沿海地區(qū)軟土地基瀝青砼路面病害與養(yǎng)護(hù)設(shè)計

闕毅慧

（漳州通正勘測設(shè)計院有限公司，漳州 363000）

0 引言

軟土地基在我國沿海地區(qū)分布廣泛， 沿海地區(qū)一般又是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，對公路交通需要迫切，瀝青路面因行車舒適、 修復(fù)方便等優(yōu)點而被廣泛用于大量的高等級公路。 然而由于日益嚴(yán)重的超載和軟土地基問題本身的復(fù)雜性，軟土地基質(zhì)量控制并沒有得到很好的解決，道路變形沉降依然存在，導(dǎo)致后期養(yǎng)護(hù)要花大量物力、財力、人力和時間進(jìn)行勘察設(shè)計和施工， 給工程質(zhì)量帶來極大的影響和考驗。

1 工程概況

國道357 線東山路段瀝青混凝土路面改造工程（K9+000～K12+100），路線全長3.1km。 二級公路，設(shè)計時速60km/h，路基寬度40m，雙向四車道，為半剛性瀝青混凝土路面，其結(jié)構(gòu)為4cm 厚SBS 改性SMA-13 瀝青瑪蹄酯碎石上面層+5cm 厚SBS 改性AC-20C 中粒式瀝青混凝土中面層+7cm 厚AC-25C 粗粒式瀝青混凝土下面層+20cm 6%水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm 厚4%水泥穩(wěn)定碎石基層+15cm 級配碎石。項目通車至今運營已有7 年，現(xiàn)狀瀝青路面已出現(xiàn)龜裂和沉陷等病害， 嚴(yán)重影響路面使用性能。

2 舊路調(diào)查

為了更有針對性提出合理的養(yǎng)護(hù)方案， 在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)設(shè)計前，針對舊路路況水平、結(jié)構(gòu)及材料老化程度和交通狀況等因素進(jìn)行深入分析。因此，對全線瀝青混凝土路面病害類型及程度進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查， 并逐樁繪制病害及其分布圖；對舊路面彎沉進(jìn)行檢測；對路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行取芯分析；同時調(diào)查項目范圍內(nèi)交通量及軸載等。

2.1 舊路面狀況評定

2.1.1 路面狀況指數(shù)PCI 評定

根據(jù)對舊瀝青路面的病害統(tǒng)計， 路面累計損壞面積7095.9m2，調(diào)查面積68200m2，破損率為10.4%，路面狀況指數(shù)PCI 和PCI 評定等級如下(見表1)：

表1 路面狀況指數(shù)PCI 匯總表

從表1 可以看出，左幅路面狀況優(yōu)于右幅，總體路面狀況指數(shù)PCI=60.6%，路面破損狀況評定等級為“次”。

2.1.2 舊路面彎沉檢測

為了解路段整體路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度， 采用激光自動彎沉儀對全線行車道進(jìn)行彎沉檢測， 檢測頻率為50 點/（km·車道），檢測結(jié)果見表2：

表2 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI 一覽表

從彎沉檢測結(jié)果可看出， 左幅路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)于右側(cè)，但總體來說，路面整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足。

2.1.3 舊路面取芯

路面取芯檢測采用鉆孔取芯法對路面典型病害進(jìn)行分析。 本次鉆取芯樣直徑為150mm，對全線進(jìn)行篩選，共取病害斷面6 個，根據(jù)芯樣厚度、外觀、孔壁和孔底情況綜合分析該路段的病害發(fā)生層次，具體如表3 所示。

表3 路面取芯匯總表

根據(jù)現(xiàn)場取芯結(jié)果，行車道上面層結(jié)構(gòu)完整，中面層和下面層的瀝青混合料出現(xiàn)不同程度的松散，6%水泥穩(wěn)定碎石層局部松散。

2.2 交通荷載調(diào)查及交通量預(yù)測

2.2.1 車輛分布系數(shù)及軸載換算系數(shù)

通過現(xiàn)場車輛調(diào)查，大型客車和貨車交通量為5983輛/日， 交通量年增長率為5.0%， 方向系數(shù)取50.0%，車道系數(shù)取60.0%。車輛類型分布系數(shù)如表4 所示。根據(jù)公路的車輛滿載情況及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的調(diào)查分析， 得到各類車型當(dāng)量設(shè)計軸載換算系數(shù)如表5 所示。

表4 車輛類型分布系數(shù)

表5 車輛當(dāng)量設(shè)計軸載換算系數(shù)

2.2.2 計算軸載累計作用次數(shù)

2.3 路面病害原因分析

公路沿線范圍內(nèi)沿線分有軟弱土層、液化砂層分布。原設(shè)計針對軟土地基有進(jìn)行專項設(shè)計， 處治的措施包括換填碎石墊層、碎石樁等，并鋪筑了試驗路，但在運營了多年后，仍然存在路基不均勻沉降的情況。

通過現(xiàn)場附近的走訪， 了解到之前公路附近建有采砂場一座，砂車超載現(xiàn)象較為普遍。

右幅是砂車滿載出場的必經(jīng)路，左幅是空車進(jìn)場。這與現(xiàn)場調(diào)查右側(cè)車道病害較為嚴(yán)重相吻合。 加上近期該公路二期建設(shè)，工程車進(jìn)出，加速了路基的不均勻沉陷，進(jìn)而使路面產(chǎn)生沉陷及龜裂等病害。

因此， 該路段路面病害的原因是軟土地基結(jié)構(gòu)承載力不足，強(qiáng)度較弱，再加上重載、超載車輛荷載作用，導(dǎo)致路面局部沉陷。

3 加鋪瀝青砼路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 加鋪方案比選

加鋪方案的選用主要考慮不同軟基處理措施和面層加鋪厚度來選擇， 擬定以下三種加鋪比選方案，見圖1：

三種方案的優(yōu)缺點比較見表6：

圖1 三種路面加鋪方案

表6 三種路面加鋪方案優(yōu)缺點比較表

根據(jù)舊路面狀況評定結(jié)果，且從投資、工期、交通影響等諸多方面綜合考慮，確定本項目采用基層注漿處置+加鋪12cm 瀝青混凝土面層修復(fù)方案。

3.2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.1 加鋪瀝青面層厚度的計算

根據(jù)軸載試驗及交通量的預(yù)測， 計算得出設(shè)計使用年限內(nèi)設(shè)計車道累計大型客車和貨車交通量為6273765， 交通等級屬于中等交通。 采用東南大學(xué)HPDS公路路面計算程序進(jìn)行計算，確定加鋪瀝青面層的厚度。

設(shè)計參數(shù)取值如下表7：

表7 瀝青混合料、基層材料的設(shè)計參數(shù)

根據(jù)計算，得出計算結(jié)果見表8：

表8 路面設(shè)計計算結(jié)果表

3.2.2 瀝青混凝土面層結(jié)構(gòu)

3.2.2.1 路面抗滑表層

改性SMA-13 與改性AC-13C 瀝青混合料的性能對比如表9 所示：

表9 表面層性能對比表

考慮到施工水平和經(jīng)濟(jì)性要求， 本項目抗滑表層采用4.0cm 厚SBS 改性AC-13C。

3.2.2.2 中面層

中面層大多采用4～10cm 的中粒式連續(xù)級配組成的瀝青混凝土。 根據(jù)《福建省普通公路精細(xì)化設(shè)計指南》及工程實際情況， 本項目中面層選用7.0cm 厚中粒式改性瀝青混凝土（AC-20C）。

經(jīng)過上述分析計算， 確定本項目加鋪瀝青的結(jié)構(gòu)層為：5cm 厚SBS 改 性AC-13C 上 面 層 瀝 青 砼+7.0cm 厚SBS 改性瀝青砼AC-20C 中面層，每m2造價約232 元。

4 改造后路面性能指標(biāo)

路面的使用性能是反映路面能否持續(xù)為行駛車輛提供安全、舒適、經(jīng)濟(jì)的服務(wù)水平的特性。 本項目交工前進(jìn)行了相關(guān)路面性能指標(biāo)的檢測驗收， 其結(jié)果如下(見表10)：

表10 路面性能指標(biāo)

從表10 可知， 各驗收指標(biāo)值都符合規(guī)范或設(shè)計要求，加鋪后路表彎沉值均不超過0.22mm，平均彎沉值為0.14mm，說明加鋪后路面承載力較高，結(jié)構(gòu)層整體性好，滿足遠(yuǎn)景交通量要求；路面平整度不超過1.0mm，平均值為0.92mm，說明加鋪后瀝青路面行車舒適性較好；路面構(gòu)造深度均大于0.55mm，平均值為0.94mm，說明加鋪后瀝青路面抗滑性能較好，行車安全性較高。通過以上實測路面性能指標(biāo)，說明本設(shè)計方案是可行的，達(dá)到預(yù)期的路面修復(fù)效果。

5 結(jié)語

本文結(jié)合國道357 線東山路段瀝青混凝土路面改造工程，全面介紹在舊瀝青混凝土路面養(yǎng)護(hù)修復(fù)設(shè)計過程。通過對舊瀝青混凝土路面進(jìn)行病害調(diào)查、彎沉檢測、交通量預(yù)測、方案比選，確定舊路處治方式和加鋪瀝青路面的厚度及結(jié)構(gòu)組成， 為今后修復(fù)類似瀝青路面病害提供借鑒。