公路橋梁過渡段路面壓實度的變異性與施工控制技術(shù)研究

孫云霞

（煙臺市牟平區(qū)地方公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心，山東 煙臺 264100）

0 引言

過渡段路面壓實度不足，是公路橋梁工程中一種常見的質(zhì)量病害。一旦壓實度不夠，在長時間車輛載荷及土體重力的作用下，既有道路與橋梁之間會形成較明顯的高程差。當(dāng)瀝青路面和路基壓實度不夠時，會使局部車轍、裂痕、坑槽等病害的發(fā)生率顯著增加，在這樣的工況下，瀝青路面的透水性也會提高，地表水更易滲透至路基內(nèi)，路基必然遭遇水害[1]。壓實度的變異系數(shù)，就是通過對比道路壓實度原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差和平均值，客觀地表現(xiàn)出該區(qū)段內(nèi)道路的壓實度實況。

1 工程概況

某高速公路是雙向四車道道路，道路路面用瀝青混凝土鋪筑施工，面層結(jié)構(gòu)被細(xì)分成上、中、下三層，分別是4cm的SBS改性瀝青抗滑表層、4cm的細(xì)粒式瀝青混凝土與5cm的中粒式瀝青混凝土，總厚度達(dá)13cm。該道路在2018年7月建成并開通運營，本文選擇的目標(biāo)路段的通行車輛以小型客車為主，2軸及之上黃牌貨車占比約為27.5%。

現(xiàn)場實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，公路橋梁過渡段道路路面出現(xiàn)了十分明顯的車轍及下陷的情況，該路段路基是砂卵石路基，自身的承載力較高，結(jié)合現(xiàn)場的實測結(jié)果可以判斷出，該路段道路路基狀況較好，路面壓實度不足且差異性偏大是引發(fā)車轍等病害的主要原因。

2 路面壓實度的變異性分析

2.1 壓實度對過渡段路面產(chǎn)生的影響

如果通過測量發(fā)現(xiàn)瀝青路面的壓實度不夠，通常會引起水害與局部路面結(jié)構(gòu)變形等質(zhì)量病害，會降低路面的使用性能及安全水平。水害通常是指外部環(huán)境水滲入道路結(jié)構(gòu)內(nèi)，致使道路結(jié)構(gòu)無法按照設(shè)計狀態(tài)承載上部結(jié)構(gòu)及行車施加的荷載。而且，當(dāng)路面壓實度不足時，瀝青路面內(nèi)的含氣率與空隙率也會增加，加劇外界水透過道路面層進(jìn)入基層或路基內(nèi)的情況，對基層及路基回歸造成不同程度的損害。在車輛荷載的反復(fù)作用下，道路基層與路基持續(xù)承受著動力沖刷作用，導(dǎo)致越來越多的細(xì)集料被帶出，使粗骨料之間持續(xù)摩擦，道路結(jié)構(gòu)慢慢被破壞，承載力下跌，最后使過渡段道路結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降、變形等問題。

瀝青面層的側(cè)向流動和壓密沉降，是路面結(jié)構(gòu)變形的主要外在表現(xiàn)，當(dāng)?shù)缆访鎸颖倔w壓實度不足時，在車輛荷載的反復(fù)作用下，與輪跡周邊路面相比，輪跡位置的面層結(jié)構(gòu)會因持續(xù)被壓實而出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，且車輪也會和下方瀝青混合料形成一定的擠壓作用，使其出現(xiàn)側(cè)向流動，進(jìn)而使車轍等病害更加嚴(yán)重。與水害引起的整個道路結(jié)構(gòu)沉降情況相比，以上變形情況帶來的危害相對較小，但因高速公路上車輛的行駛速度偏高，容易降低其舒適度與安全性，故而相關(guān)部門也應(yīng)從思想上重視公路橋梁過渡段的變形問題。

2.2 壓實度變異性分析

先在既有道路上篩選出道路狀況良好的路段，并遵照隨機(jī)原則抽選出10個位置，將其作為壓實度指標(biāo)的試驗檢測樣本，計算出相應(yīng)的變異系數(shù)，用作分析道路狀況偏差的過渡段壓實度的對比值。道路狀況良好段的壓實度最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)差及平均值分別 是98.7%、96.3%、0.52、97.32%，變異系數(shù)約為0.52%。通過分析變異系數(shù)，能更好地掌握路面壓實度實測值的離散情況，通過參照標(biāo)準(zhǔn)差、平均值，能更客觀地表現(xiàn)出兩組數(shù)據(jù)之間存在的差異。

在既有過渡段路面上篩選出10個位置作為試驗分析樣本，采用鉆取芯樣的方法檢測其瀝青路面的壓實度，并按照公式計算出相應(yīng)的變異系數(shù)，測算結(jié)果見表1[2]。

對比路況良好段與該工程研究的過渡段路面壓實度的實測值和變異系數(shù)，可以做出如下總結(jié)：

2.2.1 路況良好段路面壓實度的最大值、最小值分別是98.7%、96.3%，壓實度的平均值為97.32%，變異系數(shù)為0.52%，符合既有瀝青路面施工規(guī)范內(nèi)對瀝青路面壓實度的要求。

2.2.2 過渡段路面壓實度偏低，平均值約為94.68%，最大值、最小值分別是100.4%、87.2%，變異系數(shù)達(dá)到3.51%。據(jù)此可以初步斷定，該處路段壓實度不符合規(guī)范要求，而且不同位置所得到的壓實度檢測值也有很大差異[3]。

2.2.3 因為此次試驗研究中選取的過渡段偏短，由現(xiàn)場施工操作引起的壓實度差異不會很大，所以可以推測造成路面壓實度變異系數(shù)偏大的原因，主要是由于本段瀝青路面壓實度不足。路面運營工程中，在測量荷載的反復(fù)作用下，輪跡位置路面被持續(xù)壓實，瀝青面層出現(xiàn)朝向兩側(cè)流動的表象。不過，車輪不能抵達(dá)的位置，其壓實度不會出現(xiàn)較大波動。

2.2.4 比較兩段道路瀝青路面的壓實度檢測情況可知，過渡段壓實度均值（94.68%）顯著低于路況良好段（97.32%），而其變異系數(shù)（3.51%）顯著高于路況良好段（3.51%），這和兩段道路的真實狀況相吻合。因此，用平均值與變異系數(shù)作為測評瀝青路面壓實度的測評指標(biāo)具有較高的可行性。

3 影響瀝青路面壓實度的常見因素

3.1 壓實施工速度過快

壓實施工過快，會直接造成路橋過渡段路面的壓實度不符合相關(guān)規(guī)定，這和配置哪種類型的壓路設(shè)備沒有關(guān)聯(lián)性。在現(xiàn)場壓實遍數(shù)等同的工況下，伴隨著壓實速度的增加，路面的壓實效果也會越差，瀝青路面壓實的施工效果也就越不理想。

3.2 路基表層的平整度不符合設(shè)計要求

利用壓實機(jī)碾壓道路表面時，如果路面各處的平整度不能達(dá)到一致，那么將會造成瀝青物料結(jié)構(gòu)不均勻的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是造成瀝青材料結(jié)構(gòu)厚度不均的“罪魁禍?zhǔn)住薄Ｈ艉穸冗^小，那么路面就不能較好地承受壓路機(jī)施加的重力，很難取得理想的壓實施工效果。路面偏厚的位置承受的荷載偏小，同樣會對壓實度產(chǎn)生不良影響，進(jìn)而造成變異系數(shù)的增加。

3.3 現(xiàn)場碾壓溫度不符合設(shè)計

既往大量的工程實踐表明，環(huán)境溫度是影響瀝青混合料流動性的主要因素之一[4]。溫度偏低時，流動性差；溫度較高時，流動性就會有所好轉(zhuǎn)。當(dāng)瀝青混合料處于流動性較差的狀態(tài)下時，路面的壓實效果就會被降低，壓實度很難滿足設(shè)計要求，局部甚至還會出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。

4 對過渡段路面壓實施工工藝的控制

4.1 充分落實前期的準(zhǔn)備工作

臺階問題是當(dāng)下公路過渡段現(xiàn)場施工中的常見問題之一，也是引起局部變形或不均勻沉降現(xiàn)象的根源所在，故而過渡段現(xiàn)場施工前要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。

首先，確保技術(shù)交底工作的細(xì)致、充分，加強工程參建人員的理論知識及操作技術(shù)的考察力度。通常情況下，搭板長度應(yīng)和路基填筑高度成正比，在掌握實際沉降差后，再確定搭板長度。既往的大量工程實踐表明，工程施工技術(shù)交底工作的有效推行，是各項工程建設(shè)活動安全、有序推進(jìn)的重要基礎(chǔ)，同時要認(rèn)真勘測、分析施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況，確保設(shè)計圖紙和工程實況相吻合，進(jìn)而為現(xiàn)場路面和施工提供科學(xué)指導(dǎo)[5]。

其次，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)做好建設(shè)材料的質(zhì)量檢測、檢驗工作，進(jìn)場后合理擺放材料，并配合應(yīng)用防火、防潮、防盜等防護(hù)措施，保障建材質(zhì)量。

最后，過渡段路面的施工流程復(fù)雜，需要應(yīng)用各類器具，故而，做好機(jī)械設(shè)備的檢修及養(yǎng)護(hù)管理工作非常必要，避免因設(shè)備自身的問題而延誤現(xiàn)場的施工進(jìn)度。將搭板科學(xué)地布置在過渡段以后，能減少或規(guī)避橋頭跳車的問題，施工時要精準(zhǔn)控制實際的搭板長度。

4.2 壓實施工

首先，在進(jìn)行路堤、橋臺過渡段的現(xiàn)場施工時，可以先碾壓碎石。通常會把截面規(guī)劃設(shè)計成梯狀，隨后在掌握基床級配碎石級別后，確定最適宜的運輸路線以及填筑方法。

其次，正式開工前要進(jìn)行巖石試驗并嚴(yán)格控制試驗段的長度，精準(zhǔn)控制壓實機(jī)的參數(shù)，且要在監(jiān)理工程確認(rèn)試驗結(jié)果符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后再開工。為了能使路橋過渡段路面的壓實效果達(dá)到最佳水平，應(yīng)加強各個施工流程的溫度控制力度，攤鋪階段應(yīng)≥135oC，初壓時應(yīng)≥130oC，壓實結(jié)束時，鋼輪、膠輪、振動的壓路機(jī)溫度分別應(yīng)≥70oC、≥80oC、≥70oC。壓路機(jī)有很多型號，不同型號的壓路機(jī)，其頻率、振幅、碾壓速度等工作參數(shù)也有很大差異，所以實踐過程中要結(jié)合不同的路面壓實狀況，選擇最適合的壓路機(jī)型號。比如，上面層初壓和復(fù)壓時，可以選用7～10t雙輪振動壓路機(jī)碾壓密實，終壓工序選用6～8t或8～10t雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行；壓實處理中、下面層時，建議先配置7～10t雙輪振動壓路機(jī)進(jìn)行靜壓，采用8～18t雙輪振動壓路機(jī)與其他噸位的膠輪壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓，選用9～16t膠輪壓路機(jī)進(jìn)行終壓[6]。

最后，可以應(yīng)用裝載機(jī)與挖掘機(jī)執(zhí)行取土過程，并將其運送到指定地點，用推土機(jī)對其進(jìn)行初步整修及平整處理，用平地機(jī)完成精細(xì)平整處理。對軟土地基進(jìn)行處理時，可以應(yīng)用砂礫石與片石填筑等進(jìn)行，并且要嚴(yán)格控制含水量。

4.3 抗變形施工

大部分情況，不可逆形變和所處地段的地質(zhì)條件之間存在著密切的關(guān)聯(lián)性，故而正式施工前，要科學(xué)分析其結(jié)構(gòu)，結(jié)合實際情況科學(xué)地設(shè)計路面和橋梁，明確分析其實際受力狀況，確保項目設(shè)計內(nèi)容的合理性。同時，也要確?，F(xiàn)場的施工操作能維持其受力狀態(tài)的平衡，避免因局部受力不均而引起較顯著的形變問題[7]。另外，還要盡量選用更理想的建材開展路面施工活動，比如，應(yīng)用抗壓性能更好的材料進(jìn)行施工，從而提高整個路基的密實度，改善其抗壓性能，實現(xiàn)對形變問題的有效控制。

4.4 確保臺背及臺階排水設(shè)計符合要求

在規(guī)劃設(shè)計過渡段臺階時，可以嘗試把縱坡比設(shè)定成1∶5，并加強對臺階實際尺寸的控制，建議把連接部位設(shè)置在1∶1的橫坡位置，從而加強對臺階施工高度的控制[8]。把排水設(shè)備布設(shè)置在臺背局部，若現(xiàn)場施工時探查到該處存在軟弱土，應(yīng)在事前加強修理，并嘗試應(yīng)用樁基礎(chǔ)技術(shù)，確保臺背填料的質(zhì)量符合設(shè)計要求，以此使過渡段路面現(xiàn)場施工取得良好的排水成效。

4.5 橫向過渡段與路堤施工

正式施工前，可以在路橋結(jié)構(gòu)兩端檢驗、檢測基坑混凝土的現(xiàn)場施工情況，及時處理松土現(xiàn)象。用3%的硅酸鹽水泥與級配碎石建材，輔助開展橫向過渡段頂部與路堤的施工，確保其整體壓實度符合設(shè)計要求。建議把過渡段縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計成倒梯形，并應(yīng)用逐層填筑的施工方法，設(shè)計底部寬度為2m，縱向坡度為1∶2。把橫向結(jié)構(gòu)頂部與路基路面之間的距離控制在1m范圍內(nèi)，可以利用普通硅酸鹽水泥進(jìn)行施工，并通過逐層施工的形式進(jìn)行填筑。

4.6 加強對填料質(zhì)量的控制

在選擇施工填料時，應(yīng)將當(dāng)?shù)夭牧献鳛槭走x對象，確保填料自身的清潔度符合設(shè)計要求，嚴(yán)禁出現(xiàn)泥塊摻雜的情況。同時，還應(yīng)嚴(yán)格管理、控制其含水量，如果實測含水量超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，則要盡早采用適宜的排水措施。正式施工前，要指派專人嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范檢測材料的質(zhì)量，主要包括土壤塑性、實土錘擊狀況、篩分試驗等。開展路面施工時，若應(yīng)用二灰碎石混凝土料，則可以嘗試將適量粗集料摻拌其內(nèi)。出于減少工程造價的目的，一般會應(yīng)用礦渣，從而確保其線性收縮性能符合工程設(shè)計要求。進(jìn)行填料拌和時，要嚴(yán)格控制材料的實際含水量，并及時實施相關(guān)的保養(yǎng)辦法，以防路基路面局部因沒達(dá)到固態(tài)化而出現(xiàn)收縮、裂縫的問題。

5 結(jié)語

公路橋梁是我國交通運輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的重要構(gòu)成，其建設(shè)質(zhì)量關(guān)系著區(qū)域之間的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文化交流等，若該項工程建設(shè)的效果較差，則將會降低行車安全性與舒適度?？陀^上講，當(dāng)前國內(nèi)很多公路橋梁過渡段路面施工時，還存在著一些實際問題，壓實度不足容易使路面局部出現(xiàn)凹陷、不均勻沉降、起砂等問題，縮短路面的使用壽命。故而應(yīng)有針對性地完善過渡段路面的施工工藝，特別是要做好壓實施工工作，加強質(zhì)量控制，全面提升公路項目的建設(shè)效果。