高速公路水泥混凝土路面大修設(shè)計(jì)研究

羅昌廷（廣西新長江高速公路有限責(zé)任公司，廣西　南寧　530028）

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高速公路水泥混凝土路面大修設(shè)計(jì)研究

羅昌廷（廣西新長江高速公路有限責(zé)任公司，廣西南寧530028）

本文詳細(xì)描述了高速公路水泥混凝土路面大修改造工程中的實(shí)際問題和難點(diǎn)問題，以廣西興六高速（G80）公路水泥混凝土路面大修改造項(xiàng)目為依托，深入分析和借鑒了國內(nèi)外目前在水泥混凝土路面大修改造方面的研究內(nèi)容和成果，提出路面大修改造原則及“白+黑”路面瀝青加鋪層設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

水泥混凝土路面；瀝青混凝土路面；路面大修設(shè)計(jì)；白+黑

1　前言

公路是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，由于其特有的優(yōu)越性和靈活性，發(fā)揮著其它運(yùn)輸方式不可替代的作用。我國從20世紀(jì)60年代中期就開始修建水泥混凝土路面，20世紀(jì)80年代以來，伴隨我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路交通的運(yùn)輸任務(wù)不斷的增長，水泥混凝土路面具有擴(kuò)散荷載能力強(qiáng)、剛度大、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，在全國迅猛發(fā)展。

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，高速公路交通量大幅增加、重型車比例較大以及嚴(yán)重的超載現(xiàn)象，路面出現(xiàn)不同程度的結(jié)構(gòu)性損壞或功能性缺陷，路面使用性能逐年下降，車輛運(yùn)行速度、行車安全性和舒適性也逐年降低。因此，對高速公路水泥混凝土路面大修改造進(jìn)行研究，并提出大修過程中相關(guān)難題及對策，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2　水泥路面特點(diǎn)及破損原因

2.1路面特點(diǎn)

水泥混凝土路面是以水泥混凝土為主要材料做面層的路面，在行車荷載作用下產(chǎn)生板體作用，它的破壞取決于極限彎拉強(qiáng)度，是典型的剛性路面，由墊層、基層及面層構(gòu)成，具有強(qiáng)度高、剛度大、穩(wěn)定性好、使用壽命長、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，是

3　門式起重機(jī)防風(fēng)安全功能的運(yùn)用

按照門式起重機(jī)防風(fēng)制動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)定，在對防風(fēng)裝置進(jìn)行改進(jìn)后，在防風(fēng)和預(yù)防保護(hù)功能上得到了提升，門式起重機(jī)的安全性也得到了保障。在防風(fēng)功能運(yùn)用上主要表現(xiàn)有：緊急防風(fēng)制動(dòng)裝置和預(yù)防性防風(fēng)制動(dòng)裝置。

（1）緊急防風(fēng)制動(dòng)裝置

將工作制動(dòng)和防風(fēng)制動(dòng)分開后，在防風(fēng)制動(dòng)效果上的到了進(jìn)一步提升，與此同時(shí)，工作制動(dòng)器可根據(jù)實(shí)際將工作制動(dòng)力調(diào)小一些，從而增加了門吊操作人員的舒適感，也對起重機(jī)晃動(dòng)造成鋼結(jié)構(gòu)損傷有所減輕。配置雙出軸結(jié)構(gòu)的制動(dòng)器，結(jié)構(gòu)也相對較為簡單，力矩大小更好調(diào)試，方便于日后的維修。

從2013年開始，福建鐵路貨場新造的門式起重機(jī)及已經(jīng)過大修的門式起重機(jī)，大車電動(dòng)機(jī)都是雙出軸，工作制動(dòng)和防風(fēng)制動(dòng)是分開的，這樣工作制動(dòng)力矩可以調(diào)小一些，停機(jī)時(shí)門式起重機(jī)不會(huì)晃動(dòng)太大，而防風(fēng)制動(dòng)器因有10s左右的延時(shí)斷開（通過時(shí)間繼電器可調(diào)整），防風(fēng)制動(dòng)力矩可以調(diào)到最大，保證門式起重機(jī)停止工作后有較大的制動(dòng)力矩，防止門式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)在較大風(fēng)力時(shí)大車輪子在軌道上滾動(dòng)。另外，工作制動(dòng)一般配置200型制動(dòng)器，防風(fēng)制動(dòng)一般配置300型制動(dòng)器，從各個(gè)站段使用的效果來看，防風(fēng)性能達(dá)到預(yù)期目的。

從2010年開始，福建鐵路貨場新造的門式起重機(jī)及已經(jīng)過大修的門式起重機(jī)，在下橫梁兩側(cè)面1.3～1.5m位置，增加急停按鈕，這樣下面操作人員可以在大風(fēng)緊急來臨時(shí)第一時(shí)間將門吊大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)停止工作，防止門吊被風(fēng)吹跑。

（2）預(yù)防性防風(fēng)制動(dòng)裝置目前使用比較多高級(jí)路面。而因其投資大、接縫多、不能立即開放交通、后期養(yǎng)護(hù)修復(fù)困難等缺點(diǎn)，在超載、水患等自然環(huán)境及外部因素影響下，水泥混凝土路面容易出現(xiàn)斷板、唧泥、錯(cuò)臺(tái)、沉陷、接縫破損等病害，導(dǎo)致路面使用性能迅速下降、使用壽命大幅縮短。

2.2水泥路面破損原因

水泥混凝土路面破損的發(fā)生，主要由設(shè)計(jì)施工缺陷、養(yǎng)護(hù)技術(shù)落后、外界因素以及各種因素相互影響而引起。

2.2.1設(shè)計(jì)施工缺陷

（1）交通量分析及預(yù)測不準(zhǔn)確、路面厚度偏薄、板塊的平面尺寸劃分不當(dāng)、混凝土配合比不當(dāng)?shù)葐栴}，使得水泥混凝土路面存在先天不足；

（2）路基強(qiáng)度不足、損壞變形、排水不暢等施工缺陷都將有可能導(dǎo)致路面病害的產(chǎn)生。

2.2.2養(yǎng)護(hù)技術(shù)落后

（1）路面?zhèn)鹘y(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修對策較為單一，且養(yǎng)護(hù)維修效果不夠理想；

（2）傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修決策主要是根據(jù)路面使用性能現(xiàn)狀結(jié)合養(yǎng)護(hù)技術(shù)人員的工作經(jīng)驗(yàn)來確定養(yǎng)護(hù)對策，具有一定的主觀性，且考慮的因素相對較少，養(yǎng)護(hù)決策的科學(xué)化水平和養(yǎng)護(hù)

福建鐵路貨場在門式起重機(jī)的下橫梁處的兩側(cè)都設(shè)置防風(fēng)地錨，在起重機(jī)停止作業(yè)后，將錨定頭放下落入錨定槽，并檢查電氣聯(lián)鎖限位是否斷開。在緊急大風(fēng)來到之前，還應(yīng)將防風(fēng)纜繩鎖定裝置固定牢固，起到綜合防風(fēng)的作用。

（3）福建鐵路貨場門式起重機(jī)的防風(fēng)主要有：制動(dòng)器防風(fēng)，風(fēng)速測控儀防風(fēng)，大車下橫梁增加急停按鈕防風(fēng)，大小車防風(fēng)地錨，走行線端擋防風(fēng)，防風(fēng)纜繩鎖定裝置等綜合防風(fēng)。經(jīng)過近幾年的綜合防風(fēng)改造，福建省內(nèi)鐵路貨場所有門式起重機(jī)都經(jīng)授住臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)，沒有發(fā)生任何事故。

4　結(jié)束語

由于門式起重機(jī)的構(gòu)造簡單，具有裝卸效率高及運(yùn)營成本低等一系列特點(diǎn)，因此在鐵路貨場有著廣泛的應(yīng)用，但是關(guān)于門式起重機(jī)受到風(fēng)災(zāi)的原因，防風(fēng)，防災(zāi)的研究還需要進(jìn)一步研究，在防風(fēng)硬件設(shè)施上也需要隨著技術(shù)的改進(jìn)一步步完善，這樣才能保證鐵路運(yùn)輸正常的發(fā)展。

［1］趙村堂，鐵路貨場門式起重機(jī)防風(fēng)安全保障研究與運(yùn)用［J］.內(nèi)蒙古，貨物裝卸，2010，05（11）：7.

［2］馬武衛(wèi)，于鳳軍.門式起重機(jī)液壓防風(fēng)裝置的研制［J］，現(xiàn)代制造技術(shù)與設(shè)備，2009，05（17）：10.

［3］楊立志.門式起重機(jī)制動(dòng)性能的研究［J］.水利電力機(jī)械，1996，05：32.

［4］林 海.鐵路貨場門式起重機(jī)防風(fēng)裝置的計(jì)算與研究［J］.上海鐵道科技，2014，1：128.

（3）傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)理念仍未得到轉(zhuǎn)變，仍然停留在事后維修和矯正性養(yǎng)護(hù)為主的狀況，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)理念在養(yǎng)護(hù)管理工作中并未得到有效的貫徹落實(shí)，缺乏完善的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)維修決策體系。

2.2.3外界因素的影響

隨著交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，大噸位車輛增多，超重車的增加是水泥混凝土路面使用期開裂斷板的重要原因。

通過分析說明水泥混凝土路面破壞形式、破壞的形成機(jī)理與破壞原因，為采取相應(yīng)的修復(fù)措施提供理論上可靠的依據(jù)。

3　水泥路面大修改造前期調(diào)查研究

科學(xué)地進(jìn)行水泥混凝土路面調(diào)查與分析，對水泥混凝土路面大修方案的制定與實(shí)施，具有重要意義。調(diào)查內(nèi)容簡述如下：

（1）路基調(diào)查，搜索公路修建和養(yǎng)護(hù)技術(shù)資料，采用鉆探、挖探等方法對路面填土進(jìn)行檢測試驗(yàn)，摸清路基病害情況；對全線的排水系統(tǒng)的設(shè)置、使用狀況、效果、排水溝的完整程度進(jìn)行調(diào)查。

（2）路面調(diào)查，主要包括：搜集公路設(shè)計(jì)和養(yǎng)護(hù)技術(shù)資料；實(shí)地調(diào)查路面損壞狀況；利用落錘式彎沉儀和貝克曼梁相結(jié)合的方式對路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)查；面層厚度和混凝土強(qiáng)度調(diào)查；路面基層使用狀況調(diào)查。

（3）橋涵調(diào)查，調(diào)查橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，重新驗(yàn)算橋梁荷載等級(jí)；對橋梁進(jìn)行全面檢測，查找橋梁病害發(fā)生原因及發(fā)展方向；提出橋梁加固方案。

（4）交通工程及沿線設(shè)施調(diào)查，主要包含波形梁鋼護(hù)欄布設(shè)情況調(diào)查；隔離柵設(shè)置情況及破損情況；橋梁防撞墻的設(shè)置情況；全線防眩設(shè)施設(shè)置情況；沿線標(biāo)志牌的設(shè)置位置情況等。

（5）交通量調(diào)查，合理布設(shè)交通流量觀測點(diǎn)，按分路幅、分車型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合歷年交通車流量的統(tǒng)計(jì)資料，推算出交通量增長率。

4　路面大修改造原則

4.1基本原則

高速公路大修既不能完全依照新建高速公路的設(shè)計(jì)思想和方法，也不能按投資成本最低的方法確定優(yōu)選方案，應(yīng)根據(jù)實(shí)際路況調(diào)查，采取有效手段和方法，進(jìn)行路面修復(fù)，綜合國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)際出發(fā)，高速公路路面大修改造設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

（1）確保交通通暢與行車安全，盡可能減小對交通的影響，防止施工車輛干擾正常行車。

（2）盡可能以互通為中心合理規(guī)劃施工路段長度，確保每個(gè)標(biāo)段有一個(gè)互通，便于材料、施工機(jī)械進(jìn)出，縮短總工期。

（3）制定合理的施工組織計(jì)劃、加強(qiáng)管理、加大施工力度、采取速戰(zhàn)速?zèng)Q的方法，在保證質(zhì)量的前提下盡量縮短大修工期。

（4）大修施工過程中盡可能做到施工精細(xì)化，使維修以后不至于在短期內(nèi)再次破壞、再次大修，應(yīng)考慮路面的耐久性。

（5）對于路面大修方案應(yīng)結(jié)合原有路面實(shí)際情況，保證施工方案切實(shí)有效。

4.2設(shè)計(jì)年限

通過綜合權(quán)衡大修工程造價(jià)和大修后的養(yǎng)護(hù)成本，充分考慮交通量、重車快速增長的影響，延緩路面大中修時(shí)機(jī)，應(yīng)總結(jié)國內(nèi)外水泥混凝土路面加鋪改造的工程經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，確定路面大修設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期即大修設(shè)計(jì)年限。

4.3常規(guī)方案

遵循安全耐久、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)和節(jié)約環(huán)保的原則，借鑒和吸收國內(nèi)外大量的水泥混凝土路面大修的成功經(jīng)驗(yàn)，在對舊水泥路面進(jìn)行維修補(bǔ)強(qiáng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行瀝青結(jié)構(gòu)層加鋪，即采用現(xiàn)行較為普遍及可行的“白+黑”路面改造方案，該方案一般采用在治理好舊水泥混凝土路面開裂、脫空、沉陷、破碎等病害的基礎(chǔ)上，在原路面上鋪設(shè)9～ 18cm瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層；方案的核心除了設(shè)定合理的新鋪設(shè)瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層外，對舊路病害進(jìn)行全面治理也極為重要，主要內(nèi)容有：舊路補(bǔ)強(qiáng)、橋梁加固和交安設(shè)施改造。

4.4交通組織

應(yīng)實(shí)行“單幅封閉、單幅通行”的交通組織，確保高速行車通暢。

5　“白+黑”路面瀝青加鋪層設(shè)計(jì)技術(shù)要求

5.1“白+黑”路面特點(diǎn)

“白+黑”路面，即把舊水泥混凝土路面面層當(dāng)基層，在上面加鋪瀝青混凝土面層，把白色水泥混凝土路面改為黑色瀝青混凝土路面，該工藝克服了水泥混凝土路面的弊端，又大大節(jié)約了成本，這種加鋪瀝青混凝土面層的方法，是一種典型的補(bǔ)強(qiáng)方法，這種形式的路面結(jié)構(gòu)能吸收兩種材料的優(yōu)點(diǎn)“剛?cè)嵯酀?jì)”，大大改善了路面的使用性能，然而由于材料的差異及舊路面板接縫與裂縫的存在，會(huì)導(dǎo)致反射裂縫的出現(xiàn)。

5.2“白+黑”路面設(shè)計(jì)技術(shù)難題

（1）反射裂縫的防治。反射裂縫是“白+黑”路面的一大技術(shù)難題，舊水泥路面的裂縫在溫度和荷載作用下會(huì)擴(kuò)展到瀝青面層產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，主要集中在舊水泥路面接縫、裂縫等應(yīng)力集中路段。反射裂縫的存在會(huì)極大地影響瀝青加鋪層的使用壽命，不僅影響行車舒適性，而且容易導(dǎo)致路表水下侵，影響路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。

（2）新舊面層的粘結(jié)。瀝青混凝土加鋪面層與舊水泥混凝土基層作為兩種不同的材料與結(jié)構(gòu)組合在一起，由于彈性模量不同，在荷載及溫度應(yīng)力作用下，易導(dǎo)致瀝青面層出現(xiàn)推移、壅包等病害，從而縮短路面使用壽命。

5.3“白+黑”路面瀝青加鋪層設(shè)計(jì)

舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層的厚度設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)舊路面結(jié)構(gòu)承載能力和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平，合理選用加鋪層結(jié)構(gòu)方案。瀝青加鋪層的厚度，主要應(yīng)考慮防止加鋪層反射裂縫問題，瀝青加鋪層太薄，極易產(chǎn)生反射裂縫，加鋪層太厚，造價(jià)又會(huì)太高，經(jīng)濟(jì)上難以承受，所以加鋪層應(yīng)該有一個(gè)較合理的厚度，根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，加鋪層的合理厚度范圍為9～18cm。

目前常規(guī)瀝青加鋪層分為上、中、下三層，即磨耗層、調(diào)平層、應(yīng)力吸收層：

（1）應(yīng)力吸收層，在舊水泥層面和加鋪層之間設(shè)置的夾層，是以推遲反射裂縫的發(fā)生時(shí)間為主要目的而設(shè)置的一層特殊的瀝青混合料，它在延緩或抑制舊水泥混凝土路面的反射裂縫方面具有優(yōu)越性，具有高溫穩(wěn)定、低溫抗裂、抗水害等路用性能。通過對誘發(fā)反射裂縫的主要原因進(jìn)行具體分析，選擇適宜的夾層類型。

（2）調(diào)平層，可供恢復(fù)路拱橫坡和路面平整度。

（3）磨耗層，一般采用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的瀝青瑪蹄脂混合料（SMA），可有效改善行車條件，防止行車對路面的磨損，延長路面的使用周期。

除此之外，為加強(qiáng)瀝青加鋪層之間，瀝青加鋪層與舊水泥混凝土面層或構(gòu)造物之間的粘結(jié)，應(yīng)選用合適的粘層材料及合理的鋪灑量和正確的施工工藝，使得粘層的抗剪強(qiáng)度滿足要求。

6　結(jié)束語

舊水泥混凝土路面的瀝青加鋪層設(shè)計(jì)，不僅僅涉及到舊路面的損壞狀況、結(jié)構(gòu)狀況、環(huán)境因素、交通狀況，而且還需要合適的力學(xué)分析模型、正確的材料參數(shù)、有效的防反措施等，內(nèi)容廣泛、復(fù)雜多變，雖然國內(nèi)外的工程研究積累了大量豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但仍有許多課題需要進(jìn)一步的分析研究。

羅昌廷（1980-），男，廣西南寧，人，工程師，本科，主要從事高速公路養(yǎng)護(hù)管理工作。

U418.6

A

2095-2066（2016）19-0220-02

2016-6-20資金使用效率相對較低；

2016-6-20