)保留原水泥混凝土表面微表處層，新澆筑換板水泥混凝土修至與微表處層齊平，對路測爬坡車道水泥混凝土面板表面進(jìn)行刻槽處理。

(2)采用在水泥界面撒布0.3～0.5 kg/m2改性乳化瀝青并鋪裝2 cmAC-5砂礫石應(yīng)力吸收層，提高對舊路面平整度的調(diào)整程度，增強(qiáng)瀝青-水泥路面界面效果。

采用抗裂效果及對層間抗剪效果更好的橡膠瀝青同步碎石應(yīng)力吸收層，其不僅能夠有效嵌入水泥路面刻槽中，增加層間抗剪力，同時(shí)自身材料性能穩(wěn)定，不會(huì)因溫度變化而發(fā)生自身的滑移，且與上面層粘結(jié)狀況良好。

經(jīng)過多方論證，最后確定第三段路面結(jié)構(gòu)方案為：4 cmSBSAC-13C瀝青混凝土+乳化瀝青粘層(0.35 kg/m2)+6 cmAC-20C瀝青混凝土(添加抗車轍劑)+乳化瀝青粘層(0.45 kg/m2)+1 cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層+處治后原素混凝土路面。

4 結(jié)語

本文結(jié)合曲勝高速公路路面加鋪改造大修工程，在對舊路路面狀況、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、病害類型等分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)車道并道施工原則，確定出“白改黑”路面、“白加黑”路面及水泥混凝土路面不同病害處理措施，并通過對多種路面加鋪方案進(jìn)行綜合論證，依據(jù)充分利用舊路面、節(jié)約投資成本、更有利于重載交通荷載作用的原則，確定出更為適宜的復(fù)合式路面加鋪方案。

[1]高建虹.舊水泥混凝土路面維修改造技術(shù)的研究[J].公路，2014，4(4)：78-81.

[2]袁劍波，姚佳良，劉建華，等.基于強(qiáng)基強(qiáng)面的舊水泥混凝土路面改造技術(shù)[J].公路交通科技，2012，29(12)：21-28.

[3]韓文濤.連霍高速公路鄭洛段舊路面改建設(shè)計(jì)[J].中外公路，2012，32(3)：60-65.

[4]曾志威，王 輝，趙鵬程.舊水泥混凝土路面上瀝青路面加鋪方案探討[J].中外公路，2011(4)：57-60.

[5]孫立軍，等.瀝青路面結(jié)構(gòu)行為理論[M].北京：人民交通出版社，2005.

Studies on Old Road Maintenance and Reconstruction Design Scheme of Shanghai-Kunming Expressway Qusheng Segment

GUO Yong-jiang1，HU Song-shan2，3，QIN Run-pu2，3

(1.Qujing Management Division of Yunnan Highway Development & Investment Co.，Ltd.，Qujing，Yunnan，655000；2.Guangxi Key Laboratory of Road Structure & Materials，Nanning，Guangxi，530007；3.Road Engineering Research Center of Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Combined with old road overlaying upgrade reconstruction mode of Shanghai-Kunming Expressway Qusheng segment in Qusheng，regarding the disease types of “white to black” and “white and black” and other composite pavement and cement concrete pavement during the old road conservation，and based on the current status and strength of old road pavement as well as the pavement structure after several overlaying conservation，this article analyzed the pathological reasons for the ex-isting pavement diseases，and proposed different design schemes according to different pavement structure layers，and through comprehensive verification，comparison and selection，it determined the best pavement overhaul renovation plan more appropriate to this project.

Expressway；Overhaul renovation engineering；Conservation；Disease type；Program demonstration

郭泳江(1978—)，男，高級工程師，研究方向：橋梁工程。

U418.6

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.01.005

1673-4874(2015)01-0017-05

2014-12-05