袁衛(wèi)鎖
(1.鄭州市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院;2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院)
S316 線(xiàn)是河南省干線(xiàn)公路網(wǎng)中東西走向的一條重要通道,東起省會(huì)鄭州市,西止登封市區(qū)與G207 線(xiàn)相交;全線(xiàn)貫穿新密、登封二市,承擔(dān)了沿線(xiàn)城鎮(zhèn)間的中、短途運(yùn)輸和區(qū)內(nèi)運(yùn)輸以及部分對(duì)外交通運(yùn)輸、過(guò)境交通運(yùn)輸,是除鄭少高速公路以外,通往省會(huì)鄭州市的唯一一條通道。項(xiàng)目于1990~1991年進(jìn)行改建,僅對(duì)鄭州境和新密境道路改建為水泥混凝土路面;2002~2003年,全線(xiàn)道路進(jìn)行瀝青混凝土路面改建;2010年,鄭州境和新密境道路累計(jì)進(jìn)行了10 km中修。至今經(jīng)過(guò)多次擴(kuò)建,現(xiàn)有道路為S316 線(xiàn),二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h。
(1)建設(shè)交通強(qiáng)省,實(shí)現(xiàn)中原崛起,實(shí)施中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)的需要;
(2)提升干線(xiàn)公路網(wǎng)通行能力,改善鄭州市西南出口形象、縮短城市區(qū)域溝通發(fā)展戰(zhàn)略的需要;
(3)促進(jìn)鄭州市及新密市、登封市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要;是促進(jìn)沿線(xiàn)區(qū)域旅游事業(yè)、旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。
項(xiàng)目的建成將完善鄭州市西南部地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò),有力地推進(jìn)“暢通鄭州”工程的實(shí)施,加強(qiáng)鄭州地區(qū)的交通基礎(chǔ)建設(shè),促進(jìn)該區(qū)域的交通運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。
老路路面結(jié)構(gòu)(自上而下)為:2002年改建,4 cm 中粒式瀝青混凝土+5 cm 粗粒式瀝青混凝土+36 cm 厚水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石+15 厚石灰土。先后于2007年、2010年進(jìn)行中修。
老路面建設(shè)及養(yǎng)護(hù)概述:老路路面結(jié)構(gòu)(自上而下)為:2002年中修,K55 +668(原養(yǎng)護(hù)里程)位于新密市與登封市交界處至終點(diǎn),4 cm 中粒式瀝青混凝土+5 cm 粗粒式混凝土+18 cm 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石+18 cm 水泥石灰穩(wěn)定土+18 cm 厚石灰土。2008年下半年對(duì)K56 +800~K69 +478 中修、重點(diǎn)修復(fù)坑槽、車(chē)轍等路面病害,對(duì)病害部位挖除老瀝青路面9 cm,重新鋪筑4 cm 中粒式瀝青混凝土+5 cm 粗粒式瀝青混凝土。
路面取芯情況見(jiàn)表1。
表1 典型路段取芯狀況及分析一覽表
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,老路路面病害狀況綜述。存在病害路段占全線(xiàn)路段的比例為:輕度坑槽9.21%;重度坑槽38.78%;橫向裂縫66.42%;縱向裂縫39.46%;輕度龜裂26.47%;重度龜裂18.33%;輕度車(chē)轍12.83%;重度車(chē)轍31.42%。經(jīng)過(guò)多年的使用,在重車(chē)的反復(fù)作用下,局部路段路面出現(xiàn)嚴(yán)重的坑槽、縱橫裂縫、龜裂、車(chē)轍、麻面、啃邊及松散等現(xiàn)象。
路面檢測(cè)采用FWD 落錘式彎沉儀,根據(jù)規(guī)范要求,測(cè)點(diǎn)間距50 m。如圖1 所示。
圖1 全線(xiàn)彎沉分布圖
由檢測(cè)結(jié)果可知,全線(xiàn)平均彎沉值為14.16(0.01 mm),彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為9.70,原路面平均當(dāng)量回彈模量820.1 MPa。
K0 +000~K12 +400 段平均彎沉值為4.77,彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為1.37;K12 +450~K16 +300 段平均彎沉值為8.96,彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為1.82;K16 +350~K27 +350 段平均彎沉值為14.07,彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為4.20;K27 +400~K46 +500 段平均彎沉值為15.40,彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為5.47;K46 +550~K61 +900 段平均彎沉值為13.13,彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為2.22;K61 +950~K66 +250 段平均彎沉值為43.78,彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為10.72;K66 +300~K69 +921.194 段平均彎沉值為13.28,彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為2.27。
在技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)的前提下,本著老路面設(shè)計(jì)以補(bǔ)強(qiáng)為主,盡量利用老路面的原則。采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn),雙向四車(chē)道,瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)采用以雙輪組單軸軸載100 kN 為標(biāo)準(zhǔn)軸載,瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)使用年限15年。
項(xiàng)目自然區(qū)劃為Ⅱ5,屬魯豫輕凍區(qū)。根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2006)第5.1.1 條規(guī)定,將沿線(xiàn)路基拼寬部分土基回彈模量取為:45 MPa(干燥~中濕),當(dāng)路床摻灰處理后抗壓回彈模量不小于55 MPa。全線(xiàn)平均彎沉值為14.16(0.01 mm),彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為9.70,原路面平均當(dāng)量回彈模量820.1 MPa。
按照《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2006)中有關(guān)規(guī)定,選取瀝青混合料和基層材料的設(shè)計(jì)參數(shù)(20 ℃抗壓模量、15 ℃抗壓模量及劈裂強(qiáng)度)。
設(shè)計(jì)擬直接采用《工可報(bào)告》交通量預(yù)測(cè)結(jié)果,本路段未來(lái)特征年預(yù)測(cè)交通量見(jiàn)表2。
表2 交通量預(yù)測(cè)表 單位:小客車(chē) 輛/日1
以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)設(shè)計(jì)。
(1)K0 +000~K48 +081.03 路段
路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次:8857;設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道上的累計(jì)當(dāng)量軸次:2.388 979E +07;屬于重交通等級(jí),采用HPDS2011 路面設(shè)計(jì)程序計(jì)算,路面設(shè)計(jì)彎沉值:20.1(0.01 mm)。
(2)K48 +081.03~K69 +921.109 路段
路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次:5 696;設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道上的累計(jì)當(dāng)量軸次:1.536 472E +07;屬于重交通等級(jí),經(jīng)計(jì)算路面設(shè)計(jì)彎沉值:21.9(0.01 mm)。
(3)路面設(shè)計(jì)彎沉
根據(jù)彎沉檢測(cè)結(jié)果,全線(xiàn)平均彎沉值為14.16(0.01 mm),彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為9.70,原路面平均當(dāng)量回彈模量820.1 MPa。
(1)補(bǔ)強(qiáng)段設(shè)計(jì)方案
由于原路面損壞程度不同,強(qiáng)度不一,首先針對(duì)補(bǔ)強(qiáng)路段,修復(fù)老路面局部病害,再根據(jù)老路面上所測(cè)彎沉值,通過(guò)路面結(jié)構(gòu)計(jì)算,對(duì)不同的路段采用不同的補(bǔ)強(qiáng)厚度。最終的補(bǔ)強(qiáng)與新建情況,需根據(jù)最終優(yōu)化的縱斷面設(shè)計(jì)相結(jié)合,確定補(bǔ)強(qiáng)厚度與處置類(lèi)型。
根據(jù)的交通量、交通組成、重載、超載、實(shí)測(cè)彎沉值等資料,采用HPDS2011 路面設(shè)計(jì)程序進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)計(jì)算,結(jié)果如下:
①K0 +000~K48 +081.03 路段
補(bǔ)強(qiáng)段(一)K0 +000~K2 +615,K3 +830~K6 +500,K7 +650~K9 +000,K11 +000~K16 + 217,K18 + 367~K19 +867,K20 +267~K21 +767,K24 +917~K27 +350,K31+800~K36 +000,K36 +200~K40 +100,K40 +800~K46 +500,K46 +700~K48 +081 段路面結(jié)構(gòu):4 cm 細(xì)粒式改性瀝青混凝土+6 cm 中粒式瀝青混凝土+7~12 cm 粗粒式瀝青混凝土。
補(bǔ)強(qiáng)段(二)K27 +350~K31 +800 段路面結(jié)構(gòu):4 cm 細(xì)粒式改性瀝青混凝土+6 cm 中粒式瀝青混凝土+8 cm 粗粒式瀝青混凝土+15~20 cm 水泥穩(wěn)定碎石。
②K48 +081.03~K69 +921.109 路段
補(bǔ)強(qiáng)段(一)K48 +081~K49 +500,K55 +120~K55 +415 段路面結(jié)構(gòu):5 cm 中粒式改性瀝青混凝土+8 cm 粗粒式瀝青混凝土+7~12 cm 粗粒式瀝青混凝土。
補(bǔ)強(qiáng)段(二)K49 +500~K55 +120、K55 +730~K61 +616、K66 +300~K69 +921 段路面結(jié)構(gòu):5 cm 中粒式改性瀝青混凝土+8 cm 粗粒式瀝青混凝土+15~20 cm 水泥穩(wěn)定碎石。
依托S316 線(xiàn)干線(xiàn)公路升級(jí)改造項(xiàng)目,對(duì)舊路面狀況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,養(yǎng)護(hù)資料搜集,老路路面病害調(diào)查,典型路段取芯,全線(xiàn)彎沉檢測(cè),進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。由于原路面損壞程度不同,強(qiáng)度不一,首先修復(fù)老路面局部病害,再根據(jù)檢測(cè)彎沉值,通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算,針對(duì)不同的路段采用合理的補(bǔ)強(qiáng)厚度。
鑒于目前二級(jí)升一級(jí)公路改造設(shè)計(jì)中,對(duì)于舊路面補(bǔ)強(qiáng),基本上都是經(jīng)驗(yàn)值,尤其是對(duì)舊路面的利用、剩余壽命分析及缺少完善的理論體系;建議進(jìn)一步研究二級(jí)升一級(jí)公路改造設(shè)計(jì)中,舊路面利用、剩余壽命分析、補(bǔ)強(qiáng)厚度、統(tǒng)一補(bǔ)強(qiáng)路面與新建路面使用年限等方面的理論及實(shí)踐的研究。
[1]鄧學(xué)鈞.路基路面工程(第二版)[M].北京:人民交通出版社,2005.
[2]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50—2006)[S].
[3]鄭州市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院.S316 線(xiàn)鄭州至登封段改建工程初步設(shè)計(jì)[Z].2012.