高速公路隧道路面加鋪材料研究

梁?jiǎn)⑹?/p>

摘要：文章以來(lái)賓至馬山高速公路、馬山至平果高速公路為例，對(duì)高速公路長(zhǎng)隧道水泥路面加鋪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，在不破壞隧道原路面的原則上，采用快速便捷不影響交通的加鋪手段改造原有水泥混凝土路面，提高隧道路面的抗滑性能和耐久度等性能。

關(guān)鍵詞：隧道;路面;加鋪

0 引言

隧道作為公路穿越山嶺的重要節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，越來(lái)越多地出現(xiàn)在我國(guó)廣大山地地區(qū)。而由于隧道的不可移動(dòng)和整體拆卸性，對(duì)隧道進(jìn)行提升改造和徹底重建往往不具備可實(shí)施性，而針對(duì)隧道的病害，只能采用修整補(bǔ)漏的方法，針對(duì)病害逐個(gè)擊破。本文即以來(lái)馬路、馬平路小明山隧道為例，介紹其在服役過程中出現(xiàn)的諸多路面病害，并根據(jù)病害類型，提出了一組路面加鋪的優(yōu)選材料，力圖在不破壞現(xiàn)有隧道路面的基礎(chǔ)上，最大化地延長(zhǎng)路面使用壽命。

1 工程簡(jiǎn)介

來(lái)馬路、馬平路是國(guó)家交通部規(guī)劃中的“射9”及“橫4”的重要組成部分，是廣西高速公路路網(wǎng)中具有里程碑意義的一環(huán)，其連接了廣西東西走廊及南北貫通線。公路設(shè)計(jì)為一級(jí)公路，設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h，采用雙向四車道的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面，路基寬度普遍為26m，局部根據(jù)橫坡有微拓寬段及超高段。公路整體路面材料采用一般瀝青混凝土路面，隧道中間路面為水泥混凝土路面，下雨天氣路面潮濕狀態(tài)下隧道抗滑系數(shù)明顯偏低，運(yùn)營(yíng)后經(jīng)常發(fā)生交通事故。出入口約300m處為瀝青路面過渡段。

該線路位于北回歸線附近，屬亞熱帶季風(fēng)氣候環(huán)境，夏季高溫多雨，冬季溫和濕潤(rùn)。以東南風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，常年濕度較大、氣溫較高，年均降水量超過1700mm，集中降水于春季及夏季，是廣西區(qū)內(nèi)著名的雨量匯集區(qū)。年均氣溫在20.9℃左右;極端最高氣溫39.7℃，極端最低氣溫-1.7℃，整體溫差較大，對(duì)混凝土而言，容易引起反復(fù)的熱脹冷縮，因而路面較易破裂受損。

2 路面情況

小明山隧道為分離式隧道，位于馬山縣喬利鄉(xiāng)定月屯與那陸屯之間，右行線起訖樁號(hào)為K170+998～K173+083（K346+820～K349+015），全長(zhǎng)2195m，出口采用廣西山區(qū)常用的削竹式洞門，入口則采用較為常見的端墻式洞門;左行線起訖樁號(hào)為K170+977～K173+021（ZK346+825～ZK349+020），全長(zhǎng)2195m，入口采用端墻式洞門，出口采用削竹式洞門。

隧道底高程為221.006～255.291m，設(shè)計(jì)路基寬度為28m，縱坡均為單向坡，縱坡坡率為-1.200%和-1.950%。

隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）公路等級(jí)：高速公路，雙向四車道。

（2）汽車荷載等級(jí)：公路-Ⅰ級(jí)。

（3）設(shè)計(jì)行車速度：100km/h。

（4）隧道建筑限界：凈高5m，凈寬10.75m，如表1所示。

（5）地震：基本地震烈度為VI度，可采取簡(jiǎn)易設(shè)防。

來(lái)馬路、馬平路中的小明山隧道出入口300m范圍內(nèi)，采用面層為瀝青路面的復(fù)合式路面，其余中部行車路面采用水泥混凝土路面，并在路面縱向等間距刻槽。于2015-12-29通車后，由于下雨天氣混凝土路面抗滑性能存在不足，導(dǎo)致事故頻發(fā)，其余運(yùn)營(yíng)情況良好。

隧道內(nèi)路面總寬度為8.5m，設(shè)置內(nèi)外側(cè)車道各3.75m，邊部路緣帶分別為0.5m及1.0m。隧道水泥混凝土路面面層為30cm水泥混凝土，隔離層為二布一膜+熱瀝青防水隔離層，基層為20cmC20混凝土（無(wú)仰拱段+15cmC20混凝土調(diào)平層），總厚度為73cm（無(wú)仰拱）/58cm（有仰拱）。

隧道內(nèi)水泥混凝土路面經(jīng)過8個(gè)月的通車運(yùn)營(yíng)后，構(gòu)造深度降至0.37～0.45mm之間，不滿足特殊水泥混凝土路面構(gòu)造深度0.8～1.2mm的要求，路面抗滑性能不足。路面損壞較少，只發(fā)現(xiàn)6處角隅斷裂及5處水泥混凝土路面板底局部脫空松散。

3 隧道路面存在的問題

3.1 路面抗滑不足

通過對(duì)路面抗滑性能的檢查，得知小明山隧道水泥混凝土路面抗滑性能普遍在次、差范圍內(nèi)，特別是由于廣西地區(qū)氣候多變，因降水量大而集中、溫差較大造成的路面整體干燥與潮濕的交替周期較長(zhǎng)，造成路面抗滑能力降低較快，其主要原因?yàn)橐韵聨c(diǎn)：（1）構(gòu)造深度減小，經(jīng)過長(zhǎng)期的行車荷載，車輪打磨，混凝土表面刻紋慢慢磨平，構(gòu)造深度變小導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低;（2）隧道內(nèi)濕度較大，通風(fēng)少，造成隧道混凝土路面上表面濕滑;（3）隧道內(nèi)排水系統(tǒng)較為簡(jiǎn)陋，隧道區(qū)間內(nèi)輕微堵塞造成整條隧道的滲漏水無(wú)法順暢排出，繼而路面積水，導(dǎo)致路面濕滑;（4）施工過程的各種因素;（5）尾氣污染，因長(zhǎng)隧道采用自然通風(fēng)，氣流流動(dòng)慢，尾氣中燃燒不充分的油污直接吸附在混凝土路面的面層，相當(dāng)在面層上鍍了一層油膜。

3.2 隧道內(nèi)裂縫及斷板

作為典型的剛性路面之一，水泥混凝土路面同樣存在著抗拉、抗剪能力弱即抵抗形變能力較差的劣勢(shì)。有些原路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不均勻、離散。在不設(shè)置仰拱的區(qū)域，水泥板受力不均，同時(shí)還承受隧道側(cè)墻的擠壓力，在超重車的作用下，易產(chǎn)生裂縫。

3.3 隧道內(nèi)水泥混凝土路面發(fā)生局部滲水、涌水

小明山隧道由于排水系統(tǒng)被堵塞，導(dǎo)致水無(wú)法從排水系統(tǒng)排出造成路面出現(xiàn)滲漏水、涌水等情況，過往車輛經(jīng)過水面時(shí)易打滑影響行車安全，同時(shí)車輛荷載通過水壓力直接傳遞至基層也會(huì)造成路面面板損壞。

綜上所述，隧道內(nèi)水泥混凝土路面抗滑運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，在各方面因素的影響下，難以滿足規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，裂縫、坑洞、露骨、板角斷裂等病害較為常見多發(fā)，嚴(yán)重時(shí)可造成路面裂縫擴(kuò)張為斷面的情況。

3.4 綜合整治方案

根據(jù)上述分析，可知現(xiàn)今來(lái)馬路、馬平路中的小明山隧道整體混凝土路面已喪失其大部分抗滑能力，且破損較為嚴(yán)重，會(huì)危及未來(lái)的行車安全，因而對(duì)其整治修復(fù)刻不容緩。但由于來(lái)馬路、馬平路日常通行量較大，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間封閉道路進(jìn)行路面重筑，需采取短時(shí)有效的修補(bǔ)方案。根據(jù)以上需求，提出了原路面加鋪的方案，其工藝成熟，施工效率高且速度快，對(duì)交通影響較小。根據(jù)以上思路，下節(jié)將針對(duì)加鋪材料進(jìn)行重點(diǎn)分析。

4 加鋪材料研究

4.1 加鋪方案比選

上述對(duì)小明山隧道主要存在的問題進(jìn)行了梳理，因而對(duì)新加鋪路面的要求是必須能解決上述問題，即滿足抗裂、抗滑、阻水等性能。根據(jù)現(xiàn)今路面常用加鋪方式提出四種方案：（1）改性瀝青SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石面層;（2）加鋪厚度為5～7mm的環(huán)氧樹脂抗滑層;（3）加鋪橡膠改性瀝青ARC-13;（4）加鋪改性瀝青AC-13C混合料。就各種材料的施工材料性能要求、施工控制、工期及其后期養(yǎng)護(hù)維修等方面進(jìn)行分析比較，如表2所示。

結(jié)合小明山隧道實(shí)際情況，通過對(duì)各瀝青混合料的性能、施工因素、工期、經(jīng)濟(jì)性、[JP+1]應(yīng)用情況等進(jìn)行綜合比較分析：方案（1）即改性瀝青SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石面層，作為隧道路面加鋪的最終設(shè)計(jì)方案。

4.2 SMA集料技術(shù)要求

4.2.1 集料技術(shù)要求

路面結(jié)構(gòu)集料片石和碎石光強(qiáng)度要符合要求，需干凈，不能含泥及風(fēng)化巖層，且粗集料粒徑要>2.36mm。

4.2.2 細(xì)集料

SMA-13細(xì)集料采用輝綠巖，集料使用前應(yīng)先沖洗干凈，再進(jìn)行干燥處理并保證處理完后的集料無(wú)其他雜質(zhì)及風(fēng)化巖層。

4.2.3 瀝青混合料路面填料

填料優(yōu)先選用礦粉，該礦粉采用石灰?guī)r堿性石料精磨得到，[JP+1]加工過程中需去除其內(nèi)部雜質(zhì)及污染物，同時(shí)對(duì)填料做除濕處理，確保質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 粘層材料

粘層瀝青采用0.3～0.5kg/m2的PCR改性乳化瀝青，技術(shù)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到表3的各項(xiàng)要求：

值得注意的是，品種不同破乳速度與集料的粘附性有差別。除了對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定外，用于工程上的材料及施工質(zhì)量的試驗(yàn)都要用施工的石料進(jìn)行。

4.4 接縫及填縫材料

（1）脹縫接縫板：常見的接縫板有塑膠、橡膠泡沫、瀝青纖維三種材料，應(yīng)當(dāng)注意的是，無(wú)論哪種材料，其吸水后的壓縮應(yīng)力均不應(yīng)小于不吸水狀態(tài)下的90%，其技術(shù)要求見表4的規(guī)定。

（2）填縫材料：

假縫、施工縫及原有水泥混凝土路面需要修補(bǔ)的裂縫必須要使用聚氨酯類填縫料，其技術(shù)要求必須符合表5所列的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合廣西地理?xiàng)l件、氣候特點(diǎn)，以來(lái)馬路、馬平路小明山隧道為案例，對(duì)高速公路長(zhǎng)隧道水泥路面加鋪材料進(jìn)行了研究，致力于提高路面的抗滑性能、耐久度。對(duì)現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀分析，研究結(jié)論如下：

（1）廣西日照充足，季風(fēng)影響明顯，常年濕度較大、氣溫較高，因而容易引起隧道抗滑性能下降，整體隧道路面斷裂，路面滲水等現(xiàn)象發(fā)生。但考慮到交通流量大無(wú)法斷面封路施工，故采用加鋪方案可以最大化減少施工干擾。

（2）根據(jù)施工材料性能要求、施工控制、工期及其后期養(yǎng)護(hù)維修等方面的綜合比選，決定采用加鋪改性瀝青SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石面層作為最終加鋪方案，該方案能提高路面抗滑能力，增強(qiáng)路面抗裂性，避免路面滲水，值得在廣西地區(qū)的公路隧道中推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉新權(quán).隧道路面阻燃、降噪瀝青鋪裝層材料的研究與開發(fā)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2008.

[2]易國(guó)良.無(wú)砂大孔混凝土在公路隧道路面基層中的應(yīng)用[C].中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)第十一屆、隧道及地下工程分會(huì)第十三屆年會(huì)論文集，2004.

[3]鄭春娟.長(zhǎng)大隧道露石水泥混凝土路面工藝性能[J].山西建筑，2018，44（22）：154-155.

[4]來(lái) 永.薄層環(huán)氧抗滑層路面在廣西六河高速公路關(guān)西隧道的應(yīng)用[J].西部交通科技，2017（9）：22-25.

[5]楊明華.公路隧道路面柔性水泥混凝土應(yīng)用研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2005.