基于彎沉指標(biāo)的改建道路結(jié)構(gòu)層處置技術(shù)研究

陳 超，王惠朝，周建杰，唐淼磊，白國(guó)華

中建三局西部投資建設(shè)有限公司，四川 成都 610000

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快、交通量的不斷增加，瀝青混凝土路面坑槽、擁包、車轍、龜裂等病害頻發(fā)，既影響行車舒適性，又易造成局部行車擁堵，影響道路通行效率，對(duì)既有道路進(jìn)行改擴(kuò)建迫在眉睫。某在建項(xiàng)目為成都市“三縱六橫”快速路網(wǎng)體系和“五環(huán)二十五射”高快路網(wǎng)中的重要組成部分，是構(gòu)建全市快速路網(wǎng)體系的主骨架之一，不僅對(duì)構(gòu)建“一城多市”網(wǎng)絡(luò)城市群和成都平原“1+7”大都市區(qū)起到支撐帶動(dòng)作用，還為成都建設(shè)成國(guó)家中心城市提供了必要的交通支撐。文章以該工程為例，對(duì)改建道路的相關(guān)技術(shù)措施進(jìn)行分析。

1 工程概況

該項(xiàng)目道路全長(zhǎng)約12.25km。道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬60m，配套市政管線，主線設(shè)計(jì)速度為80km/h，輔道設(shè)計(jì)速度為40km/h。該項(xiàng)目是對(duì)原道路進(jìn)行改造，包括軟基處理、市政管線遷改、道路平面交叉節(jié)點(diǎn)改造、路基路面改造、橋梁拆除重建、改河改渠等工程。

2 彎沉指標(biāo)的確定

作為瀝青路面的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)之一，彎沉值是其承載能力狀態(tài)的重要體現(xiàn)[1]。對(duì)于改建道路而言，在公路改造前，對(duì)原有公路進(jìn)行彎沉測(cè)量可以了解原有公路的路況，還可以將其作為設(shè)計(jì)的指導(dǎo)資料。公路修建中或竣工后，可以通過(guò)彎沉檢測(cè)檢驗(yàn)路面施工是否達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，故彎沉作為質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)在改建道路工程中的應(yīng)用十分廣泛。

2.1 原道路彎沉值檢測(cè)

通過(guò)對(duì)既有道路進(jìn)行原始設(shè)計(jì)圖紙調(diào)查，可知該道路主線現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)形式為6cm厚的橡膠瀝青混凝土罩層、24cm厚的C30水泥混凝土上基層、25cm厚的C15水泥混凝土下基層、40cm厚的連槽石墊層。通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀路面進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，K0+000～K11+780段瀝青混凝土路面破損嚴(yán)重，該段按每1km上下行方向破損狀況評(píng)定均為“差”。K11+780～K12+250上行破損狀況評(píng)定為“良”，下行方向破損狀況評(píng)定為“優(yōu)”。從彎沉評(píng)定結(jié)果來(lái)看，K0+000～K11+813每條車道的彎沉代表值均較大，考慮到瀝青面層之下是水泥混凝土剛性基層，彎沉值理應(yīng)比較小，說(shuō)明此類路段的混凝土面板及面板以下的結(jié)構(gòu)遭到了程度較深的破壞，亟須修復(fù)。

2.2 新建道路彎沉值

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，主道優(yōu)化方案為全線刨除既有瀝青面層，挖除現(xiàn)狀水泥混凝土路面至路面下82cm，重新新建瀝青路面結(jié)構(gòu)。瀝青路面結(jié)構(gòu)為4cm厚的瀝青上面層、6cm厚的瀝青中面層、6cm厚的瀝青下面層、1cm厚的封層、25cm厚的水泥穩(wěn)定碎石上基層、25cm厚的水泥穩(wěn)定碎石下基層、15～25cm厚的級(jí)配碎石墊層。

根據(jù)檢測(cè)資料及設(shè)計(jì)資料，結(jié)合該項(xiàng)目特重交通與重交通的交通量狀態(tài)，采用平衡濕度狀態(tài)下，并考慮干濕與凍融循環(huán)作用后的路基頂面回彈模量值，主線采用平衡濕度狀態(tài)下路基頂面回彈模量不小于50MPa。根據(jù)式（1），確定路基頂面彎沉值為290（0.01mm）。

式中：lg為路基頂面驗(yàn)收彎沉值，0.01mm；p為落錘式彎沉儀承載板施加荷載，MPa；r為落錘式彎沉儀承載板半徑，mm；E0為平衡濕度狀態(tài)下路基頂面回彈模量，MPa。

根據(jù)式（2）及新建路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)資料，得到級(jí)配碎石墊層驗(yàn)收彎沉值為245.6（0.01mm）。

3 影響彎沉指標(biāo)的關(guān)鍵因素

在項(xiàng)目施工過(guò)程中，為保證施工質(zhì)量，項(xiàng)目部制訂了專項(xiàng)質(zhì)檢方案，在各結(jié)構(gòu)層施工結(jié)束、養(yǎng)護(hù)完成后，對(duì)其進(jìn)行彎沉檢測(cè)，滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行下一結(jié)構(gòu)層施工。各工段在實(shí)測(cè)實(shí)量中發(fā)現(xiàn)，按照設(shè)計(jì)要求攤鋪、碾壓的15cm級(jí)配碎石墊層，其檢測(cè)彎沉值較驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)有較大的出入，70%的檢測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)290，甚至有部分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)到400以上。在采取提高壓路機(jī)輪重、增加碾壓次數(shù)等措施后，實(shí)測(cè)彎沉值仍高于驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度。針對(duì)這一現(xiàn)狀，項(xiàng)目部聯(lián)合設(shè)計(jì)單位對(duì)相關(guān)原因進(jìn)行了梳理。

3.1 級(jí)配碎石材料影響

道路改建項(xiàng)目，特別是水泥混凝土路面改建工程中，常產(chǎn)生大量廢棄混凝土，為減少環(huán)境污染、對(duì)廢棄建筑材料進(jìn)行循環(huán)利用，通常可將廢棄混凝土進(jìn)行破碎、篩分，制成再生集料，用于道路墊層或基層[2]。該項(xiàng)目部分級(jí)配碎石屬再生料，雖滿足液限、塑性指數(shù)、壓碎值、粒徑等要求，但在實(shí)際應(yīng)用中存在彎沉值偏高的可能。

3.2 地下管線影響

該項(xiàng)目地下管線復(fù)雜，包含雨水管道、自來(lái)水管道、燃?xì)夤艿?、電力管道、?guó)防光纜、通信管道等，部分管線遷改后仍位于主道內(nèi)，且對(duì)遷改后的管線未采取相關(guān)保護(hù)措施，直接進(jìn)行填筑壓實(shí)，導(dǎo)致該部分路基承載力較差，回彈模量較高，間接影響級(jí)配碎石層的壓實(shí)效果。

3.3 路基填料影響

地勘資料的偏差與施工精度的控制均易造成換填深度不足，繼而影響路基承載力，導(dǎo)致級(jí)配碎石層在碾壓時(shí)無(wú)法完整傳遞壓路機(jī)荷載，進(jìn)而導(dǎo)致欠壓[3]。再次對(duì)相關(guān)路段進(jìn)行地質(zhì)勘查，發(fā)現(xiàn)部分路段軟弱地基范圍與原地勘資料相比存在較大出入，根據(jù)原地勘資料而確定的換填深度不足，需再次進(jìn)行軟基處理。根據(jù)最新地勘資料出具的設(shè)計(jì)文件，換填深度為1～3m，填料應(yīng)為砂礫石。

4 相關(guān)處置技術(shù)及效果

根據(jù)上述影響彎沉指標(biāo)的關(guān)鍵因素，項(xiàng)目部采取了具有針對(duì)性的技術(shù)措施與方法來(lái)改善級(jí)配碎石墊層的性能，使其彎沉檢測(cè)滿足設(shè)計(jì)要求。具體措施主要包括路基補(bǔ)充換填、地下管線保護(hù)、更換級(jí)配碎石材料等。

4.1 軟弱路基段補(bǔ)充換填

對(duì)全線軟基路段進(jìn)行摸排，增加未達(dá)到換填深度路段的換填量，并對(duì)換填材料進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)更換不滿足承載力要求的填料，確保軟基換填段路基承載力滿足要求，并且可以傳遞墊層碾壓荷載。

4.2 地下管線保護(hù)

由于遷改后的地下管線直接埋于路基中，易導(dǎo)致路基局部欠壓，難以密實(shí)，特別是在對(duì)級(jí)配碎石墊層的碾壓過(guò)程中，難以完整傳遞壓路機(jī)施加的荷載，影響壓實(shí)效果。為排除地下管線導(dǎo)致的部分路基壓實(shí)不足的影響，對(duì)全線主道內(nèi)管線實(shí)施水泥混凝土保護(hù)，即在管線外緣沿線支立模板，保護(hù)層寬1.5m、高15cm，呈帶狀分布，確保覆蓋所有管線，模板完成后澆筑C25混凝土，待保護(hù)層終凝并達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，進(jìn)行路基土回填并壓實(shí)。

4.3 更換級(jí)配碎石材料

為排除再生料對(duì)級(jí)配碎石墊層性能的影響，更換全線級(jí)配碎石材料，采用天然級(jí)配碎石材料，最大粒徑不超過(guò)37.5mm，液限小于28%，塑性指數(shù)小于6，壓碎值不大于30%，配合比滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)在材料進(jìn)場(chǎng)前，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。同時(shí)，在施工過(guò)程中嚴(yán)格把控施工質(zhì)量，受場(chǎng)地限制，攤鋪采用平地機(jī)施工，施工時(shí)應(yīng)盡可能減少混合料的離析，攤鋪時(shí)應(yīng)指派專人對(duì)已發(fā)生離析的部分及時(shí)更換新的混合料以消除離析現(xiàn)象，碾壓則使用12t以上的三輪壓路機(jī)，確保壓實(shí)效果。

4.4 處理結(jié)果分析

通過(guò)上述處理方法對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行處理后，再次進(jìn)行級(jí)配碎石墊層施工并檢測(cè)彎沉值，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。由表1可知，路段彎沉相比之前有了明顯改善，檢測(cè)點(diǎn)位均滿足設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明上述處理措施發(fā)揮了良好的效果。

表1 貝克曼梁測(cè)定路基路面回彈彎沉試驗(yàn)檢查記錄表

5 結(jié)束語(yǔ)

城市道路改擴(kuò)建是推動(dòng)城市化發(fā)展的必經(jīng)之路，在工程施工過(guò)程中，市政管線、原始路基結(jié)構(gòu)、建造材料等均會(huì)對(duì)工程質(zhì)量與進(jìn)度造成影響。通過(guò)改善級(jí)配碎石配合比，對(duì)地下管線施加保護(hù)層并對(duì)路基填料進(jìn)行改良，可以有效提高級(jí)配碎石墊層性能，使彎沉等檢測(cè)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。