高速公路隧道水泥混凝土路面加鋪瀝青面層施工技術(shù)探討

潘謙啟

摘要：2010年以前廣西建成通車的高速公路隧道絕大多數(shù)為水泥混凝土路面，路面結(jié)構(gòu)的磨耗與損壞隨著車流量和開通年限的增長而越來越嚴(yán)重，路面抗滑性能逐漸衰減，已無法滿足高速公路運營舒適性與安全性的要求。文章結(jié)合平樂至鐘山高速公路木沖隧道加鋪瀝青面層實例，從隧道原路面檢測、原路面病害處治、施工前準(zhǔn)備工作、施工過程控制和處治后路用性能評價五個方面，探討了隧道加鋪瀝青面層施工技術(shù)和路面抗滑性能的改善措施。

關(guān)鍵詞：高速公路隧道;水泥混凝土路面;加鋪瀝青面層;抗滑處治;施工技術(shù)

中圖分類號：U459.2A311115

0 引言

早期的高速公路隧道路面大部分為水泥混凝土路面，水泥混凝土路面具有強度高、耐久性好、水穩(wěn)定性好、防火安全等特點。水泥混凝土路面抗滑構(gòu)造由以下兩方面構(gòu)造組成：（1）由水泥砂漿形成的微觀構(gòu)造;（2）通過表面刻槽形成的宏觀構(gòu)造[1]。已建隧道水泥混凝土路面參照水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和施工工藝，忽略了隧道內(nèi)部環(huán)境的影響以及隧道水泥混凝土路面對結(jié)構(gòu)、材料等方面的特殊要求，在車輛荷載作用下，抗滑構(gòu)造逐漸磨耗，表面變得光滑。同時，隧道路面在車輛尾氣附著形成的油污和空氣中的粉塵的混合而成的作用下，路面抗滑性能明顯減弱[2]。路面抗滑性能迅速衰減、行駛車輛溜滑、交通事故頻發(fā)已然成為隧道水泥混凝土路面突出的問題和難題。因此，針對隧道路面進(jìn)行抗滑處治，提升路面抗滑性能勢在必行。本文主要結(jié)合高速公路隧道水泥混凝土路面加鋪瀝青面層施工，實例探討隧道水泥混凝土路面加鋪瀝青面層施工關(guān)鍵技術(shù)及路面抗滑性能的改善措施。

1 高速公路隧道水泥混凝土路面加鋪瀝青面層施工技術(shù)

受到隧道內(nèi)封閉潮濕的環(huán)境、汽車尾氣形成的油污以及水泥混凝土自身的固有性能這三大因素的影響，必然會導(dǎo)致路面抗滑性能衰減。廣西位于高溫多雨區(qū)域，高速公路隧道交通荷載重，實施常規(guī)的拋丸、刻槽、精銑刨、微表處等處治措施，雖然短期內(nèi)對高速公路隧道抗滑性能提升較為明顯，但其耐久性僅為一到兩年。結(jié)合國內(nèi)隧道水泥路面抗滑處治的實例，并經(jīng)過長期實踐不難得知，隧道水泥路面加鋪瀝青面層優(yōu)勢明顯，既能有效提高隧道內(nèi)路面抗滑性能，又能確?？够瑯?gòu)造耐久性，本文主要從五個方面探討隧道路面加鋪瀝青面層的施工技術(shù)。

1.1 隧道原路面檢測技術(shù)

檢測指標(biāo)包含原路面結(jié)構(gòu)層參數(shù)和路面技術(shù)狀況調(diào)查。結(jié)構(gòu)層參數(shù)檢測需對原路面進(jìn)行鉆芯取樣，檢測其彎拉彈性模量、劈裂強度、彎拉強度指標(biāo);路面技術(shù)狀況調(diào)查包含抗滑性能、平整度、路面破損情況;原路面檢測及調(diào)查主要是對路面進(jìn)行全面評價，為后期施工提供原始數(shù)據(jù)，控制關(guān)鍵點，為科學(xué)合理地制定方案奠定基礎(chǔ)。

1.2 隧道原路面病害處治技術(shù)

隧道水泥混凝土路面加鋪瀝青面層關(guān)鍵是要做好下臥層的病害處治，否則極易出現(xiàn)因下臥層病害反射到瀝青混凝土面層造成的損壞。原水泥混凝土路面病害處治原則為：采用落錘式彎沉儀（FWD）對隧道內(nèi)所有車道進(jìn)行逐板檢測，板塊單點彎沉控制指標(biāo)（單位0.01 mm）：

（1）單點實測彎沉值Lr≤14，不予處理。

（2）脫空注漿：單點實測彎沉值14

（3）破碎板更換：單點實測彎沉值Lr>40，整板破碎，處理基層，新澆混凝土板塊[3]。

（4）表面裂縫封閉：進(jìn)行擴(kuò)縫處理，清理裂縫后用聚氨酯密封膠對路面裂縫進(jìn)行修補封閉，敷設(shè)抗裂貼延緩反射裂縫。

1.3 水泥路面與瀝青層結(jié)合技術(shù)

隧道原水泥路面加鋪瀝青面層，其粘結(jié)是否牢固、可靠和防水，直接關(guān)系到加鋪后是否出現(xiàn)結(jié)合面滑移、瀝青面層脫落等問題。水泥路面與瀝青層結(jié)合的施工方法有以下兩種：

（1）通過銑刨增加原水泥路面的粗糙程度。

（2）采用性能優(yōu)異、粘結(jié)力強的材料作為粘結(jié)層。

為確保層間粘結(jié)良好，必須保證原路面的病害均得到處治，并對原路面進(jìn)行吹掃和清洗，確保粘結(jié)層的施工達(dá)到預(yù)期效果。

1.4 反射裂縫延緩技術(shù)

隧道水泥路面加鋪瀝青面層中面臨最大的問題就是如何延緩反射裂縫。必須采取有效的措施，降低瀝青面層剪應(yīng)力，延緩反射裂縫，常見的做法有以下幾種：

（1）選用具有良好的路用性能、具有較大的內(nèi)摩擦角和粘聚力的瀝青層，并通過增加厚度和優(yōu)化瀝青混合料級配的方法來保證瀝青路面的耐久性及抗開裂的性能。

（2）在界面設(shè)置吸收應(yīng)力的材料，如設(shè)置土工格柵、土工織物、SAMI、聚酯玻纖布或在瀝青混合料中摻加聚酯纖維等進(jìn)行延緩反射裂縫[4]。

（3）設(shè)置應(yīng)力吸收層，通過應(yīng)力吸收層來吸收原路面裂縫反射上來的應(yīng)力，延緩下臥層的反射裂縫。

1.5 交通組織技術(shù)

對于運營高速公路隧道加鋪瀝青面層而言，交通組織設(shè)計尤為重要，運營高速公路施工要最大限度地減少對現(xiàn)行交通的影響，盡量不中斷交通。交通組織方案要確保安全性、高效性，隧道內(nèi)路面結(jié)構(gòu)有其特殊性，洞內(nèi)無應(yīng)急車道，既要盡量減少施工對現(xiàn)行交通的影響，也要保證施工質(zhì)量和進(jìn)度，通常有三種交通組織方案：

（1）封閉單洞施工，另一單洞雙向連續(xù)通行。

（2）封閉單洞施工，另一單洞間歇性放行。

（3）封閉單洞施工，該方向車流遠(yuǎn)端繞行，另一單洞正常通行。

2 實例分析

2.1 工程概況

木沖隧道位于平樂至鐘山高速公路（G65、G78），雙向四車道，其中隧道右線長3 695 m，左線長3 670 m，于2006年12月28日建成通車。運營13年以來，隧道水泥混凝土路面強度高，破損少，2013年以來采取過常規(guī)的拋丸、刻槽、精銑刨等處治措施，短期內(nèi)對SRI值的提升較為明顯，但其耐久性和使用壽命較短，僅為一到兩年。由于木沖隧道近年來路面抗滑性能指標(biāo)下降較快，隧道事故率不斷攀升，對木沖隧道路面進(jìn)行抗滑處治十分必要。

2.2 隧道原路面檢測

2.2.1 原路面檢測

根據(jù)原路面檢測技術(shù)，對木沖隧道原路面進(jìn)行全面檢測，將檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，做出全面評價，為后續(xù)確定施工方案提供參考和依據(jù)。

（1）對原路面鉆取芯樣6個進(jìn)行檢測。將芯樣在室內(nèi)進(jìn)行面層劈裂強度試驗，木沖隧道上面層劈裂強度標(biāo)準(zhǔn)值為2.78 MPa，彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為3.64 MPa，彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為28 300 MPa;下面層劈裂強度標(biāo)準(zhǔn)值為3.89 MPa，彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為6.10 MPa，彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為40 400 MPa。

（2）采用落錘式彎沉儀（FWD）對木沖隧道四個車道進(jìn)行檢測，按單點實測彎沉值14

2.2.2 路面技術(shù)狀況調(diào)查

（1）抗滑性能：木沖隧道近五年來抗滑性能處于偏低水平，大部分路段評價為“中”和“次”。

（2）平整度：木沖隧道路面為水泥混凝土路面，平整度略低，總體評價為“良”。

（3）路面破損：木沖隧道路面為水泥混凝土路面，承載力大，投入運營以來路面損壞較少，僅有少量表面裂縫，整體評價為“優(yōu)”。

2.3 確定加鋪瀝青面層方案

根據(jù)木沖隧道原路面檢測結(jié)果，從路面調(diào)查和檢測的結(jié)果分析，木沖隧道現(xiàn)狀水泥混凝土路面彎拉強度高，結(jié)構(gòu)性路面病害較少，基層頂面回彈模量>10 000 MPa，板邊彎沉值小，接縫傳荷能力多數(shù)為優(yōu)，運營近13年后的脫空率不到20%。檢測數(shù)據(jù)表明隧道水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)狀況較好，針對表面功能性抗滑不足而加鋪瀝青面層的結(jié)構(gòu)性風(fēng)險較低，結(jié)合養(yǎng)護(hù)投資控制要求及隧道抗滑處治全壽命周期效益最優(yōu)的原則，采用隧道路面抗滑處治方案的路面結(jié)構(gòu)為：加鋪5 cm SMA-13改性瀝青混凝土表面層+1 cm同步碎石封層+聚酯玻纖無紡?fù)凉た椢?粘層+舊水泥混凝土路面。

2.4 施工準(zhǔn)備工作

2.4.1 確定交通組織方案

木沖隧道是特長隧道，交通組織技術(shù)尤為關(guān)鍵。經(jīng)與當(dāng)?shù)馗咚俟方煌ň齑箨?、高速公路路政大隊多次探討，為確?？尚行耘c安全性，最終選擇封閉單洞施工，另一單洞間歇性放行的交通組織技術(shù)方案。交通警察大隊與施工單位一同安排充足的維護(hù)和疏導(dǎo)交通人員三班倒，不間斷地進(jìn)行施工，縮短工期以減少對現(xiàn)行交通的影響。

2.4.2 原材料的把控

SMA-13采用SBS改性阻燃瀝青;粗細(xì)集料結(jié)合廣西當(dāng)?shù)厥袭a(chǎn)量，均采用輝綠巖;填料采用石灰?guī)r制成的礦粉;纖維穩(wěn)定劑應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)顆粒狀木質(zhì)素，纖維摻量應(yīng)≥0.3%。上述各項材料性能應(yīng)滿足瀝青路面施工規(guī)范，經(jīng)檢測合格后方可使用。

2.4.3 配合比設(shè)計

充分利用廣西區(qū)類似項目的經(jīng)驗，根據(jù)本項目的特點，重點關(guān)注瀝青層和水泥路面的結(jié)合、延緩反射裂縫、抗車轍的要求，嚴(yán)格遵循《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）要求，經(jīng)過目標(biāo)配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計和生產(chǎn)配合比驗證這三個階段來確定礦料級配和瀝青用量，并具有良好的施工性能。

2.5 施工過程控制

2.5.1 原路面病害處治

根據(jù)原路面檢測的彎沉數(shù)據(jù)，結(jié)合原路面的病害處治技術(shù)，根據(jù)不同工況，采取相應(yīng)的處治措施，具體處治措施見表1。

2.5.2 粘層、同步碎石封層

（1）為增加瀝青面層和原水泥混凝土路面的粘層力，對原路面進(jìn)行一定程度的銑刨增加粗糙程度。同時，粘層、封層采用具有較大的內(nèi)摩擦角和粘聚力瀝青層SBS改性瀝青，不僅能增強粘結(jié)力，而且能在一定程度上延緩下臥層的反射裂縫，其技術(shù)指標(biāo)要求見表2。在干燥潔凈的面層間，采用瀝青灑布車灑布熱瀝青，用量為1.0～1.2 L/m2。

（2）同步碎石封層采用SBS改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)要求如表2所示，瀝青用量為1.5～1.8 kg/m2。

（3）同步碎石封層集料采用粒徑為9.5～13.2 mm的滿足規(guī)范要求的經(jīng)除塵的，堅固性≤12%，壓碎值≤25%，針片狀≤10%，洛杉磯磨耗損失≤28%，表觀相對密度≥2.60，吸水率≤2.0%的潔凈碎石。

（4）對即將灑布同步碎石封層的聚酯玻纖無紡?fù)凉た椢镞M(jìn)行檢查，有破損地方應(yīng)進(jìn)行修補。

（5）試驗段灑布確定各項參數(shù)，用同步碎石封層車進(jìn)行智能灑布，并對碎石和瀝青用量進(jìn)行抽檢和總量核算，控制用量。

（6）施工溫度≥15 ℃，大風(fēng)、大霧或雨雪天不得施工。同步碎石封層施工后，應(yīng)封閉交通，且應(yīng)盡可能早地進(jìn)行瀝青面層的施工，瀝青面層的運料車在封層上行駛，車速≤20 km/h。

2.5.3 聚酯玻纖無紡?fù)凉た椢?/p>

（1）結(jié)合該項目實際，為延緩反射裂縫，采用在粘層油上攤鋪土工織物的延緩反射裂縫技術(shù)，降低瀝青面層剪應(yīng)力，提高瀝青路面的使用壽命。

（2）土工合成材料的鋪設(shè)宜對接鋪設(shè)。確需搭接時，聚酯玻纖無紡?fù)凉た椢锒踢叴罱娱L度≤15 cm，并根據(jù)施工順序，把后施工的一頭置于先施工的一頭下面，應(yīng)將搭接處固定，長邊搭接長度宜≤10 cm，可用粘層瀝青粘結(jié)搭接處。

（3）進(jìn)行瀝青路面施工時，施工車輛不得在土工合成材料表面轉(zhuǎn)彎。

（4）路聚酯玻纖無紡?fù)凉た椢锏募夹g(shù)要求如表3所示。

2.5.4 SMA-13面層施工

（1）結(jié)合木沖隧道的凈空要求，綜合考慮瀝青面層的耐久性及抗開裂的性能，通過反復(fù)的馬歇爾試驗，優(yōu)化混合料級配并將SMA-13面層的厚度由原設(shè)計方案的4 cm增加至5 cm，以確保良好的路用性能以及耐久性。

（2）施工過程中粗細(xì)集料、填料、瀝青、纖維穩(wěn)定劑均按設(shè)計和施工規(guī)范要求按批次進(jìn)行抽樣檢測，合格后方可使用。

（3）混合料的拌制：按生產(chǎn)配合比比例投料、控制溫度和拌和時間，表面層SMA-13拌和時需要按比例投放木質(zhì)纖維穩(wěn)定劑，纖維必須在混合料中充分分散，濕拌時間宜控制在≥45 s，混合料的礦料溫度為180 ℃～200 ℃，瀝青溫度為170 ℃～180 ℃，混合料出廠溫度為175 ℃～185 ℃。