高速公路隧道水泥混凝土路面改造方案探討

薛愛新 薛斌峰 楊智敏

(1.寧波交投公路營運管理有限公司,浙江 寧波 315046; 2.浙江公路水運工程監(jiān)理有限公司,浙江 杭州 310004; 3.云南省玉溪市公路局,云南 玉溪 653100)

1 概述

隧道水泥混凝土路面經(jīng)過多年的營運后都會出現(xiàn)水泥混凝土面板破碎、斷裂、錯臺等病害，對這些病害的整治或維修由于交通組織困難，施工環(huán)境制約因素多(空間受限)等原因，一直都是困擾高速公路養(yǎng)護領(lǐng)域的一個問題[1，2]。筆者從事養(yǎng)護工程管理十多年，也參與過多個隧道路面的改造工程，但并沒有收到滿意的效果，最近幾年通過技術(shù)提升，改變原有的傳統(tǒng)思路，采用多種方法的結(jié)合，取得了明顯改善，因此在此就高速公路隧道路面改造中的一些思路與同行從業(yè)者共同分享及探討。

2 工程實例

浙江沿海地區(qū)某高速公路，建成于2000年，晝夜斷面交通流量達40 000多輛，且多為集裝箱車輛，其隧道路面為混凝土結(jié)構(gòu)，隨著使用年限的增加，出現(xiàn)混凝土面板破碎，泛水等病害，并長期無法根除，給行車舒適及安全性帶來嚴重影響，長期被司機及周邊群眾投訴。為改善路面的使用性能并解決路面病害，長期采用開挖破壞水泥混凝土板后使用瀝青碎石回填的辦法，但效果極差，造成人力、物力的浪費。為徹底解決隧道路面的問題，2013年啟動整治工程，本工程對沿線8座隧道進行處置，最長的達到3 000多米，最短的100多米，2013年8月2日開工，8月30日完工，至今已經(jīng)過去4年，從現(xiàn)場的情況來看，未出現(xiàn)滲水及裂縫，路面基本完好，說明該方案是可行的，現(xiàn)就整治維修方案及施工工藝進行交流探討[3]。

2.1 病害成因分析及整治方案確定

隧道路面作為一個封閉環(huán)境受雨水影響較小，但因隧道防排水施工存在缺陷及營運因素等影響，往往幾年后暴露出滲水等病害，同時隧道中央設(shè)有縱向排水管，由于多種原因排水并不暢通，在局部地段的累積上升至路面結(jié)構(gòu)層，在行車的反復(fù)碾壓下行車動水上升至路面面層，使路面混凝土產(chǎn)生如斷板、破碎、啃邊、錯臺等病害，帶來嚴重的安全隱患。因此，處理此類路面病害關(guān)乎成千上萬的車輛安全，社會意義重大。從近10年來多座隧道路面破壞原因分析看，筆者發(fā)現(xiàn)，隧道的排水系統(tǒng)不能正常工作是最大的原因，一般如果沒有出現(xiàn)泛水的隧道路面幾乎沒有出現(xiàn)明顯病害，但如果存在路面泛水現(xiàn)象，則路面破損則會加速，甚至發(fā)現(xiàn)泛水點后一年內(nèi)就會出現(xiàn)坑洞連片的情況，如果按照常規(guī)進行銑刨重鋪的辦法處理根本就無法進行根治，反而造成反復(fù)養(yǎng)護的情況[4-6]。

水泥路面維修一般采用破除碎板塊，重新澆筑水泥混凝土回補的方式，即使采用碎石化水泥路面后加鋪瀝青面層，但由于隧道內(nèi)采用碎石化設(shè)備施工存在極大的安全風險，因此也罕見有這種施工方法；直接加鋪瀝青混凝土面層，雖然方法簡單，施工技術(shù)成熟，但直接加鋪會抬高隧道路面高程，減小隧道凈空，且一段時間后由于混凝土板的剛性太強，導(dǎo)致路面裂縫較多，仍存在泛水現(xiàn)象，也無法解決，反而加速混凝土面層的破壞，無法滿足使用及耐久性要求。那么既要解決隧道路面存在的病害，又可以最大程度利用原有路面、采用有效的路面結(jié)構(gòu)形式，從而達到經(jīng)濟適用的目的來解決問題。

本項目方案設(shè)計為水泥混凝土置換破碎混凝土板塊后對水泥混凝土路面進行1 cm精細銑刨，施作一層橡膠應(yīng)力吸收層后加鋪4 cm SMA-13。開工后發(fā)現(xiàn)即使回填水泥混凝土，仍然無法解決地下水上滲的問題，隧道積水依然會上滲至路面。隨后召開多方參與的方案討論會，分析后認為：其滲水主要是隧道排水功能下降，大量滲水聚集在路面下相對較低的位置，行車碾壓下從板縫擠出造成，因此隔水或引水才可以解決這個問題，但引水出隧道顯然工程量過大，無法實現(xiàn)，經(jīng)多次討論，最終采用了以下方案：開挖破碎混凝土至隧道路面調(diào)平層，找到積水位置，等待至水位穩(wěn)定，標記水面位置，然后回填大粒徑碎石至水面以上5 cm，整平后其上再鋪土工布后澆筑水泥混凝土，混凝土標高略低于原水泥路面，以減少銑刨量。此方案最大的優(yōu)點是工程量小，讓地下滲水儲存于碎石空隙之間，通過長期緩慢下滲至隧道中央排水溝,保持瀝青路面基底的干燥，從而延長使用壽命。

2.2 處置工藝及質(zhì)量控制概述

在進行路面處置前先需要對滲入路面結(jié)構(gòu)層的水進行疏導(dǎo)，如果開挖隧道仰拱以上混凝土等結(jié)構(gòu)找到隧道縱向排水管，把滲水處的排水系統(tǒng)完善顯然工程量巨大，同時需要高速公路中斷交通，對于一般正常通行的高速公路都是不可取的，那么如何實現(xiàn)把地下水阻隔在路面結(jié)構(gòu)層與仰拱之間就顯得十分重要。本項目中采用了以下工藝：

1)隔水碎石層。

本工程的成敗就在于隔水層的設(shè)置，開挖已經(jīng)破碎的水泥混凝土面板，并向下開挖已經(jīng)破碎且浸泡在水里的混凝土調(diào)平層，超挖至少10 cm后，用粒徑37.5以上碎石回填，再用小型壓實機械進行碾壓，因不是級配碎石，碾壓平整即可，隨后鋪土工布一層，用于隔斷混凝土與碎石層。

2)回填混凝土。

因采用瀝青碎石回填雖然可以加快施工進度，但瀝青材料抗水損害能力差，所以采用干硬性早強C25混凝土回填，以加快施工速度，一般24 h強度就可達到15 MPa以上，具備施工瀝青面層的條件。

3)精細銑刨技術(shù)。

隧道混凝土路面由于長時間的通車，表面光滑、且板縫之間也存在錯臺，因此采用精細銑刨技術(shù)對表面進行改造和優(yōu)化。精細銑刨目的在于獲得一個新的、具有精確紋理的路面，能夠形成具有理想抗滑性能的平整路面(見圖1，圖2)。

4)橡膠應(yīng)力吸收層。

a.橡膠瀝青。

橡膠瀝青技術(shù)要求見表1。

b.集料。

應(yīng)力吸收層應(yīng)采用13玄武巖形成的碎石。在條件允許情況下，宜按照集料重量計0.2%～0.3%的瀝青進行預(yù)裹附。注意事項：預(yù)裹附所選用的集料堆放時間控制在2周以內(nèi)；裹附溫度在120 ℃以上。

表1 橡膠瀝青技術(shù)要求

c.主要施工機械。

涉及到的機械設(shè)備主要包括：橡膠瀝青生產(chǎn)設(shè)備、橡膠瀝青灑布車、碎石撒布機、輪胎壓路機、灑水車各1臺(套)。

d.橡膠瀝青應(yīng)力吸收層(AR-SAMI)施工工藝見圖3，圖4。

施工前應(yīng)進行基層的清掃、吹塵和清洗:第一步，通過拖地工具將基層表面全方位徹底打掃；第二步，拿2臺～3臺鼓風機(需要選用森林除火用途的設(shè)備)把浮灰清除(應(yīng)該按照沿縱向排成斜線方向)，最終目的就是盡可能將基層頂面的集料顆粒能夠部分顯現(xiàn)。

灑布粘層油：通常情況下，應(yīng)該最少取3種存在差別的橡膠粉含量開展試驗研究，首先，把瀝青的溫度控制在177 ℃～204 ℃范圍，將橡膠粉摻入。隨后進行攪拌至1 h后。最后再依據(jù)試驗結(jié)果選擇恰當?shù)南鹉z粉摻量。橡膠瀝青各項指標應(yīng)滿足表1技術(shù)要求。

進行灑布橡膠瀝青施工工序之前，以下方面值得關(guān)注：環(huán)境溫度保證在15 ℃以上；下承層需要保持干燥狀態(tài)，另外路緣石需要處在好的狀態(tài)；最后需要保證風速不會對橡膠瀝青灑布效果產(chǎn)生不利影響。

橡膠瀝青灑布。當選擇預(yù)裹附的集料方案時，瀝青的用量可適當減少；起步和終止位置應(yīng)鋪工程紙，以準確進行橫向銜接，灑布車經(jīng)過后應(yīng)及時取走工程紙；縱向銜接應(yīng)與已灑布部分重疊10 cm左右。

撒鋪碎石：在進行噴灑橡膠瀝青工序之后，必須即刻進行碎石的撒鋪工作。

碾壓：壓實方式需要選擇膠輪壓路機，兩遍碾壓，按照表2進行碾壓(規(guī)定時間內(nèi)必須完成)。

表2 施工時間要求

開始鋪設(shè)頂部瀝青混合料之前，需打掃應(yīng)力吸收層，以保障SAMI層與上面層之間的粘結(jié)。

其中應(yīng)力吸收層的施工必須跟頂部瀝青混凝土連貫實施，期間一般不允許放開交通，如果一定要放開交通，需要滿足一定條件，即必須等SAMI施工完成3 h后才可以，并且車輛速度控制在25 km/h以內(nèi)。

5)質(zhì)量管理。

a.在施工期間，需要檢測的項目主要有：橡膠瀝青性質(zhì)、橡膠瀝青灑布量、集料撒布量、剎車試驗、外觀檢查等。

b.檢驗方法及檢驗標準見表3。

瀝青面層根據(jù)各業(yè)主的實際需要進行選取，施工方法也為傳統(tǒng)方法，本文不再冗述。

3 結(jié)論及注意事項

從本案例來看，隧道路面改造成功的關(guān)鍵是對地下水的隔斷和橡膠應(yīng)力吸收層，如果地下水量較大時，需要考慮在設(shè)置碎石隔水層的同時把積水點的水從路側(cè)盲溝引出。橡膠應(yīng)力吸收層所用瀝青為熱瀝青，施工季節(jié)盡量選擇在氣溫較高的季節(jié)施工，灑布的碎石需要進行拌合樓預(yù)拌，在灑布時容易造成灑布困難，需要在施工時注意，如果出現(xiàn)露白現(xiàn)象需要人工及時跟進。