“白改黑”路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)探討

陳巧玲

（三明市公路事業(yè)發(fā)展中心，福建 三明 365000）

1 工程概況

項(xiàng)目路線全長9.204 km，舊路路基寬度8.5 m，路面寬8 m。公路等級為原山嶺重丘二級公路，設(shè)計(jì)速度60 km/h，原路面為24 cm水泥混凝土+15 cm水泥穩(wěn)定碎石層+15 cm級配碎石墊層。本次路面病害調(diào)查，全線路面板共檢測病害板塊306塊，斷板率為9.17%。平均錯臺量為6 mm。路面損壞狀況評定等級為中，選擇“白改黑”路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行加鋪。

2 舊水泥路面狀況調(diào)查及處置

2.1 舊水泥路面狀況調(diào)查

2.1.1 外觀缺陷檢測

依據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 5201—2018）[1]，采用目測和尺量。全線混凝土板3 680塊，共檢測病害板塊306塊，占比9.17%。

2.1.2 彎沉檢測

檢測依據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）[2]，采用貝克曼梁法。項(xiàng)目3 680塊混凝土板檢測4 642點(diǎn)，96個點(diǎn)彎沉值>20（0.01 mm）。

2.1.3 接縫彎沉差檢測

檢測接縫彎沉差62組，有5組接縫彎沉差>6（0.01 mm）。

2.2 舊水泥路面病害處置

2.2.1 板塊維修

板塊維修分為換板處理和局部維修[3]，針對不同的病害情況采取不同的處置方式。

換板處理需要先破除舊板塊，清掃基層表面。如果基層以下變形或已破壞，用C15混凝土恢復(fù)基層標(biāo)高，再進(jìn)行換板處理；如果基層以下完好，采用彎拉強(qiáng)度5.0 MPa混凝土進(jìn)行換板處理。

局部維修分為板邊修補(bǔ)和板角修補(bǔ)，如圖1、圖2所示。

圖2 板角修補(bǔ)處置（單位：cm）

針對板與板之間發(fā)生錯臺，如果錯臺位移超過10 mm，先清除位置低的板后再換板；如果錯臺位移在5～10 mm之間，可采用磨平機(jī)磨平；若錯位位移<5 mm，可以不處理。如果板內(nèi)有裂縫但無錯臺，修補(bǔ)裂縫即可，無須更換板。

2.2.2 裂縫維修及構(gòu)造縫處置

對于小于1.0 cm的縫，先用清縫機(jī)清縫，再進(jìn)行灌縫處理，操作時應(yīng)垂直使用聚氯乙烯膠泥、焦油類填縫料和橡膠瀝青等加熱施工填縫料。

對構(gòu)造縫進(jìn)行清縫、填縫[4]。處置完成后，全線填縫料已失效的構(gòu)造縫需要進(jìn)行清灌縫處理，處理后使灌縫較兩邊寬2～5 cm，使用混凝土路面專用填縫料進(jìn)行填縫。

2.2.3 灌漿處理板內(nèi)裂縫維修后如果仍不滿足彎沉檢測的技術(shù)要求，應(yīng)進(jìn)行灌漿處理；脫空板塊也需要灌漿。

2.2.4 病害處置后彎沉檢測

水泥混凝土板經(jīng)過處理后需要再次進(jìn)行彎沉檢測，水泥混凝土板應(yīng)≤20（0.01 mm），相鄰混凝土板間彎沉應(yīng)≥6（0.01 mm）。處置后共檢測混凝土板109塊109點(diǎn)，有1個點(diǎn)位彎沉值>20（0.01 mm）。

3 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 交通荷載參數(shù)及計(jì)算

項(xiàng)目位于福建省，屬于二級公路，使用年限設(shè)置為12年。綜合交通量OD調(diào)查可知[5]，與瀝青混合料層對應(yīng)的永久變形及疲勞開裂的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用101 878次。按照使用年限，本公路設(shè)計(jì)交通等級為輕交通。

3.2 初擬路面結(jié)構(gòu)方案

項(xiàng)目在對原路段水泥砼板破損區(qū)域進(jìn)行修復(fù)的前提下，綜合考慮工程造價以及后期的維護(hù)工作等因素。

初擬種路面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 初擬路面結(jié)構(gòu)

3.3 路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

路面結(jié)構(gòu)中2 cm富油瀝青砼AC-5為功能層應(yīng)力吸收層，不參與結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。

3.3.1 瀝青混合料層永久變形驗(yàn)算

以彈性層狀體系理論為依據(jù)，通過分析計(jì)算求解各分層永久變形量。

瀝青層永久變形結(jié)果如表1所示。

表1 瀝青層永久變形結(jié)果

3.3.2 瀝青混合料層疲勞開裂驗(yàn)算

瀝青層凍結(jié)指數(shù)為32.0 ℃·d，層底水平拉應(yīng)變?yōu)?9.0 με，季節(jié)性凍土地區(qū)調(diào)整系數(shù)為1，基準(zhǔn)路面結(jié)構(gòu)溫度調(diào)整系數(shù)為1.49，瀝青層飽和度為92.0%，溫度調(diào)整系數(shù)為1.78。瀝青層疲勞開裂的設(shè)定壽命為29 749 450次。分析交通參數(shù)可知，瀝青層在使用年限內(nèi)疲勞當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)為101 878次，擬定的路面結(jié)構(gòu)滿足瀝青混合料層疲勞開裂驗(yàn)算要求。

3.3.3 貫入強(qiáng)度驗(yàn)算

公路所在地月平均氣溫為25.0 ℃，計(jì)算得瀝青混合料層的綜合貫入強(qiáng)度為0.96 MPa，貫入強(qiáng)度要求值為0.41 MPa，路面結(jié)構(gòu)及材料都符合要求。

3.3.4 路面低溫開裂指數(shù)驗(yàn)算

針對所在地區(qū)的實(shí)際情況分析可知，其低溫設(shè)計(jì)溫度為-3.0 ℃，經(jīng)計(jì)算可知低溫開裂指數(shù)為-0.4，本文取5.0。驗(yàn)證該指數(shù)結(jié)果顯示，所選路面結(jié)構(gòu)、材料均符合要求。

3.3.5 路表驗(yàn)收彎沉值

針對路面結(jié)構(gòu)路表（加鋪后）采用彈性層狀體系理論，計(jì)算驗(yàn)收彎沉值為38.9（0.01 mm）。

3.3.6 路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2019）[6]選取參數(shù)。

基層頂面當(dāng)量回彈模量100 MPa，考慮可靠度系數(shù)后舊混凝土面層綜合疲勞應(yīng)力3.13 MPa，最大綜合應(yīng)力3.32 MPa[7]。

結(jié)果表明，綜合疲勞應(yīng)力和最大綜合應(yīng)力均小于舊面層混凝土彎拉強(qiáng)度。在路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)下，符合瀝青混凝土加鋪層設(shè)計(jì)厚120 mm，路面結(jié)構(gòu)層最小防凍厚度400 mm。改建前原舊路面總厚度參與防凍重厚度驗(yàn)算，結(jié)果表明路面總厚度滿足路面結(jié)構(gòu)層最小防凍厚度。

各項(xiàng)驗(yàn)算內(nèi)容表明所選路面結(jié)構(gòu)與材料均符合要求。

4 病害處置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)分析

4.1 病害調(diào)查應(yīng)注意事項(xiàng)

確定路基工程、路面工程的外觀缺陷部位，初步探明產(chǎn)生缺陷的原因。通過對沿線路基工程、路面工程外觀質(zhì)量進(jìn)行檢測，調(diào)查工程存在的缺陷、病害，檢測結(jié)果作為病害處理提供數(shù)據(jù)資料。

4.2 病害處置注意事項(xiàng)

通過人工破碎法破除局部維修[8]混凝土塊，采用切割機(jī)具切割分離保留部分、破碎部分，要避免損傷保留部分。整塊換板維修方面，舊混凝土板可通過液壓鎬鑿，撞擊式破碎機(jī)破除大面積換板。施工縫傳力桿直徑、長度分別為30、45 cm，將瀝青、潤滑油涂于伸出端，在保留板內(nèi)嵌入深22.5 cm，約在板1/2厚處放置傳力桿，孔距設(shè)置為30 cm。在傳力桿安裝前，應(yīng)堅(jiān)壁鉆孔，橫向鋸縫，使用直徑比傳力桿大2 mm的鉆頭。成孔后，利用壓縮空氣清理孔內(nèi)的塵土、碎屑，插入傳力桿前應(yīng)按比例配制水泥與環(huán)氧砂漿，即環(huán)氧砂漿。

注漿工人在注漿前，需要用土工布鋪設(shè)注漿孔，之后開啟液漿泵調(diào)整壓力，使注漿處于穩(wěn)壓狀態(tài)。這個過程中，如發(fā)現(xiàn)路面抬升或隔壁孔冒漿，則應(yīng)結(jié)束注漿，并通過木塞封孔。其他施工注意事項(xiàng)嚴(yán)格按照相關(guān)施工驗(yàn)收規(guī)范執(zhí)行。

4.3 加鋪瀝青路面結(jié)構(gòu)計(jì)算的技術(shù)要點(diǎn)

4.3.1 路面結(jié)構(gòu)的擬定

為了保證盡快通車，應(yīng)該將施工難易程度作為整個方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，盡可能采用簡單的施工工藝，且有利于施工進(jìn)度方案的推進(jìn)。

合理選擇集料、瀝青類型，精準(zhǔn)配設(shè)混合料級，充分保障面層的抗滑性能，確保路面的抗滑性達(dá)到要求。在陽光的直射下，上面層路面溫度較高，應(yīng)保證其路面結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的抗車轍的能力；考慮路面汽車荷載行駛的過程中尤其是緊急剎車時，會產(chǎn)生很大的剪應(yīng)力，所以更應(yīng)該注意層間黏結(jié)材料的選擇，確保新舊路面緊密黏結(jié)，具備優(yōu)越的抗剪切性能。

4.3.2 路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，科學(xué)、合理、如實(shí)、靈活地選用和確定各主要設(shè)計(jì)參數(shù)的取值，應(yīng)注重交通量及交通組成的調(diào)查與分析。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件的調(diào)查與分析實(shí)際情況確定參數(shù)，不應(yīng)盲目根據(jù)規(guī)范提供的指導(dǎo)參數(shù)；舊砼路面回彈模量取值應(yīng)首選現(xiàn)場試驗(yàn)取值等。應(yīng)盡量使用實(shí)測數(shù)據(jù)，不能實(shí)測的應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合分析指導(dǎo)參數(shù)，靈活取值運(yùn)用。

科學(xué)、合理地分析驗(yàn)算結(jié)果，靈活調(diào)整技術(shù)參數(shù)，可保證項(xiàng)目結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理，降低工程造價。

4.3.3 路面加鋪施工注意事項(xiàng)

提前落實(shí)有關(guān)路面橫向管線埋設(shè)，之后才能進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層施工。在檢查并確認(rèn)路面下層質(zhì)量達(dá)到要求的情況下，通過機(jī)械攤鋪瀝青層面并進(jìn)行鋪筑。禁止在下層質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況下鋪筑面層，且鋪筑前必須按規(guī)定完成下封層及黏層、灑布透層；只有在待攤鋪層完全自然冷卻后，才能熱拌瀝青混合料路面，開放交通的前提條件是混合料表面的溫度小于50 ℃。

其他施工注意事項(xiàng)嚴(yán)格按照相關(guān)施工驗(yàn)收規(guī)范執(zhí)行。

5 結(jié)語

本文結(jié)合工程實(shí)例，首先通過實(shí)地調(diào)查了解舊路路況，就舊水泥混凝土路面病害提出針對性處置措施。其次通過計(jì)算分析對初擬的路面結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行驗(yàn)算分析，最終確定瀝青加鋪路面結(jié)構(gòu)。本研究系統(tǒng)介紹了舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素、設(shè)計(jì)理念和思路以及主要步驟，結(jié)合實(shí)例及以往的經(jīng)驗(yàn)，對“白改黑”路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析，可供其他類似項(xiàng)目參考。