同安大道工程病害分析及改造設(shè)計(jì)
——海翔大道-舊324國道段

林 琳

(廈門市市政建設(shè)開發(fā)有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

2010年，國務(wù)院批準(zhǔn)廈門經(jīng)濟(jì)特區(qū)擴(kuò)大到全市，同安區(qū)納入經(jīng)濟(jì)特區(qū)版圖。廈門市總體規(guī)劃提出“優(yōu)化本島、拓展島外、兩翼并舉、各有側(cè)重、集約高效、持續(xù)發(fā)展”的城市空間發(fā)展策略，區(qū)內(nèi)交通量顯著增加。同安大道(海翔大道-舊324國道段)原為白云大道(海翔大道-舊324國道段)，經(jīng)濟(jì)特區(qū)范圍擴(kuò)大前設(shè)計(jì)實(shí)施，運(yùn)行多年后病害發(fā)展嚴(yán)重，道路現(xiàn)狀已不能滿足車輛舒適、快捷通行的需求，故，對其進(jìn)行病害分析及改造設(shè)計(jì)，以滿足交通量增長的使用需求。

1 工程概況

1.1 現(xiàn)狀介紹

同安大道現(xiàn)狀為雙向四車道城市主干路，寬40m。起點(diǎn)位于海翔大道的美星立交處，終點(diǎn)位于舊324國道交叉口，南北走向，長約6.5km。其中，海翔大道-美禾九路段現(xiàn)狀為水泥混凝土路面，全長945m，樁號(hào)范圍：K0+200～K1+145，廠區(qū)道路標(biāo)準(zhǔn)(于2008年前建成通車)，美禾九路-舊324國道段現(xiàn)狀為瀝青混凝土路面，全長5.535km，樁號(hào)范圍：K1+145～K6+580(其中美禾九路-新324國道段于2013年1月建成通車，新324國道-舊324國道段于2010年2月建成通車)。

1.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本次同安大道提升改造，項(xiàng)目起終點(diǎn)不變，約6.5km，城市主干道，寬40m，雙向6車道，設(shè)計(jì)車速60km/h。設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)車道路面結(jié)構(gòu)由上至下分別為：4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土SMA-13(改性I-D級(jí))+6cm 中粒式瀝青混凝土AC-16C(改性Ⅲ-D級(jí))+8cm 粗粒式瀝青混凝土AC-25C(70號(hào))+1cm ES-3型乳化瀝青稀漿封層+32cm 5%水泥穩(wěn)定碎石基層+18cm 3%水泥穩(wěn)定碎石基層+15cm級(jí)配碎石墊層[1]。

1.3 已承受的交通荷載及預(yù)計(jì)的交通需求

在同安區(qū)未納入經(jīng)濟(jì)特區(qū)范圍時(shí)，同安大道遠(yuǎn)期交通量設(shè)計(jì)等級(jí)為中等；隨著片區(qū)沿線地塊開放、產(chǎn)業(yè)發(fā)展，據(jù)2016年交通量調(diào)查，該大道單向交通量已達(dá)26 903pcu/d，其中“大客車及中型以上各種貨車交通量”達(dá)1945(輛/d/車道)(占比約14.5%)。根據(jù)交通量預(yù)測，2020年該大道單向交通量約為31 526pcu/d，2030年該大道單向交通量約為36 991pcu/d，交通等級(jí)重交通。

2 路面損壞狀況調(diào)查評(píng)定

2.1 現(xiàn)狀道路病害調(diào)查方法介紹

2.1.1調(diào)查路面破損狀況

由2人調(diào)查小組沿線目測路段上出現(xiàn)的損壞和嚴(yán)重程度，丈量范圍后記錄在調(diào)查表上。主要內(nèi)容：記錄水泥路面板塊數(shù)，瀝青路面面積、長度和裂縫條數(shù)。

2.1.2測定道路承載力

水泥混凝土路面：每4塊板選一測點(diǎn)，在橫向接縫板距板角30cm～50cm處，使用落錘式彎沉儀(FWD)測定，計(jì)算測點(diǎn)彎沉，評(píng)價(jià)路面承載能力、接縫傳荷能力，確定舊水泥混凝土路面基層頂面當(dāng)量回彈模量[2]。

瀝青混凝土路面：每20m設(shè)置測點(diǎn)，使用落錘式彎沉儀測定，評(píng)價(jià)原路面結(jié)構(gòu)承載能力；根據(jù)需要，在彎沉調(diào)查基礎(chǔ)上取芯，了解病害出現(xiàn)層位范圍。

2.2 道路調(diào)查檢測

委托檢測單位獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)，由于篇幅限制，本文僅列舉各檢測表的統(tǒng)計(jì)和分析結(jié)果，如表1所示。

2.2.1路面損壞狀況調(diào)查

海翔大道-美禾九路段水泥混凝土路面：水泥板塊的病害主要以裂縫和破碎板為主。

右幅路段水泥板塊422塊(表2)，含破損板97塊，斷板率23.0%，等級(jí)差；左幅路段水泥板塊426塊，含破損板68塊，斷板率16.0%，等級(jí)次?？偹喟鍓K848塊，含破損板165塊，斷板率19.46%，等級(jí)次[3]。

表1 水泥路面病害類型數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

表2 水泥路面破損板塊數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

美禾九路-舊324國道段瀝青混凝土路面：瀝青混凝土路段主要病害為大面積的龜裂和松散等結(jié)構(gòu)性的破損：網(wǎng)狀裂縫縱橫交錯(cuò)，縫寬1mm以上，縫距40cm以下，1.2m以上。全線4處坑槽，1處面積2.5m2程度重，3處面積不足1m2程度輕(表3)。

表3 瀝青混凝土路面病害類型數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

2.2.2路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

圖1 左幅水泥路面彎沉變化趨勢圖

檢測接縫傳荷能力時(shí)，在左幅采集102個(gè)樣本，右幅修復(fù)中不具備檢測條件(表4)。

表4 水泥混凝土路段接縫傳荷能力統(tǒng)計(jì)表

在該路段左幅破損板位置取芯樣2個(gè)(表5)。

表5 水泥混凝土路段芯樣情況

美禾九路-舊324國道段瀝青混凝土路面：該路段彎沉整體較差，結(jié)構(gòu)承載力不足(表6)。

表6 瀝青混凝土路段彎沉比例統(tǒng)計(jì)表

在彎沉值小于60區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)典型病害的位置取芯,共取芯3處，2處破損至水穩(wěn)層，1處破損未至水穩(wěn)層，破損至基層比例66.7%(表7)。

表7 瀝青路面路段芯樣情況

2.2.3路面總體狀況評(píng)價(jià)及病害原因分析

海翔大道-美禾九路段水泥混凝土路面：水泥路面病害形式破碎、裂縫為主，等級(jí)次；平均檢測彎沉值小于45(0.01mm)，接縫傳荷能力優(yōu)良率只有34.3%?？傮w而言，水泥路面破損嚴(yán)重，承載力不足。主要病害原因分析如下：

(1)縱向裂縫：主要由路基不均勻沉降造成。

(2)橫向裂縫：①施工質(zhì)量不佳：混凝土澆筑后切縫不及時(shí)；同安區(qū)域高溫潮濕，受環(huán)境溫差影響大，路面養(yǎng)護(hù)不到位。②路面材料不佳，強(qiáng)度低。初期以廠區(qū)道路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，主要為附近食品及醫(yī)藥工業(yè)園區(qū)運(yùn)輸產(chǎn)品服務(wù)，所選水泥、外加劑等路面材料標(biāo)準(zhǔn)低。

(3)網(wǎng)狀裂縫和破碎：①當(dāng)縱、橫向裂縫未及時(shí)修復(fù)，在同安區(qū)雨多量大情況下，路表水沿縫隙進(jìn)入基層，若排水不暢，荷載反復(fù)作用，裂縫將進(jìn)一步發(fā)展成網(wǎng)狀裂縫，甚至出現(xiàn)路面破碎。②水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不佳，按廠區(qū)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的路面板厚度不足、強(qiáng)度偏低。③隨著規(guī)劃調(diào)整同安區(qū)域交通量增加，且該處海翔大道立交通車后引導(dǎo)大量重載交通經(jīng)過，荷載增加顯著，交通量等級(jí)由中等變?yōu)橹亟煌?，遠(yuǎn)超當(dāng)初設(shè)計(jì)交通量。

(4)邊角剝落：①接縫傳荷能力差，在車輪作用下易出現(xiàn)邊角剝落。②脹、縮縫或施工縫填料選擇不當(dāng)，接縫損壞被雜物堵塞未及時(shí)清理，路表水沿縫隙滲入基層,排水不暢，細(xì)料過多，基層材料耐沖刷性較差。在荷載反復(fù)作用下，真空吸力使板角處產(chǎn)生唧泥，板下被沖刷掏空，造成板角應(yīng)力集中出現(xiàn)邊角剝落。

美禾九路-舊324國道段瀝青混凝土路面：瀝青混凝土路面龜裂程度重；坑槽少量，水穩(wěn)層出現(xiàn)開裂。路段彎沉整體較差，結(jié)構(gòu)承載力不足。主要病害原因分析如下：

(1)縱向裂縫：裂縫走向基本與行車方向平行，裂縫長度和寬度不一，主要集中在行車道輪跡分布密集處。①瀝青面層分幅攤鋪接茬處未處理好，在車輛荷載及大氣因素作用下逐漸開裂。②路基壓實(shí)度不均勻或路基邊緣受水侵蝕產(chǎn)生不均勻沉陷引起。

(2)橫向裂縫：現(xiàn)狀橫向裂縫與路中心線基本垂直，縫寬不一，縫長貫穿部分路幅或整個(gè)路幅。裂縫一般比較規(guī)則，每隔一定距離產(chǎn)生一道裂縫，裂縫間距大小取決于當(dāng)?shù)貧鉁睾蜑r青面層與半剛性基層材料的抗裂性能。

(3)網(wǎng)狀裂縫：裂縫縱橫交錯(cuò)。網(wǎng)狀裂縫產(chǎn)生和施工質(zhì)量、氣候環(huán)境影響有關(guān)，更與重型荷載反復(fù)作用相關(guān)。究其因，主要是①同安區(qū)域整體車輛數(shù)增長；②路段作為同安區(qū)域外圍主干道過境車輛多；③附近同集路施工，大量車載被引導(dǎo)至此。所以，該路段短時(shí)間內(nèi)比同安區(qū)域其他主干道承擔(dān)了更多荷載作用，瀝青面層疲勞開裂，水穩(wěn)層失去面層柔性保護(hù)且強(qiáng)度達(dá)不到承載要求開裂，路面結(jié)構(gòu)整體受損。

(4)坑槽：瀝青路面坑槽產(chǎn)生，往往都有一個(gè)形成的時(shí)間過程，開始時(shí)是局部網(wǎng)狀裂縫進(jìn)而龜裂松散，在行車荷載和雨水等因素下逐步形成坑槽。在路面開裂情況下，由于同安區(qū)多雨，水極易進(jìn)入瀝青路面層滯留，導(dǎo)致瀝青混合料粘結(jié)力下降。當(dāng)集料與瀝青膜剝離后，荷載作用對基層產(chǎn)生作用力，基層局部松落形成灰漿從路面縫隙向上擠出，在路面上形成白色唧漿，如此反復(fù)循環(huán)，最終形成水損害性坑槽。

綜上，同安大道水泥路面和瀝青路面破壞主要內(nèi)因是，道路設(shè)計(jì)承載力、耐久性不足；主要外因是，該路段交通量增長過快，重載比例大，導(dǎo)致病害加速。

3 道路改造設(shè)計(jì)

基于同安區(qū)炎熱多雨，夏季高溫和年降雨量大，對瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、抗滑性、防滲性具有不利影響。材料選擇時(shí)，瀝青混合料選用密實(shí)型中粒式或細(xì)粒式作為面層，孔隙率一般為3%～5%，可以防止水害，熱季不會(huì)泛油，且抗裂性、疲勞強(qiáng)度和耐久性均較為優(yōu)越。SMA-13瀝青混合料作為表面層具有平整密實(shí)、抗滑耐磨、穩(wěn)定耐久性等服務(wù)功能，并具有高溫抗車轍、低溫抗開裂、抗老化的品質(zhì)。在重交通情況下，普通瀝青動(dòng)穩(wěn)定度上限僅為1500次/mm，無法達(dá)到該交通等級(jí)上、中面層動(dòng)穩(wěn)定度Ds≥3000次/mm技術(shù)要求。故上、中面層瀝青材料SMA-13調(diào)整為改性I-D級(jí)；AC-16C(70號(hào))調(diào)整為改性Ⅲ-D級(jí)[4]。

同安大道設(shè)計(jì)改造時(shí)，提出加鋪補(bǔ)強(qiáng)和挖除新建兩個(gè)方案進(jìn)行比選。針對同安大道作為區(qū)域外環(huán)主干路的特點(diǎn)，考慮各因素后選擇加鋪補(bǔ)強(qiáng)方案。該方案具有施工方便、工期短、對交通干擾少、較為經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)。具體改造如下：

海翔大道-美禾九路段水泥混凝土路面：對現(xiàn)狀出現(xiàn)病害的水泥混凝土路面先進(jìn)行維修處治：①混凝土面板需要整塊更換或局部(板邊或板角)修補(bǔ)的,若基層未破壞，直接用C35混凝土(抗彎拉強(qiáng)度不小于5.0MPa)恢復(fù)到原路面標(biāo)高，再進(jìn)行加鋪處理；當(dāng)基層損壞時(shí)，先對基層進(jìn)行處治，處治厚度與原基層厚度相同，再用C35水泥混凝土恢復(fù)至原路面標(biāo)高。新、舊水泥板間設(shè)置傳力桿。②裂縫根據(jù)損壞嚴(yán)重程度分別處治。裂縫處無破碎，先進(jìn)行清縫，然后用填縫料封縫。若裂縫處棱角掉塊嚴(yán)重，板下有脫空現(xiàn)象，則根據(jù)板內(nèi)其他破損情況分別按整塊更換或局部修補(bǔ)。③對構(gòu)造縫進(jìn)行清縫、填縫等恢復(fù)處治。④對混凝土板塊脫空面積較小進(jìn)行挖除后新鋪C35水泥混凝土的方式處治；脫空面積較大采用打裂壓穩(wěn)方式處治。⑤針對食品工業(yè)園區(qū)范圍內(nèi)彎沉值過大(如左幅外車道K0+431處彎沉值為81.38(0.01mm))及彎沉值大于45(0.01mm)的舊水泥混凝土路面，打裂壓穩(wěn)和基底補(bǔ)強(qiáng)處理達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行加鋪。根據(jù)設(shè)計(jì)車行道的路面結(jié)構(gòu)，對現(xiàn)狀水泥路面結(jié)構(gòu)形式改造如下：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土SMA-13(改性I-D級(jí))+6～10cm 中粒式瀝青混凝土AC-16C(改性Ⅲ-D級(jí))+雙向50kn/m玻纖土工格柵(滿鋪)+2cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層+現(xiàn)狀水泥水泥混凝土路面打毛[5]。

美禾九路-舊324國道段瀝青混凝土路面：根據(jù)瀝青路面彎沉形態(tài)，該段道路高達(dá)80%的路面無法滿足在中面層上直接加鋪瀝青上面層條件，采用加鋪半鋼性基層補(bǔ)強(qiáng)方式處理。依據(jù)實(shí)測彎沉值、舊路面破損形態(tài)進(jìn)行區(qū)域段劃分。即計(jì)算舊路面各劃分段當(dāng)量回彈模量，根據(jù)路面設(shè)計(jì)指標(biāo)，確定各補(bǔ)強(qiáng)層厚度，重新調(diào)整縱段以達(dá)到要求加鋪厚度。當(dāng)較好的路段出現(xiàn)個(gè)別突兀彎沉值時(shí)，破除彎沉值突兀段并新建，路面病害嚴(yán)重路段(水穩(wěn)層已破壞)破除后新建。根據(jù)重交通量動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)，對瀝青面層材料進(jìn)行改性。改造路面結(jié)構(gòu)形式：4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土SMA-13(改性I-D級(jí))+6cm中粒式瀝青混凝土AC-16C(改性Ⅲ-D級(jí))+8cm粗粒式瀝青混凝土AC-25C(70號(hào))+1cmES-3型乳化瀝青稀漿封層+20～30cm5%水泥穩(wěn)定碎石(等厚加鋪)+15cm3%水泥穩(wěn)定碎石(根據(jù)需要設(shè)置)+銑刨現(xiàn)狀瀝青路面14cm[6]。

4 結(jié)語

同安大道(海翔大道-舊324國道段)現(xiàn)狀路面產(chǎn)生病害是由于交通量增長超過了道路設(shè)計(jì)所采用的交通等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，已建道路相應(yīng)材料及結(jié)構(gòu)承載力不足。根據(jù)現(xiàn)狀和預(yù)測遠(yuǎn)景交通量，交通設(shè)計(jì)等級(jí)調(diào)整為重交通。因加鋪補(bǔ)強(qiáng)舊路具有利于施工期間交通組織、經(jīng)濟(jì)、快捷方便優(yōu)點(diǎn)，同安大道改造采用該方案。根據(jù)調(diào)查檢測結(jié)果，水泥路面表面破損嚴(yán)重的，修復(fù)后再加鋪，個(gè)別路段彎沉過大則破除重建；瀝青路面達(dá)不到直接加鋪要求的，銑刨現(xiàn)狀瀝青路面后將原路面作為下基層，加鋪水穩(wěn)基層、改性瀝青面層。