舊水泥混凝土路面評(píng)定及加鋪方案分析

摘要：文章以廣西某公路大化段為研究對(duì)象，通過對(duì)路面狀況的全面調(diào)查、檢測(cè)、評(píng)定，分析該道路的未來交通發(fā)展需求，并從施工周期、交通組織影響等方面，研究其路面加鋪改造設(shè)計(jì)方案，以期為廣西其他類似水泥混凝土路面的改造工程提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：舊水泥混凝土路面;評(píng)定;加鋪方案

0 引言

水泥混凝土路面不但具有較強(qiáng)的擴(kuò)散荷載能力，也具有較強(qiáng)的剛度以及良好的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于公路工程建設(shè)。但近十幾年以來，道路交通量隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而劇增，汽車軸載日益重型化，同時(shí)也受到當(dāng)?shù)厮臈l件等多種不良因素的影響，很多早期修建的水泥混凝土路面產(chǎn)生了多種破損現(xiàn)象，如結(jié)構(gòu)承載力過弱、路面壓損、出現(xiàn)裂縫等不良狀況，而改善其使用性能是當(dāng)今公路工程界所面臨的重要問題。鑒于此，通過加鋪瀝青混凝土的方式能有效解決這一問題。

1 工程概況

該工程項(xiàng)目位于河池市大化縣境內(nèi)，整體呈東南-西北走向，是貫通于整個(gè)河池地區(qū)的重要通道，長(zhǎng)度為56.475 km，本次的改造試驗(yàn)段樁號(hào)為K11+330～K31+490。工程項(xiàng)目標(biāo)段位于微丘地區(qū)，縱坡較多，且該地區(qū)雨量大，雨季長(zhǎng)，由于通車時(shí)間比較長(zhǎng)（通車已有十年之久），嚴(yán)重衰減了路面性能水平，整體路況比較差。為了保證該路段的整體服務(wù)質(zhì)量，以通車效率為核心，本次對(duì)其進(jìn)行路面加鋪改造，同時(shí)也能讓該路段的使用性能有所改善，為促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展提供更好的服務(wù)。

在進(jìn)行全線改造工程施工前，先選取一分段采用兩種不同的方案鋪設(shè)，通過實(shí)際加鋪效果的鮮明對(duì)比，才可以為后期的全線改造提供相應(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)。該路段路面的面層有24 cm的水泥混凝土，路面的寬度為40 m，雙向八車道，機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道、分隔帶和路肩的寬度依次為2 400 cm、1 000 cm、400 cm和200 cm，如圖1所示。路況現(xiàn)狀分級(jí)分段情況見表1。

2 路面改造設(shè)計(jì)原則

2.1 病害處治針對(duì)性原則

主要對(duì)水泥路面的破碎板、裂縫和脫空等不良現(xiàn)狀進(jìn)行改造，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)合理地優(yōu)化規(guī)整面板病害處治、路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)材料類型等，從而設(shè)計(jì)出有針對(duì)性的路面結(jié)構(gòu)方案。

2.2 設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)可行性原則

首先，在設(shè)計(jì)方案之前，對(duì)實(shí)際問題需要一一調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，由此才能確認(rèn)路面功能是否滿足具體要求，此外也應(yīng)當(dāng)滿足施工便捷、經(jīng)濟(jì)成本合理等要求，目的是達(dá)到投資收益的最大化。

2.3 求實(shí)創(chuàng)新原則

在路面加鋪設(shè)計(jì)過程中，不但要遵循適用、安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)約的原則，也應(yīng)當(dāng)合理地使用新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝。

2.4 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則

施工人員需堅(jiān)持貫徹“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工”的基本原則，與此同時(shí)，在施工的過程中，針對(duì)實(shí)際情況也要做好路面改造工程的“動(dòng)態(tài)調(diào)整”工作。

2.5 施工組織設(shè)計(jì)原則

實(shí)際工作中，改造項(xiàng)目分流能力受到多方面的限制，考慮到交通堵塞的實(shí)際問題，在老路改建的過程中，一般是禁止中斷當(dāng)前交通的，要以施工期間路面交通組織的影響降到最低為核心原則，事先應(yīng)當(dāng)選擇經(jīng)濟(jì)型以及可行度較高且便于施工的路面方案。

3 舊水泥混凝土路面評(píng)定

3.1 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

舊水泥路面狀況應(yīng)當(dāng)根據(jù)《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（J073.1-2001）的內(nèi)容采取斷板率（DBL）進(jìn)行重點(diǎn)評(píng)定。一般檢測(cè)人員需要通過彎沉檢測(cè)來評(píng)定舊水泥混凝土路面的承載能力，這基本上能從三個(gè)方面的性能狀況反映出來：（1）通過板中彎沉測(cè)試與剛度組成分析而得到下承層的彈性模量值;（2）根據(jù)板角彎沉測(cè)試的方法而判斷彎沉值;（3）通過跨過橫縫的兩個(gè)彎沉傳感器而將彎沉差和傳荷系數(shù)計(jì)算出來。此外，檢測(cè)人員需要通過現(xiàn)場(chǎng)取芯來檢測(cè)舊水泥混凝土厚度、板下基層情況以及病害的實(shí)際情況。針對(duì)完整的芯樣，檢測(cè)人員需要根據(jù)《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（J053-2018）中的實(shí)際內(nèi)容進(jìn)行混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，同時(shí)，在使用推薦公式對(duì)混凝土面板的彎拉強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)遵循《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JD40-2018）的有關(guān)規(guī)定。

3.2 路面狀況實(shí)際調(diào)查研究

3.2.1 交通量預(yù)測(cè)

目前，該路段交通早已顯得比較擁擠，圖2表明了各種車型交通量所占據(jù)的比重情況。由此可見，占據(jù)比重最大的是小型客車，達(dá)到了64.6%，而特大貨車和大貨車總共僅占據(jù)了總量的10%左右，且交通上存在著難以解決的嚴(yán)重超載和堵塞的不良問題，路面會(huì)因?yàn)槌d的大貨車而導(dǎo)致巨大的破壞，在車輛荷載的反復(fù)作用下，給路面造成了裂縫、錯(cuò)臺(tái)等病害。

3.2.2 破損調(diào)查和技術(shù)檢測(cè)

（1）DBL評(píng)定指標(biāo)：在經(jīng)過一系列的調(diào)查之后，發(fā)現(xiàn)第一行車道斷板評(píng)定為優(yōu)，據(jù)分析，該車道主要是小汽車行駛，而且交通荷載量不大，所以斷板頻率并不高;第二行車道和第一行車道有所差異，該行車道的斷板較為嚴(yán)重，評(píng)定為次，這是因?yàn)榻^大部分重載大貨車處于第二行車道和第三行車道行駛;最為嚴(yán)重的是第三行車道，評(píng)定為差，該行車道存在著連續(xù)性的縱向裂縫，主要原因是該行車道和邊分帶相互接壤，此車道的縱向裂縫是由于不均勻路基的沉降而導(dǎo)致的;非機(jī)動(dòng)車道斷板相對(duì)不多，評(píng)定為良，這是因?yàn)樵诜菣C(jī)動(dòng)車道中，行駛于該車道的主要是摩托車、自行車等，這些駕駛工具所造成的交通荷載不大，所以此車道斷板相對(duì)不多。兩幅車道DBL評(píng)定等級(jí)所占據(jù)的百分比如圖3和圖4所示。

（2）板塊脫空狀況評(píng)定：針對(duì)路面第一車道而言，因?yàn)槿蘸笮枰獙⑵涓脑鞛橹醒敕指魩?，所以此時(shí)并不能對(duì)其進(jìn)行有關(guān)于彎沉的檢測(cè)。行車道完整板中，大部分板的半角的彎沉必將<14 mm（±0.01 mm），這足以證明了當(dāng)前的脫空狀況不算嚴(yán)重。然而比較嚴(yán)重的是左幅非機(jī)動(dòng)車道的板塊脫空情況，所以需要較多的壓漿板。與此同時(shí)，板角彎沉>40 mm（±0.01 mm）脫空板的比重較少，之所以需要換板的數(shù)量降低，是因?yàn)槊摽諊?yán)重。相應(yīng)內(nèi)容如表2、表3所示。

（3）板間接縫傳荷能力評(píng)定：各個(gè)車道水泥板間接縫傳荷能力評(píng)定的結(jié)果較好，都在合格及合格以上，而合格以下（不含合格）僅有10%，表明了現(xiàn)有的完整板塊之間維持著良好的接縫傳荷能力。

（4）芯樣檢測(cè)評(píng)定：面板完好處芯樣維持著一定的完整性，而且行車道面板的總厚度接近240 mm，這基本能夠滿足設(shè)計(jì)的基本標(biāo)準(zhǔn)，反映出現(xiàn)有的水泥混凝土面板仍舊具備著良好的承載能力。若從室內(nèi)劈裂強(qiáng)度值來分析，表明原有的水泥混凝土面板整體上能保持著良好的強(qiáng)度水平，也比較適合于加鋪瀝青面層。

4 舊水泥混凝土路面加鋪方案分析

對(duì)于兩種不同的水泥混凝土板處理方案而言，首先，項(xiàng)目組應(yīng)當(dāng)以比選優(yōu)化的方式來分析，由此針對(duì)試驗(yàn)段所提出的兩種不同路面開始進(jìn)行加鋪結(jié)構(gòu)的作業(yè)，同時(shí)也為該路段后續(xù)大規(guī)模的改造過程積累更多的工程施工經(jīng)驗(yàn)。兩種舊水泥混凝土路面加鋪方案路面結(jié)構(gòu)如表4所示：

4.1 方案一分析

（1）橡膠瀝青混合料具備某些方面的特性，例如抗水損害能力、低溫抗裂性以及高溫穩(wěn)定性，和其他改性瀝青混合料相比，其抗老化性能以及抗疲勞性能更加優(yōu)越。同時(shí)，橡膠瀝青彈性恢復(fù)能力較好，可以有效地延緩反射裂縫。據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家研究，就防治反射裂縫來說，10 mm橡膠瀝青混合料等價(jià)于20 mm常規(guī)瀝青混合料層。

（2）瀝青路面的抗車轍性能需要通過中面層Superpave20路面提升。

（3）方案采用了ATB-25結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通常適宜于中重交通荷載，粗集料嵌鎖成骨料，細(xì)集料填充空隙而形成骨架密實(shí)型或者骨架空隙型結(jié)構(gòu)，目的是規(guī)避車輛荷載作用下的永久變形問題。同時(shí)，當(dāng)密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石在完全得到壓實(shí)后，可以大大增加路面的使用年限，讓永久變形和水敏感性減少，繼而對(duì)路面強(qiáng)度值的提升和穩(wěn)定性的提升有利。

4.2 方案二分析

（1）上面層采用SMA結(jié)構(gòu)，下面層采用SUP結(jié)構(gòu)，同時(shí)，上面層和下面層都采用了SBS改性瀝青，令結(jié)構(gòu)的抗車轍變形能力加強(qiáng)，由此能使路面抵抗重載以及超限運(yùn)輸能力有所加強(qiáng)。同時(shí)，因?yàn)槁访娌扇×薙MA結(jié)構(gòu)，不但有著良好的密水性，而且也存在著較強(qiáng)的抗滑能力，進(jìn)而讓路面抗水損害能力增強(qiáng)，同時(shí)也讓路表服務(wù)功能得到改善。

（2）當(dāng)前，不論是從施工技術(shù)方面來分析，還是從SMA設(shè)計(jì)方面來分析，二者均較為成熟。為了縮減公路維修費(fèi)用和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，使用SMA路面技術(shù)可以有效延長(zhǎng)道路使用年限。若從全壽命周期成本來分析，項(xiàng)目所在地區(qū)的氣候條件、交通情況等因素也是需要考慮在內(nèi)的。

（3）將200～300 mm的水泥穩(wěn)定碎石基層加鋪于路面上，提升了路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，尤其是非機(jī)動(dòng)車道的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的增強(qiáng)，令現(xiàn)有的非機(jī)動(dòng)車道也能滿足機(jī)動(dòng)車道行車荷載標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 后期全線改造方案研究

該試驗(yàn)段施工完成后，在2017年8月至10月進(jìn)行開放交通，試驗(yàn)人員經(jīng)過檢測(cè)，該試驗(yàn)段沒有產(chǎn)生裂縫、車轍等病害。經(jīng)過案例分析之后，證明了以上兩種方案的可行度較高，在施工的過程中還需要對(duì)當(dāng)?shù)卣?、?jīng)濟(jì)、施工工期以及交通組織等方面進(jìn)行考慮到之后才能確定該路段全線改造的方案，最后定為40 mm改性瀝青SMA-13 +80 mm改性瀝青SUP-20+5 mm瀝青下封層 +（200～300）mm水穩(wěn)碎石基層，并針對(duì)舊水泥混凝土破損嚴(yán)重的部分路面采取了換板以及壓漿處理。

5 結(jié)語

綜上所述，在眾多舊水泥混凝土路面修復(fù)的技術(shù)中，加鋪改造是最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法。但應(yīng)要特別注意的是，在加鋪改造過程中，首先要對(duì)路面狀況進(jìn)行全面的調(diào)查分析，通過大量的檢測(cè)、評(píng)定，才能得出具有針對(duì)性的合理加鋪改造方案。而且，務(wù)必要做到精心施工、精心管理，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，努力提高改造后道路的使用壽命。

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作者簡(jiǎn)介：蘇衛(wèi)禮（1980—），工程師，主要從事公路工程建設(shè)、公路養(yǎng)護(hù)管理工作。