探析高速公路養(yǎng)護(hù)維修方案設(shè)計
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1工程概況
上海到重慶的高速公路G50，全長1768km，是我國貫穿東部和西部之間的重要公路之一。沿途穿越許多高山深谷以及不少“工程禁區(qū)”，地質(zhì)特征極其復(fù)雜，施工難度大，施工質(zhì)量控制困難。在2009年12月建成通車投入運營使用后，由于交通量的急劇增長，加之重載交通的影響，某些路段陸續(xù)出現(xiàn)車轍、裂縫、龜裂、波浪、擁包、沉陷等綜合病害。為提高路面的形式功能，減少因為路面損壞引起的交通事故的發(fā)生，需對某些路段進(jìn)行路面大修養(yǎng)護(hù)，以此改善公路的通行條件，滿足現(xiàn)行交通量和預(yù)測交通增長的需求，提高高速公路的整體服務(wù)水平，本文中主要針對江北到長壽段進(jìn)行調(diào)查分析。
2路況調(diào)查養(yǎng)護(hù)
工程中的路況調(diào)查不同于實時路況調(diào)查，在智能交通系統(tǒng)里面，實時路況調(diào)查時采集實時交通運行期間道路通行狀況。養(yǎng)護(hù)工程中的路況調(diào)查除了交通量調(diào)查之外還包括路面結(jié)構(gòu)調(diào)查，為路面養(yǎng)護(hù)維修提供方案設(shè)計依據(jù)。
2.1交通量調(diào)查
(1)平均交通量交通量是公路設(shè)計、改造的重要控制指標(biāo)之一。為了給該路段高速公路大修工程提供可靠指標(biāo)，根據(jù)相關(guān)要求，結(jié)合實際情況對江北到長壽路段6個進(jìn)出口的日交通量進(jìn)行調(diào)查分析。調(diào)查結(jié)果顯示，該路段日平均交通量。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，項目區(qū)交通量相對較大，在混合交通中，部分重載交通運輸工具形如掛車、重卡等存在超載現(xiàn)象。汽車超載會對路面施加更大的作用力，加速路面破壞。(2)交通量計算根據(jù)高速公路收費按照車型分類各不相同，結(jié)合本大修養(yǎng)護(hù)工程所處區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，我們在分析歷史資料的基礎(chǔ)上對交通量進(jìn)行了計算，表2所示為近幾年交通量增長速率狀況。在本項目中以設(shè)計彎沉值作為設(shè)計指標(biāo)，用瀝青混凝土層的層底拉應(yīng)力來驗算，將各級軸載換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N。根據(jù)公式，路面大修工程設(shè)計年限按照6年作為基準(zhǔn)年進(jìn)行計算，維修后路面使用年限為5～8年。根據(jù)交通量計算結(jié)果評定出該路段屬于特種交通等級，該路段在大修工程中對瀝青混合料結(jié)構(gòu)性能要求比較高，路面結(jié)構(gòu)層加鋪或者翻修的設(shè)計厚度和結(jié)構(gòu)組合都應(yīng)當(dāng)根據(jù)此交通量計算結(jié)果進(jìn)行綜合分析考慮。
2.2路面結(jié)構(gòu)調(diào)查
由于該高速公路交通量以及軸載增長速度都比較快，不少車輛存在超載現(xiàn)象，特別是大型貨車超載幅度比較大，對路面造成的損傷較大，加上原有路面的結(jié)構(gòu)層相對較薄，瀝青混凝土面層受到水的侵蝕、空氣陽光等條件的老化等方面的因素影響，路面發(fā)生不同程度的破壞，在重慶范圍內(nèi)的路段更是飽受高溫的考驗，渝長高速公路原有采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，一般路段結(jié)構(gòu)層面層結(jié)構(gòu)總厚度為63cm，底基層與基層厚度為48cm，瀝青混凝土面層厚度為15cm。其中底基層主要是以碎石為主，基層主要為二灰穩(wěn)定碎石。隧道的原有路面屬于水泥混凝土路面，上層為24cm的C35水泥混凝土，下層為16cmC10水泥混凝土。在渝長高速公路中，梁橋與拱橋的橋面鋪裝各不相同，梁橋與拱橋原有路面結(jié)構(gòu)層，不同橋面防水層材料各不相同，面層厚度也有所差異。
3路況評價與原因分析
3.1路況評價
采用落錘式彎沉儀、多功能檢測車、摩擦系數(shù)測試車對路面的破損情況、平整度、彎沉值、車轍、摩擦系數(shù)等評價指標(biāo)進(jìn)行檢測，得到路面狀況指數(shù)(PCI)、行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)、路面車轍指數(shù)(RDI)，根據(jù)這些指標(biāo)的評價方法，最終得到渝長高速公路路況評價結(jié)果如表4所示。根據(jù)路面使用狀況評定結(jié)果，在渝長高速公路中，上行超車道有17km路段不能達(dá)到優(yōu)良，主車道有13km達(dá)不到優(yōu)良。下行車道的超車道不能達(dá)到優(yōu)良的有13km。為更加深入評價該路段路面材料性能，特對上行超車道路面通過鉆心取樣進(jìn)行抽提和篩分試驗，試驗結(jié)果如表5所示。根據(jù)試驗結(jié)果可知，瀝青混凝土細(xì)集料偏多，AC－13C中，4.75mm以下通過百分率超過了級配上限53%的要求。此外，瀝青混合料的油石比偏小，對路面使用性能有影響。
3.2病害成因分析
該路段經(jīng)使用狀況綜合評定，現(xiàn)有路面行駛質(zhì)量較差，近30%的平整度(RQI)評價等級為中級以下標(biāo)準(zhǔn)。部分路段存在車轍、破損、強(qiáng)度不足、排水不良、抗滑性能較差等問題。造成這些病害產(chǎn)生的原因主要有以下幾點:從設(shè)計方面看，該路段所選擇的指標(biāo)相對較低，路面整體結(jié)構(gòu)相對薄弱，附屬設(shè)施不夠完善;從鉆芯取樣結(jié)果看，瀝青混合料細(xì)集料偏多，4.75mm篩孔的通過率偏大，0.075mm含量相對較多是導(dǎo)致?lián)p害的重要原因;從交通量變化看，就是由于交通量的迅猛增長，特別是重型汽車及超載車輛的破壞作用;從施工養(yǎng)護(hù)角度看，常年的連續(xù)修補(bǔ)損傷了路面的行駛質(zhì)量。
4大修方案設(shè)計
4.1設(shè)計參數(shù)
該路段屬于高速公路等級，設(shè)計車速為8km/h，大修工程設(shè)計使用年限為5～8年，計算時以6年為基準(zhǔn)，路面設(shè)計彎沉為24.9(0.01mm)，并根據(jù)2.1節(jié)交通量計算結(jié)果進(jìn)行計算。
4.2大修方案
(1)一般路段加鋪方案由于原有路面結(jié)構(gòu)層相對較薄，對主線一般路段加鋪兩層改性瀝青混合料，如圖3所示，在原有路面上加鋪5cm厚改性瀝青AC－20C，然后在面層采用4cm厚的改性瀝青SMA－13加鋪，提高路面抗滑性能和高溫穩(wěn)定性能。(2)特殊路段置換方案對于一些特殊路段，設(shè)計了專門的改造方案，在橋與橋之間連接段的距離小于150m的情況下，為保證縱坡協(xié)調(diào)，這些路段不進(jìn)行加鋪，這些路段首先將原有路段的上面層銑刨后，用SMA－13進(jìn)行鋪設(shè)恢復(fù)，對于橋面鋪裝同樣采用銑刨置換方案進(jìn)行修復(fù)。(3)立交匝道罩面方案對于立交匝道而言，由于車速相對較小，而且坡度較大，排水順暢，病害產(chǎn)生相對較少，為了既能改善路面使用性能，又能與下道后平穩(wěn)銜接。首先將原有道路路基和路面出現(xiàn)的病害進(jìn)行維修處理，然后采用加鋪5cmSMA－13瀝青混合料進(jìn)行維修，加鋪后，路面標(biāo)高提高了5cm，總體厚度達(dá)到68cm。(3)隧道“白改黑”方案由于隧道內(nèi)屬于水泥混凝土路面，在此次大修工程中，通過“白改黑”方式提高路面使用功能。首先將破損混凝土板塊進(jìn)行修復(fù)、鑿毛、灌封處理，在板塊之間的接縫處設(shè)置防水卷材，然后對路面進(jìn)行加鋪處理，在兩層面層之間加鋪1cm厚的橡膠瀝青應(yīng)力吸收層，增強(qiáng)瀝青混合料與水泥混凝土板塊之間的連接力。加鋪后，路面標(biāo)高整體抬高10cm。(5)病害維修方案對于原有路面上面層和中面層出現(xiàn)裂縫、車轍隧道面層“白改黑”方案龜裂等病害的情況，首先病害進(jìn)行維修處理，將瀝青結(jié)構(gòu)層清除后，將工作面清理干凈，然后撒布0.5cm的乳化瀝青透層，緊接著分兩次鋪設(shè)普通瀝青混合料ATB－25，如果基層存在部分損壞情況，可事先采用C15混凝土處治。
5結(jié)語
高速公路路面養(yǎng)護(hù)維修是保證公路適應(yīng)交通量增長需要的重要手段，而道路使用狀況評價則是確定維修方案的重要依據(jù)。本文就滬渝高速公路重慶至長壽段大修工程對路面性能評價做了詳細(xì)的介紹，然后針對該路段實際情況以分段、分項的方式提出不同的維修方案，通過大修后，提高了路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、平整度、抗滑性能等指標(biāo)，滿足了交通量迅速增長的需要。針對不同路段，不同結(jié)構(gòu)提出專項維修養(yǎng)護(hù)方案的思路在類似工程中具有較好的借鑒參考價值。
作者：李 順 秦杰君 單位：中交二航局第二工程有限公司 華北水利水電大學(xué)