水泥混凝土路面銑刨及刻槽工藝適用性分析

任 帥，陳彥羽，溫劍啟，周 乾

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

自1993年廣西第一條高速公路桂柳高速建成通車以來(lái)[1]，到2020年底，廣西高速公路通車?yán)锍桃堰_(dá)到6 000 km以上。在高速公路建設(shè)初期，廣西修建了大量的水泥混凝土路面。根據(jù)相關(guān)資料顯示，截至2020年年底，廣西水泥混凝土路面仍有950 km，約占所有高速公路里程的15.4%。

水泥混凝土路面通車運(yùn)營(yíng)后，在車輛荷載作用和自然環(huán)境因素影響下，會(huì)出現(xiàn)諸如錯(cuò)臺(tái)、刻槽磨損嚴(yán)重等病害[2]，降低路面平整度指標(biāo)，并伴隨著抗滑性能降低等，直接影響行車舒適性及安全性。

廣西區(qū)內(nèi)多條高速公路采用刻槽和銑刨方式改善水泥路面使用性能。本文選取廣西岑興高速公路某一路段，對(duì)銑刨和刻槽前后的路況進(jìn)行了跟蹤檢測(cè)，總結(jié)了不同處治方法的適用范圍。

1 工程概況

廣西岑興高速公路全長(zhǎng)137.183 km，為雙向四車道高速公路，路面類型為水泥混凝土路面，設(shè)計(jì)行車速度為120 km/h。項(xiàng)目于2006年開(kāi)工建設(shè)，2008年12月建成通車。道路運(yùn)營(yíng)通車多年，根據(jù)歷年檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，K271+770～K281+000路段平整度及抗滑性能較差。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，K271+770～K281+000路段上下行均采用橫向刻槽，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)，部分刻槽磨損嚴(yán)重，且刻槽之間的水泥條表面也顯得比較光滑。

為恢復(fù)道路路面功能服務(wù)水平，預(yù)防事故的發(fā)生，提高道路技術(shù)狀況，管養(yǎng)單位針對(duì)不同路段分別進(jìn)行了銑刨和刻槽處治。

2 刻槽及銑刨對(duì)道路技術(shù)狀況的影響

2.1 路段處治及檢測(cè)情況

管養(yǎng)單位對(duì)上行K271+770～K281+000路段和下行K274+000～K275+000路段分別采用銑刨和刻槽處治措施。為了對(duì)比不同方法的處治效果，對(duì)刻槽和銑刨前后進(jìn)行了平整度和摩擦系數(shù)檢測(cè)。路面處治及檢測(cè)情況如表1、表2所示。

表1 路面處治情況一覽表

表2 路面檢測(cè)內(nèi)容一覽表

2.2 處治前后檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

2.2.1 對(duì)平整度的影響

項(xiàng)目組采用道路綜合檢測(cè)車對(duì)路面平整度進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，采用國(guó)際平整度指數(shù)IRI(m/km)來(lái)評(píng)價(jià)平整度指標(biāo)，IRI值越小，代表平整度指標(biāo)越好。不同路段銑刨和刻槽處治前后的平整度檢測(cè)結(jié)果如圖1～4所示。

圖1 銑刨前后平整度對(duì)比曲線圖(上行1車道)

圖2 銑刨前后平整度對(duì)比曲線圖(上行2車道)

圖3 刻槽前后平整度對(duì)比曲線圖(下行1車道)

圖4 刻槽前后平整度對(duì)比曲線圖(下行2車道)

通過(guò)對(duì)比20組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，銑刨后1個(gè)月路面平整度顯著提升，但銑刨后2年平整度又會(huì)降低。銑刨前IRI平均值為2.77 m/km，銑刨后1個(gè)月IRI平均值為1.78 m/km，銑刨后2年IRI平均值為2.20 m/km。

刻槽前、刻槽后1個(gè)月、刻槽后2年平整度指標(biāo)變化均較小，刻槽前IRI平均值為2.75 m/km，刻槽后1個(gè)月IRI平均值為2.72 m/km，刻槽后2年IRI平均值為2.80 m/km。

采用《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210-2018)轉(zhuǎn)換模型將IRI轉(zhuǎn)換為RQI。轉(zhuǎn)換模型如下：

(1)

根據(jù)RQI大小將平整度分為五個(gè)等級(jí)：RQI≥88時(shí)評(píng)價(jià)為優(yōu)；80≤RQI<88時(shí)評(píng)價(jià)為良；70≤RQI<80時(shí)評(píng)價(jià)為中；60≤RQI<70時(shí)評(píng)價(jià)為次；RQI<60時(shí)評(píng)價(jià)為差。銑刨及刻槽前后路面RQI等級(jí)評(píng)價(jià)分布如圖5～6所示。

圖5 銑刨前后平整度等級(jí)評(píng)價(jià)分布圖

圖6 刻槽前后平整度等級(jí)評(píng)價(jià)分布圖

從圖5～6可以看出：銑刨后1個(gè)月路面平整度評(píng)價(jià)為“優(yōu)”的百分比明顯提高，隨著時(shí)間增加，銑刨后2年路面平整度評(píng)價(jià)為“優(yōu)”的百分比又會(huì)降低；刻槽前、刻槽后1個(gè)月、刻槽后2年路面平整度評(píng)價(jià)指標(biāo)變化不大。

2.2.2 對(duì)抗滑性能的影響

項(xiàng)目組采用自動(dòng)路面摩擦系數(shù)測(cè)試設(shè)備對(duì)路面抗滑性能進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，采用摩擦系數(shù)(SFC)評(píng)價(jià)抗滑性能，SFC值越大，代表抗滑性能越好。不同路段銑刨和刻槽處治前后的抗滑性能檢測(cè)結(jié)果如圖7～10所示。

圖7 銑刨前后抗滑性能對(duì)比曲線圖(上行1車道)

圖8 銑刨前后抗滑性能對(duì)比曲線圖(上行2車道)

圖9 刻槽前后抗滑性能對(duì)比曲線圖(下行1車道)

圖10 刻槽前后抗滑性能對(duì)比曲線圖(下行2車道)

通過(guò)對(duì)比20組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，銑刨后1個(gè)月抗滑性能顯著提升，而銑刨后2年抗滑性能又會(huì)恢復(fù)到銑刨前的水平。銑刨前SFC平均值為40.7，銑刨后1個(gè)月SFC平均值為52.2，銑刨后2年SFC平均值為39.6。

刻槽后1個(gè)月抗滑性能有小幅提升，刻槽后2年抗滑性能沒(méi)有出現(xiàn)明顯衰減。刻槽前SFC平均值為41.7，刻槽后1個(gè)月SFC平均值為45.9，刻槽后2年SFC平均值為46.1。

采用《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210-2018)轉(zhuǎn)換模型將SFC轉(zhuǎn)換為SRI。轉(zhuǎn)換模型如下：

(2)

根據(jù)SRI大小將平整度分為五個(gè)等級(jí)：SRI≥90時(shí)評(píng)價(jià)為優(yōu)，80≤SRI<90時(shí)評(píng)價(jià)為良，70≤SRI<80時(shí)評(píng)價(jià)為中，60≤SRI<70時(shí)評(píng)價(jià)為次，SRI<60時(shí)評(píng)價(jià)為差。銑刨及刻槽前后路面SRI等級(jí)評(píng)價(jià)分布如圖11、圖12所示。

圖11 銑刨前后抗滑性能等級(jí)評(píng)價(jià)分布圖

圖12 刻槽前后抗滑性能等級(jí)評(píng)價(jià)分布圖

從圖11～12可以看出：銑刨后1個(gè)月路面抗滑性能全部評(píng)價(jià)為“優(yōu)”，隨著時(shí)間增加，銑刨后2年路面抗滑性能評(píng)價(jià)為“優(yōu)”的百分比又會(huì)降低；刻槽后1個(gè)月抗滑性能優(yōu)良率有小幅提高，刻槽后2年優(yōu)良率未出現(xiàn)明顯變化。

3 不同處治措施對(duì)平整度及抗滑性能的影響分析

3.1 對(duì)平整度的影響分析

高速公路在運(yùn)營(yíng)階段，水泥路面會(huì)產(chǎn)生破碎板、錯(cuò)臺(tái)、沉陷等病害。錯(cuò)臺(tái)按損壞程度可分為輕度(接縫兩側(cè)高差在5～10 mm)和重度(接縫兩側(cè)高差≥10 mm)，錯(cuò)臺(tái)引起的“跳車”是影響平整度的重要因素。

水泥路面銑刨過(guò)程中，銑刨深度往往超過(guò)10 mm。銑刨完成后短時(shí)間內(nèi)，原有輕度錯(cuò)臺(tái)消失，重度錯(cuò)臺(tái)程度有所緩和或轉(zhuǎn)為輕度錯(cuò)臺(tái)，有效地降低錯(cuò)臺(tái)數(shù)量及錯(cuò)臺(tái)損壞程度。然而，銑刨只是對(duì)路面面層的處治，并未改變基層或路基病害，隨著時(shí)間增長(zhǎng)，錯(cuò)臺(tái)病害又會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。因此，水泥路面銑刨后1個(gè)月，路面平整度顯著提高，銑刨后2年平整度指標(biāo)又會(huì)降低。

3.2 對(duì)抗滑性能的影響分析

水泥路面抗滑構(gòu)造主要指路面宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造。宏觀構(gòu)造即為刻槽紋理，微觀構(gòu)造為水泥路面表面細(xì)集料和粗集料的微觀構(gòu)造。當(dāng)刻槽紋理不明顯或刻槽之間的水泥條被磨光后，車輛行駛時(shí)，輪胎與路表面會(huì)形成一層薄水膜，產(chǎn)生“水滑”，抗滑性能就會(huì)明顯降低。

高速公路水泥路面刻槽規(guī)格一般為槽寬5 mm、槽深4 mm、槽間距20 mm?？滩酆舐访婧暧^紋理增加，路面明流排水速度增加，而剎車時(shí)宏觀紋理構(gòu)造對(duì)輪胎產(chǎn)生的擠壓作用也會(huì)在一定程度上減少車輛的能量，因此抗滑性能有小幅提高。刻槽紋理能夠持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，因此刻槽后2年抗滑性能不會(huì)出現(xiàn)明顯衰減。

水泥路面銑刨后路面會(huì)產(chǎn)生良好的微觀構(gòu)造，且原路面部分粗集料裸露出來(lái)，增加路面和輪胎接觸的點(diǎn)狀面積，在一定程度上能消除輪胎與路面之間的薄水膜。此外，銑刨過(guò)程是對(duì)路面的一次清理，將原路面上的砂石、油污等去除，也會(huì)顯著提高路面抗滑性能。但銑刨產(chǎn)生的效果不能持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。通常來(lái)說(shuō)，正常運(yùn)營(yíng)1.5～2年后，摩擦系數(shù)會(huì)降低到40以下[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)刻槽后路面宏觀紋理明顯，路面明流排水速度增加，抗滑性能有小幅提高，且短期內(nèi)不會(huì)明顯衰減，但刻槽對(duì)平整度的影響較小。因此刻槽適用于路面平整度較好、刻槽紋理不明顯的路段。

(2)銑刨后路面平整度及抗滑性能均有顯著提高，但持續(xù)時(shí)間較短，1.5～2年后又會(huì)回落到銑刨前的水平。因此銑刨對(duì)路面路用性能的提高是短暫的，適用于刻槽紋理明顯，但平整度及抗滑性能均較差的路段。

(3)銑刨是對(duì)路面“削薄”的過(guò)程，最大銑刨深度可達(dá)3 cm，采用銑刨工藝時(shí)必須考慮對(duì)路面強(qiáng)度及路面耐久性的影響。