高速公路長(zhǎng)隧道水泥砼路面處治后性能效果跟蹤研究

劉瓊,黃民如,2,曹景超

(1.廣東交科檢測(cè)有限公司,廣東 廣州 510550;2.廣東交科技術(shù)研發(fā)有限公司,廣東 廣州 510550;3.廣東寧華高速公路有限公司,廣東 梅州 514000)

近十余年來,廣東省建設(shè)的高速公路以穿越山區(qū)與丘陵為主,故隧道工程在廣東并不鮮見[1]。由于水泥砼路面具有抗壓強(qiáng)度高、面層承載力強(qiáng)、顏色較淺的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于隧道路面,尤其是長(zhǎng)隧道與特長(zhǎng)隧道。而因隧道內(nèi)部環(huán)境較為封閉,空氣流通速度慢,汽車尾氣及顆粒物在水的作用下附著于水泥砼路面表層,隨著時(shí)間的增長(zhǎng),逐漸形成蠟質(zhì)層附著于路表。隨著通車使用年限的增加,路面抗滑指標(biāo)逐漸無法滿足保證行車安全的要求。

為了盡量降低交通量、行車速度及使用環(huán)境等外部因素對(duì)研究結(jié)果的影響,本文以廣東EG高速中的幾座長(zhǎng)隧道水泥砼路面處治為例分析各性能指標(biāo)變化情況,主要包括ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道等三座隧道,其處治措施見表1。為了更好地掌握各養(yǎng)護(hù)措施對(duì)隧道水泥砼路面性能的變化情況,為后續(xù)隧道水泥砼路面處治提供數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)支持,本文主要研究跟蹤隧道水泥砼路面不同處治措施的性能效果變化情況,研究?jī)?nèi)容包括外觀質(zhì)量、行駛質(zhì)量、抗滑性能、瀝青混凝土的滲水系數(shù)及各措施的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

表1 隧道處治明細(xì)表

1 隧道水泥砼路面處治技術(shù)簡(jiǎn)介

(1)HOG紋理化:采用高強(qiáng)度陶瓷刃具在水泥砼路面淺表層沿行車方向刻畫出致密的波浪形紋理,用于增加水泥砼路面表觀的紋理構(gòu)造,提高舊水泥路面抗滑性能。

(2)精銑刨:是在標(biāo)準(zhǔn)銑刨工藝的基礎(chǔ)上加密刀頭的“精銑刨鼓”,采用精銑刨鼓在水泥砼路面上銑刨,使得路面銑刨后表觀紋理更加細(xì)密,增大銑刨后路表的微觀構(gòu)造,從而提高水泥砼路面的抗滑性能。

(3)加鋪瀝青混凝土(Novachip、UHPP):采用一定級(jí)配的粗細(xì)集料及礦粉,加上瀝青按照一定比例在嚴(yán)格控制條件下拌制而成的瀝青混合料。用于改善隧道水泥砼路面,該項(xiàng)目主要采用Novachip、UHPP兩種方式,對(duì)原材料主要要求如下。粗集料:選用潔凈、干燥、表面粗糙的玄武巖、輝綠巖、安山巖、閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)花崗巖等硬度和強(qiáng)度高的石料,不能采用石灰?guī)r等強(qiáng)度低、耐磨性差的石料[3]。細(xì)集料:選機(jī)制砂或精制石粉(100%破碎加工而成),應(yīng)該潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì),與瀝青有良好的粘結(jié)能力。瀝青:UHPP采用超高黏改性瀝青,Novachip采用SBS改性瀝青。

2 隧道水泥砼路面處治效果

2.1 外觀質(zhì)量分析

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG 3450—2019)要求對(duì)ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道處治后外觀質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查,并通過手工鋪砂儀對(duì)其進(jìn)行構(gòu)造深度測(cè)試,見圖1。結(jié)果顯示:HOG紋理化與精銑刨處治措施路段結(jié)構(gòu)清晰、紋理均勻、表面平順;Novachip與UHPP處治措施路段表面平整密實(shí),無泛油、松散、裂縫和明顯離析等現(xiàn)象。四種養(yǎng)護(hù)措施表觀構(gòu)造深度為1.12～1.32 mm,HOG紋理化的構(gòu)造深度稍大,主要由于其使用刀頭較大,紋理深度較大;加鋪瀝青混凝土(Novachip、UHPP)表面構(gòu)造均勻、紋理清晰、粗細(xì)集料互相嵌擠,具有較好的宏觀構(gòu)造。

(a)HOG紋理化

(b)精銑刨

(c)Novachip

(d)UHPP

2.2 抗滑性能分析

根據(jù)《路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》要求,采用SCRIM型橫向力系數(shù)檢測(cè)車對(duì)ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道主車道進(jìn)行SFC檢測(cè),每10 m輸出一個(gè)數(shù)據(jù),計(jì)算各隧道SFC平均值,并按照《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)進(jìn)行評(píng)定[5],具體情況見圖2與表2～4。結(jié)果顯示:四種養(yǎng)護(hù)措施對(duì)隧道水泥砼路面的路面抗滑性能均有不同程度的提升作用,處治后各隧道抗滑性能均評(píng)定為優(yōu)等級(jí)。HOG紋理化與精銑刨處治路段抗滑性能提升幅度相對(duì)較小,SFC提升14;Novachip與UHPP處治路段抗滑性能提升明顯,SFC提升24。跟蹤1年后,HOG紋理化與精銑刨處治路段抗滑性能衰減較快,基本恢復(fù)至處治前水平,評(píng)定為中次等級(jí),不滿足規(guī)范要求,項(xiàng)目公司對(duì)其再次進(jìn)行處治;但Novachip與UHPP處治路段抗滑性能仍保持較好,均評(píng)定為優(yōu)等級(jí)。跟蹤3年后,Novachip與UHPP處治路段抗滑性能仍保持較好,均評(píng)定為優(yōu)良等級(jí),SFC分別為47、53。雖然抗滑性能較高,但路表開始出現(xiàn)松散病害。

圖2 各養(yǎng)護(hù)措施路面橫向力系數(shù)

表2 各隧道路面主車道SRI各評(píng)定等級(jí)長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表(工后1月)

表3 各隧道路面主車道SRI各評(píng)定等級(jí)長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表(工后1年)

表4 各隧道路面主車道SRI各評(píng)定等級(jí)長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表(工后3年)

2.3 行駛質(zhì)量分析

根據(jù)《路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》要求,采用道路多功能檢測(cè)車對(duì)ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道主車道進(jìn)行路面國(guó)際平整度指數(shù)(IRI)檢測(cè),每10 m輸出一個(gè)數(shù)據(jù),計(jì)算IRI百米均值,具體情況見圖3。結(jié)果顯示:四種養(yǎng)護(hù)措施對(duì)隧道水泥砼路面的路面行駛質(zhì)量均有不同程度的提升,HOG紋理化與精銑刨提升幅度相對(duì)較小,分別提升0.2 m/km、0.35 m/km,但精銑刨效果稍佳,主要由于精銑刨可將部分水泥面板錯(cuò)臺(tái)位置進(jìn)行打磨;Novachip與UHPP處治路段行駛質(zhì)量改善明顯,分別提升0.94 m/km、0.83 m/km。對(duì)各養(yǎng)護(hù)措施路面行駛質(zhì)量進(jìn)行跟蹤,四種養(yǎng)護(hù)措施路面國(guó)際平整度指數(shù)變化較小,基本可認(rèn)為保持穩(wěn)定。

圖3 各養(yǎng)護(hù)措施國(guó)際平整度指數(shù)

2.4 滲水系數(shù)分析

根據(jù)《路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》要求,采用路面滲水儀對(duì)PSJ隧道上下行主車道進(jìn)行路面滲水系數(shù)檢測(cè),具體結(jié)果見圖4。結(jié)果顯示:工后1個(gè)月,Novachip與UHPP處治路段路面滲水系數(shù)分別為1525 mL/min、3125 mL/min。兩者之間的差異主要由于空隙率不同,Novachip與UHPP空隙率分別為15%、22%。對(duì)Novachip與UHPP處治路段滲水系數(shù)進(jìn)行跟蹤,工后3年滲水系數(shù)分別為280 mL/min、420 mL/min,兩者差距變小,主要由于后期車輛壓密、粉塵填充、空隙通道堵塞所致。

圖4 Novachip與UHPP處治路段滲水系數(shù)

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

將HOG紋理化、精銑刨、Novachip、UHPP等四種養(yǎng)護(hù)措施的直接工程費(fèi)進(jìn)行對(duì)比,直接工程費(fèi)主要參考市場(chǎng)價(jià)格。各項(xiàng)措施直接工程費(fèi)及特點(diǎn)見表5。結(jié)果顯示:從處治后抗滑性能與行駛質(zhì)量效果來看,Novachip、UHPP較HOG紋理化、精銑刨更佳,且耐久性更好,但HOG紋理化、精銑刨處治費(fèi)用低。從施工工藝來看,HOG紋理化、精銑刨施工操作簡(jiǎn)單,不需要進(jìn)行下承層處治,可快速提高路面抗滑性能;Novachip、UHPP施工復(fù)雜,前期準(zhǔn)備工作較多,且需要處置下承層工作面,對(duì)施工隊(duì)伍的素質(zhì)要求更高。

表5 各措施直接工程費(fèi)及特點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表[6]

4 結(jié)語

通過對(duì)EG高速的ZGS隧道的HOG紋理化、LMG隧道的精銑刨、PSJ隧道上行的UHPP與下行的Novachip的跟蹤研究,得出以下結(jié)論:HOG紋理化與精銑刨措施可作為隧道水泥砼路面抗滑處治的應(yīng)急處理方案,用于局部處治或臨時(shí)應(yīng)急性處治隧道水泥砼路面,路面橫向力系數(shù)SFC可提高至48及以上,施工簡(jiǎn)單,操作方便,費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),但其耐久性較差。Novachip與UHPP可作為隧道水泥砼路面抗滑處治的長(zhǎng)治方案,處治后面路面橫向力系數(shù)SFC可提高至54及以上,可較大幅度地改善路面行駛質(zhì)量,作為半開級(jí)配瀝青混合料也可較好改善路表排水功能,抗滑性能能維持于優(yōu)等級(jí)不少于3年,耐久性較好,綜合使用性價(jià)比高。