高速公路改擴(kuò)建工程路面結(jié)構(gòu)方案研究

柴士超

(河北銳馳交通工程咨詢有限公司 石家莊市 050021)

1 項(xiàng)目概況

G1811黃石高速公路位于河北省中部,走向?yàn)闁|西向,承擔(dān)著西煤東運(yùn)的重要任務(wù),建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為預(yù)留雙向六車道(前期實(shí)施四車道路面)路基,即原建設(shè)期按雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),實(shí)際施工時(shí),路面工程按四車道實(shí)施,中央分隔帶處預(yù)留兩行車道寬度,路基、橋涵、互通立交及其他沿線設(shè)施均按六車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、預(yù)留。

本項(xiàng)目為G1811黃石高速(辛集至藁城路段)四改六擴(kuò)建工程,即原預(yù)留兩車道的后期完善工程。統(tǒng)籌考慮原路面預(yù)留車道路面結(jié)構(gòu)硬化、現(xiàn)狀運(yùn)營(yíng)車道的路面養(yǎng)護(hù),根據(jù)車道內(nèi)橫向輪跡分布規(guī)律,縱向接縫避開(kāi)輪跡帶的原則,制定路面拼接方案,統(tǒng)籌舊路養(yǎng)護(hù)需求,確定整體路面改擴(kuò)建方案。

2 工程現(xiàn)狀

2.1 路基現(xiàn)狀

本項(xiàng)目建設(shè)期按雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),施工階段路面工程按雙向四車道實(shí)施,中央分隔帶預(yù)留兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)行車道。路基寬33.5 m,行車道寬4×3.75 m,硬路肩寬2×2.5 m,土路肩寬2×0.75 m,中間帶寬12.0 m,路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。

圖1 路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位:cm)

2.2 路面現(xiàn)狀

建設(shè)期路面結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 建設(shè)期路面結(jié)構(gòu)形式

2.3 養(yǎng)護(hù)歷史

2005年路面養(yǎng)護(hù)專項(xiàng)對(duì)路面病害位置局部挖補(bǔ)治理后,整體面層采用4 cm AC-13 C瀝青混凝土罩面;2009年養(yǎng)護(hù)過(guò)程中,對(duì)黃驊方向路面銑刨兩行車道4 cm表面層,整斷面加鋪2 cm AC-10 C+4 cm AC-13 C改性瀝青混凝土;2010年對(duì)石家莊方向兩行車道銑刨并重鋪4 cm AC-13 C改性瀝青混凝土面層。兩次養(yǎng)護(hù)改造后,黃石高速(辛集至藁城段)現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)形式

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn),項(xiàng)目路段運(yùn)營(yíng)至2017年本項(xiàng)目啟動(dòng)前,路面有不同程度的病害,黃驊方向路面病害主要表現(xiàn)為路面縱縫、橫縫,部分路段存在集料散失,瀝青老化嚴(yán)重等現(xiàn)象,個(gè)別路段存在唧漿。石家莊方向路面病害主要表現(xiàn)為路面縱縫、網(wǎng)裂、橫縫、瀝青嚴(yán)重老化[1-2]等,部分路段橫縫密集,間距約5～10 m,并伴有支縫和沉陷。

3 路面設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目路面設(shè)計(jì)以詳細(xì)的舊路面調(diào)查和客觀評(píng)價(jià)為基礎(chǔ),根據(jù)舊路狀況、施工難易程度等綜合確定拓寬方式、拓寬結(jié)構(gòu)組合形式和新舊路面結(jié)構(gòu)搭接方案等內(nèi)容。

依據(jù)高速公路路面現(xiàn)狀技術(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)(SRI、PCI、RDI、PSSI、 RQI)及現(xiàn)場(chǎng)路面性狀,確定對(duì)現(xiàn)狀高速公路路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)上述分析，進(jìn)而探討辛鎮(zhèn)地區(qū)沙四段高壓鹽水層的形成過(guò)程。辛鎮(zhèn)地區(qū)所處的構(gòu)造位置決定了該區(qū)沙四下亞段、孔店組大面積發(fā)育鹽膏層，使得該地區(qū)的地層水礦化度明顯高于南部地區(qū)。在沙四段異常壓力和深大斷裂的作用下，高礦化度地層水可沿深大斷裂向上部地層滲透。到沙四上亞段沉積早期，辛鎮(zhèn)地區(qū)在深湖-半深湖相背景下發(fā)育湖底扇、深水濁積扇和滑塌濁積巖沉積，這類儲(chǔ)層包裹于生油巖之中，砂體和烴源巖呈全方位的接觸。此時(shí)，儲(chǔ)集性能良好的砂體同樣對(duì)高礦化度地層水起到輸導(dǎo)作用，同時(shí)配合斷層的橋梁作用，使高礦化度地層水可優(yōu)先進(jìn)入儲(chǔ)層。

以互通區(qū)間為檢測(cè)基本單元,分析各路段路面使用性能檢測(cè)指標(biāo)如表3、表4所示。

表3 石家莊方向路面使用性能指標(biāo)表

表4 黃驊港方向路面使用性能指標(biāo)表

本項(xiàng)目高速公路雙向路面抗滑指數(shù)SRI、破損指數(shù)PCI均低于養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)值?？梢?jiàn),有必要對(duì)本項(xiàng)目范圍內(nèi)原路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)改造。結(jié)合本次預(yù)留車道硬化工程,對(duì)原路面進(jìn)行必要的維護(hù)保養(yǎng)是科學(xué)合理的。

3.2 路面結(jié)構(gòu)方案

結(jié)合黃石高速公路(辛集至石家莊路段)路面養(yǎng)護(hù)維修歷史以及四改六路面拓寬方案,提出預(yù)留車道硬化與原路面統(tǒng)籌結(jié)合方案[3-6]:

(1)方案一

石家莊方向:硬化預(yù)留車道,結(jié)構(gòu)為4cmSMA-13+8cmAC-20C+11cmATB-25+18cm水穩(wěn)碎石+19cm水穩(wěn)碎石+20cm水穩(wěn)碎石,原路面進(jìn)行4cmSMA-13罩面。

黃驊港方向:硬化預(yù)留車道,結(jié)構(gòu)為4cmSMA-13+8cmAC-20C+11cmATB-25+20cm水穩(wěn)碎石+20cm水穩(wěn)碎石+20cm水穩(wěn)碎石,銑刨2cmAC-10磨耗層并采用4cmSMA-13罩面。

(2)方案二

石家莊方向:硬化預(yù)留車道,結(jié)構(gòu)為4cmAC-13C+8cmAC-20C+11cmATB-25+18cm水穩(wěn)碎石+19cm水穩(wěn)碎石+20cm水穩(wěn)碎石,原路面進(jìn)行4cmAC-13C罩面。

黃驊港方向:硬化預(yù)留車道,結(jié)構(gòu)為4cmAC-13C+8cmAC-20C+11cmATB-25+20cm水穩(wěn)碎石+20cm水穩(wěn)碎石+20cm水穩(wěn)碎石,銑刨2cmAC-10磨耗層并采用4cmAC-13C罩面。

雖然SMA瀝青瑪蹄脂碎石材料造價(jià)高,施工工藝要求高,但其具有良好的高溫穩(wěn)定性、抗滑性能;同時(shí),水泥穩(wěn)定碎石基層承載力較高且強(qiáng)度上升快,并且ATB瀝青穩(wěn)定碎石可以有效防止反射裂縫發(fā)生、發(fā)展。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講,AC普通瀝青混凝土表面層造價(jià)相對(duì)較低,但抗車轍及抗滑性能較差。

綜合各方面因素,結(jié)合方案一、方案二的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析,最終推薦采用方案一作為本工程路面工程技術(shù)方案。

4 路面搭接處理

處理好現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)與既有路面結(jié)構(gòu)的銜接是本工程預(yù)留車道拓寬工作的關(guān)鍵。為保障搭接位置銜接順暢,避免新舊路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生裂縫,路面搭接采用逐層開(kāi)挖臺(tái)階的方式[7],對(duì)于不同的搭接位置,采用不同的搭接方案,具體情況如下:

(1)中央分隔帶的搭接處理

中央分隔帶設(shè)預(yù)制混凝土路緣石,下面層底部與路緣石底部平齊,上、下基層與底基層之間開(kāi)設(shè)臺(tái)階,如圖2所示。

圖2 中央分隔帶處搭接示意圖(單位:cm)

(2)新舊路面搭接處理

a.橫向搭接處理:每幅預(yù)留車道硬化處理寬度為4.5 m,即3.75 m預(yù)留行車道+0.75 m左側(cè)路緣帶。由于路面整體方案為預(yù)留車道硬化統(tǒng)籌舊路面養(yǎng)護(hù)需求,以縱向接縫避開(kāi)輪跡帶為原則,根據(jù)施工攤鋪寬度,合理調(diào)整4 cm SMA-13表面層縱向接縫。其余各層橫向搭接寬度均為20 cm。為抑制基層反射裂縫進(jìn)一步發(fā)展,在ATB層頂面以及新舊基層拼接處鋪設(shè)聚酯玻纖布,如圖3所示。

圖3 路面橫向搭接示意圖(單位:cm)

b.縱向搭接處理:每層臺(tái)階開(kāi)挖寬度為120 cm,為了防止縱向施工縫對(duì)路面結(jié)構(gòu)銜接造成不利影響,在12 cm ATB-25和8 cm AC-20瀝青混凝土之間沿縱向施工縫鋪設(shè)聚酯玻纖布,如圖4所示。

5 結(jié)論

文章依托黃石高速公路(辛集至藁城段)改擴(kuò)建項(xiàng)目,以兼顧拼寬路面結(jié)構(gòu)與舊路養(yǎng)護(hù)需求方案的協(xié)調(diào)為原則,根據(jù)內(nèi)側(cè)加寬的特點(diǎn),以避開(kāi)輪跡帶為拼接原則,確定了小臺(tái)階路面拼接方案,并且取得了較好的實(shí)施成效,給同類項(xiàng)目提供了可借鑒的方案。