南寧至北海高速公路路面改建方案探討

易宗石，張紅日

(廣西交通科學研究院，廣西　南寧　530007)

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南寧至北海高速公路路面改建方案探討

易宗石，張紅日

(廣西交通科學研究院，廣西南寧530007)

文章以南寧至北海高速公路舊水泥路面工程為例，針對該路路線方案、路面改建方案、舊路病害處治等方面存在的問題進行了分析，并提出了相應的解決方案，有效提高了舊路的通行能力和服務水平，為今后的路面改建項目提供參考經(jīng)驗。

高速公路；改建；路面；加鋪；病害

0　引言

南寧至北海高速公路是蘭海高速公路的重要組成部分，于1996年開工建設，1998年12月8日建成通車，全線設計行車速度120 km/h，南寧至欽州(磨刀水互通)段為雙向6車道，欽州至北海為雙向4車道。通車十余年來，作為西南地區(qū)通往廣東沿海地區(qū)的主要通道，交通量日益增大，尤其是拖掛車和集裝箱車等重載交通車型的逐漸增多，對原有公路的不利影響也逐步顯現(xiàn)出來，由于地區(qū)發(fā)展速度遠遠超出建設時期的預測，因而使得原有的舊水泥路面出現(xiàn)了剛性路面的常見病害，如錯臺、斷板、板底脫空等，嚴重影響了行車安全，降低了通行能力和服務水平，從而影響到西南地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，因此南寧至北海高速公路改建成為急需解決的重要問題。

2013年，廣西交通科學研究院作為中標單位對欽州至北海段開始勘察設計，設計任務包含主線欽州至石灣互通和北海支線石灣互通至合浦收費站。作為舊路改建項目，以可持續(xù)發(fā)展為出發(fā)點，減少資源浪費，合理利用現(xiàn)有的公路資源，以提高舊路的通行能力和服務水平為目標，本文主要論述了在項目實施過程中如何確定路線方案；在確定采用路面大修的方案后論證了具有經(jīng)濟合理和良好的路用性能的路面加鋪結構；最后著重論述了提高加鋪層使用壽命的舊路處治方案。

1　路線方案

1.1平面方案

由于本項目所處地區(qū)的地形較為平緩，大部分路段是填方路段，全線的平縱面指標能達到規(guī)范要求的120 km/h標準，因此從合理利用土地資源和現(xiàn)有公路資源為出發(fā)點，本項目的路線方案確定采用原舊路方案，不對路線的走向和平面指標進行調整，即完全采用原舊路的路線。

1.2路線測量

新建高速公路的設計標高通常是指中間帶的路緣帶標高，但是本項目是正在運營的舊高速公路，無法測量到路中線兩側路緣帶的地面標高，為了解決這一難題，外業(yè)測量時采取測量上下行線兩側行車道邊緣標高，然后根據(jù)橫坡反算路中心標高。但是由于本項目已建成通車近20年，路基路面均產(chǎn)生了不同程度的變形，因此反算出來的標高只能是理論標高，可以直接體現(xiàn)的仍只是縱斷面曲線，這對于調整局部路面凹陷已經(jīng)足夠。

1.3縱段面

本項目主要解決的是行車安全舒適和通行水平的問題，項目所在地地形較好，屬于平原微丘區(qū)，全線的路線平縱面指標較好，均能達到規(guī)范要求，自項目開始運營以來，路基已基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此沒有對平縱面進行重大調整，僅僅從行車安全舒適和通行能力的角度出發(fā)，致力于提升現(xiàn)有公路的服務水平。

通過施工圖外業(yè)測量發(fā)現(xiàn)，全線的縱斷面發(fā)生了不同程度的變形，但沒有出現(xiàn)重大變形，沒有對行車的安全和舒適度產(chǎn)生較大影響，僅在局部的路段發(fā)生了小的沉陷，長度不超過百米，因此可以判斷路基本身并沒有出現(xiàn)大的病害，通過緯地設計軟件對縱斷面進行擬合后，可以得出局部路段的下陷深度，采用加鋪路面結構的下面層對下沉區(qū)域進行調平處理，消除高速行車時的跳車現(xiàn)象，其余路段則采用各結構層等厚度加鋪。如要使得全線的縱斷面均能達到規(guī)范要求的平順度，則會產(chǎn)生兩個問題：(1)加鋪結構層須要分多層加鋪，否則不能消除現(xiàn)有水泥路面產(chǎn)生的輕微變形；(2)須要增加加鋪層厚度，這勢必會增加不必要的造價，造成資源浪費。而這些輕微變形并沒有對行車產(chǎn)生不良反應，尤其是在加鋪瀝青面層以后，整個路面的平順度可以得到更大的改善，在設計時速下行駛時乘客的感官感應不出這些變形所造成的影響，因此并不對縱斷面提出過于嚴格的要求，僅對影響到行車安全和舒適性的地方進行局部處置。

1.4總體方案

既然全線的平縱面均采用原舊路，那么總體方案就可以簡述為對南寧至北海高速公路進行路面大修。采用何種路面大修方案既能避免不必要的浪費又能提高舊路的通行能力和服務水平就成為了關鍵點。

2　路面改建方案

2.1路面調查

由于是在保證高速公路正常運營的情況下進行外業(yè)勘察，因此不能全線封閉交通進行詳細的舊路病害調查，為了得到舊路病害處治工程量，采用車載智能路面自動檢測系統(tǒng)對全線進行檢測分析，得出各路段每百米及每公里路面損壞狀況指數(shù)(CPI)，分為優(yōu)良中次四級，然后選取典型病害路段(單幅4 km，上下行線各2 km)臨時封閉交通進行詳細調查，統(tǒng)計舊路病害數(shù)量，將各種病害的百分比對應至PCI等級，就可以得出各PCI等級相應的舊路病害數(shù)量，從而計算出全線各路段的舊路處治工程量。舊路病害處治中最主要的分項工程在于更換破碎板，根據(jù)檢測結果計算得出全線的面板斷板率約為17%。

2.2路面改建方案的確定

路面改建方案的論證主要是根據(jù)舊路的現(xiàn)狀，選取經(jīng)濟合理技術可行的改建方案。美國瀝青協(xié)會的彎沉法提出，在舊水泥混凝土面板上鋪筑瀝青加鋪層，可以降低舊面層接縫或裂縫處的彎沉量，1 cm厚的密級配瀝青混凝土加鋪層約可降低2%的彎沉量(最高可達4%～5%)，當需要降低的彎沉量過大(超過50%)時，采用厚加鋪層是不經(jīng)濟的。國內目前還沒有明確的針對舊水泥路面改造的指導性意見，主要還是依靠各地區(qū)的工程經(jīng)驗，根據(jù)不同地區(qū)的工程條件和交通量水平等因素選擇合理的方案。

舊水泥路面改建主要有兩大類方案，即加鋪水泥混凝土加鋪層和加鋪瀝青混凝土加鋪層，此外還有破除原有路面結構并新建路面。經(jīng)過外業(yè)勘測發(fā)現(xiàn)，本項目舊路面板斷板率約為17%，為了降低造價避免造成不必要的浪費和響應綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展，在設計初期，為了使舊路能夠更好地延遲使用壽命，我們提高了對舊路檢測的要求，評定板角彎沉差>0.06 mm的水泥面板即屬于需要進行穩(wěn)固的范圍，然而檢測結果表面僅有約30%的板塊在此范圍內，而對于需要進行破碎挖除的彎沉差>0.14 mm的板塊，數(shù)量<1%，據(jù)此可以判斷舊路水泥面板大部分處于穩(wěn)固狀態(tài)，且本項目舊路面板斷板率較低，因此否定了破除舊路面并新建路面的方案。而水泥路面錯臺造成的跳車現(xiàn)象和較大噪音對行車舒適度極為不利，剛性路面上部加鋪剛性路面隨著時間的推移仍然避免不了出現(xiàn)剛性路面的常見病害，而剛性路面上加鋪柔性路面卻能很好地發(fā)揮兩者之間的優(yōu)良性能，既能增加行車舒適度又能延長路面的使用年限，全壽命周期的成本相對較低，這種方法不僅能修復、提高路面的承載能力，消除原有接縫處易產(chǎn)生唧泥、斷裂、脫空等多種病害的不利影響，同時也能有效提高路面平整度和抗滑能力，從而改善路用性能，提高路面服務水平。廣西區(qū)內對此已經(jīng)做了十余年的試驗，參照柳南高速和壇百高速的改建經(jīng)驗，綜合考慮各影響因素后，本項目采用了對舊路面進行病害處治后加鋪瀝青混凝土面層的方案。

2.3路面加鋪厚度的確定

根據(jù)工可報告中的交通量預測，舊路已使用了13年，剩余設計基準期17年，設計軸載采用標準軸載100 kN，經(jīng)現(xiàn)場鉆芯取樣發(fā)現(xiàn)舊混凝土面層平均厚度為240 mm，設計過程中采用HPDS路面計算軟件計算得到舊路面剩余設計基準期內設計車道上設計軸載累計作用次數(shù)為1.301 158E+08，對照《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》表3.0.7得到路面承受的交通荷載等級屬于特重交通荷載等級，經(jīng)HPDS計算得出滿足路面結構極限狀態(tài)要求的瀝青混凝土加鋪層設計厚度為100 mm。對于瀝青加鋪層厚度，國內外均沒有規(guī)范給出具體的規(guī)定，主要是根據(jù)各地區(qū)的工程經(jīng)驗確定，《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》(JTG D40-2011)8.6.4中僅僅給出指導性規(guī)定，即“瀝青加鋪層厚度應兼顧混合料的公稱最大粒徑相匹配和減緩反射裂縫的要求確定，高速公路和一級公路的最小厚度宜為100 mm，其他等級公路的最小厚度宜為80 mm”。反射裂縫是“白+黑”路面常見的病害，而增加加鋪層厚度是延緩反射裂縫出現(xiàn)的主要手段之一，但是太厚的路面結構勢必會增加造價，造成資源浪費。因此，本項目主要依靠各地區(qū)的工程經(jīng)驗，與本項目處于同一線路的柳南高速公路采用的加鋪層厚度為13.5 cm，根據(jù)廣西交通科學院每年對柳南高速公路加鋪后的檢測發(fā)現(xiàn)，反射裂縫的出現(xiàn)時間均較晚，數(shù)量不超過十分之一，考慮本項目所處沿海地區(qū)的長日照、多雨水、強輻射、高氣溫等不利氣候條件，以及沿海地區(qū)雨熱同季、出海貨運重載等綜合因素，最終設計采用了15 cm厚的路面結構。

2.4路面加鋪結構的確定

反射裂縫是加鋪層常見的病害，為了延緩反射裂縫的出現(xiàn)，國內外常見的措施是設置應力吸收層、增加加鋪層厚度和采用大粒徑瀝青碎石做下面層。已經(jīng)通車近10年的柳南高速公路采用的路面結構為：4 cm SMA-13型SBS改性瀝青混凝土表面層+8 cm AC-25(改進型)SBS改性瀝青混凝土下面層+1.5 cm AC-5型SBS改性瀝青混凝土調平層。柳南高速公路與本項目主線處于同一路線，它的成功實施對本項目具有一定的參考價值，但是兩個項目所處區(qū)域不同，地質、氣候、交通等條件存在差異，因此不能照搬柳南高速的路面結構，只能將各種因素進行綜合分析，最后決定在舊水泥路面上設置3 cm厚SMA-10改性瀝青混凝土防反射裂縫應力吸收層。為了形成良好的行車效果，采用了常見的4 cm厚SMA-13改性瀝青混凝土做上面層，它能夠有效降低行車噪音，提高路面表面的平整度和平順度，降低白天行車的反光度，同時也可以很好地反映晚上行車的道路輪廓。對于下面層的設計，主要考慮到結構層的高溫穩(wěn)定性，根據(jù)廣西區(qū)內的經(jīng)驗，車轍一般在通車后兩個夏季時間出現(xiàn)，只要能抵抗住兩個雨熱同季的考驗，車轍現(xiàn)象就可以減少到最低，設計采用8 cm厚AC-20C改性瀝青混凝土做下面層，因為較粗的混合料能達到抵抗車轍和延緩反射裂縫的效果。

2.5特殊部位路面結構

根據(jù)對柳南高速公路通車后的觀察發(fā)現(xiàn)，部分橋梁兩端的加鋪層出現(xiàn)破損的重復率較高，分析后認為這是因為在改建的過程中沒有對全線重新進行路線縱斷面設計，而一般路基路段的加鋪結構層厚度是13.5 cm，橋梁的加鋪層厚度是5 cm，在橋梁兩端就出現(xiàn)了高程差，因此在橋頭位置需要進行局部調坡處理，瀝青路面攤鋪時存在松鋪系數(shù)。AC類瀝青混合料的松鋪系數(shù)在1.2～1.25之間，如果簡單地進行混合料攤鋪，那么很難在橋頭位置處得到平順的過渡，在加鋪層越厚的位置也就是遠離橋頭一側，進行壓實后標高下降越大，那么勢必會產(chǎn)生縱面標高的突然下降，也就是出現(xiàn)了類似反拋物線的縱斷面線形，高速行車時在橋頭會產(chǎn)生失重現(xiàn)象，而在橋尾處會產(chǎn)生跳車現(xiàn)象，嚴重時會出現(xiàn)車輛緊急制動，這不但影響到行車安全，還會對橋梁產(chǎn)生附加荷載和縱向水平制動力，對結構安全也會造成不利影響，因此必須對橋梁兩端的路面過渡給予足夠的重視。本項目路基路段加鋪層厚度為15 cm，橋梁加鋪層厚度為5 cm，因此對橋梁前后的過渡部位，進行了專門的設計，要保證表面的平順，就要為上面層4 cm厚SMA-13一次成型提供條件，因此在加鋪層的下部要完成從11 cm至1 cm的過渡。然而AC-20C的適應攤鋪厚度為5～10 cm，SMA-13的適應加鋪厚度為3～6 cm，因此決定在11 cm至6 cm的范圍內采用AC-20C進行調平，其余則采用SMA-13進行調平。在加鋪瀝青面層之前，首先要測量橋梁前后路段舊路面標高，然后對橋梁兩端的舊水泥路面進行2 cm厚度的精銑刨，施工過程中采用分層多次攤鋪找平的方法，逐漸消除瀝青混凝土壓實后的標高變化，使縱面標高的變化趨于平順，提高行車安全。

3　舊路病害處治

要提高加鋪層的使用壽命，加鋪層結構本身是非常重要的，但是也不能忽略對舊路處治的重視，因為舊水泥混凝土路面在經(jīng)過10余年的使用后，由于路基變形、路面結構受損、不利的地質水文條件、重載車輛荷載等不利因素的作用，其本身已處于不完全穩(wěn)定的狀態(tài)，如果直接在現(xiàn)有的混凝土路面上進行路面加鋪，勢必會造成加鋪層處于不利的受力狀態(tài)，從而導致早期破壞的出現(xiàn)。舊水泥路面的病害處治主要有更換破碎板塊、板底脫空灌漿、打磨錯臺、更換失效的縮縫材料等，對舊路病害進行處治的根本原因是為了延緩或減少加鋪層反射裂縫的出現(xiàn)，提高加鋪層的使用壽命。瀝青加鋪層出現(xiàn)反射裂縫無非是舊水泥面板出現(xiàn)了開裂位移或縮縫出現(xiàn)了損壞造成的，而與之有關的最主要問題就在于更換舊路破碎板時如何保持原有面板的縮縫不至于被損傷或擴縫，因為不規(guī)則的縮縫會加重應力集中，加快反射裂縫的出現(xiàn)，因此如何在不損傷臨近板塊和縮縫的情況下更換破碎板是舊路處治過程中尤其重要的問題。

水泥面板的破除采用的機械是挖土機換裝破碎錘，在破碎面板和裝車的過程中，現(xiàn)場出現(xiàn)機械對臨近面板、路面基層產(chǎn)生了不同程度的損傷，表現(xiàn)為基層被錘頭擊碎，臨近板塊被擠壓破裂等，經(jīng)觀察分析發(fā)現(xiàn)，其原因為：錘頭破碎深度過大，錘頭擊中二灰基層，將基層錘擊破碎；裝運時挖斗沒有安裝平鏟，鏟斗對基層造成齒狀條形劃傷；破碎面板前沒有對面板進行切割，破碎錘錘擊面板時應力不能及時分散，對臨近板塊造成擠壓；部分舊的面板橫縫之間存在直徑28 mm的傳力桿，破碎之前沒有切斷，破碎臨近板縫的混凝土塊時對臨近板塊的連接部位造成損傷。這些問題如果得不到解決，那么在加鋪瀝青層后將會首先在這些部位出現(xiàn)反射裂縫。為解決這一問題，除了減少錘擊深度和安裝平鏟之外，最主要的是對面板進行切割，采取的具體措施為破板時采用回字形“兩刀切板法”。在切板時，先沿板邊四周縮縫切割，然后對板塊四周距板邊緣10～15 cm處進行二次切割，即將水泥面板切割成“回”字，切割深度要達基層，即破板前用切割機把所破板塊與周圍板塊分割開，盡量減少所破板塊對周圍板塊的影響。在所破板塊中間按“井字”圖形再切四刀，切割深度達到基層，破板機械從中間向四周破碎，減少破板對基層的破壞。

4　結語

目前南寧至北海高速公路路面改建工程已經(jīng)施工完成，并且順利通過廣西壯族自治區(qū)交通運輸廳以及廣西壯族自治區(qū)質監(jiān)站等多個部門組成的專家組驗收，已順利通車。通車一年來，瀝青加鋪層順利經(jīng)受住了第一個夏季的考驗，目前沒有出現(xiàn)任何一處的車轍，也沒有任何水損壞的表現(xiàn)，路面結構穩(wěn)定，表面情況完好，行車的舒適性和安全性得到了大幅度提升，提高了舊路的服務水平，有效促進了北部灣地區(qū)及周邊城市的經(jīng)濟發(fā)展，給周邊省份提供了一條快速的出海通道。

[1]JTG D50-2006，公路瀝青路面設計規(guī)范[S].

[2]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面設計規(guī)范[S].

[3]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規(guī)范[S].

[4]陳栓發(fā)，楊斌.水泥混凝土路面瀝青加鋪層設計與施工[M].北京：人民交通出版社，2011.

[5]李嘉.舊水泥混凝土路面加鋪罩面層設計[J].中南公路工程，1995(3)：7-11，12.

Discussions on Pavement Reconstruction Program of Nanning-Beihai Expressway

YI Zong-shi，ZHANG Hong-ri

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

With the old cement pavement project of Nanning-Beihai Expressway as the example，this ar-ticle analyzed the problems existing in this road route plan，pavement reconstruction program，and old road disease treatment etc.，and proposed the corresponding solutions，which effectively improved traf-fic capacity and service levels of old road，thereby providing the reference experience for future pave-ment reconstruction project.

Expressway；Reconstruction；Pavement；Overlay；Disease

2016-05-20

U418.8

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.005

1673-4874(2016)06-0016-04

易宗石(1988—)，工程師，研究方向：路基路面設計、舊路路面處治及施工現(xiàn)場方案；

張紅日(1983—)，博士研究生，注冊土木(巖土)工程師，研究方向：地質路基研究與勘察設計。

廣西科學研究與技術開發(fā)計劃項目(桂科攻1598009-4)；廣西交通科學研究院科技項目(KJ2014-014)