烏奎高速公路改擴(kuò)建舊路彎沉數(shù)據(jù)分析

王 偉，譚 巍，青光焱，李菁若

(招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶 400067)

烏奎高速公路改擴(kuò)建舊路彎沉數(shù)據(jù)分析

王 偉，譚 巍，青光焱，李菁若

(招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶 400067)

對(duì)烏奎高速公路原路基路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，在此基礎(chǔ)上綜合評(píng)價(jià)既有路基承載力、強(qiáng)度等技術(shù)狀況，并給出具體的彎沉分界標(biāo)準(zhǔn)，為高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

高速公路；改擴(kuò)建；舊路檢測(cè)

1 工程概況

烏魯木齊至奎屯高速公路(簡(jiǎn)稱烏奎高速公路)改擴(kuò)建路線總體走向由東向西，起點(diǎn)位于呼圖壁縣小古里村(既有烏奎高速公路K3664處)，終點(diǎn)位于瑪納斯縣城南緣的太陽廟村(既有烏奎高速公路K3726處)，路線全長(zhǎng)約62 km。烏奎高速公路改擴(kuò)建路線沿既有烏奎高速公路原路按平原微丘區(qū)兩側(cè)整體式加寬8車道進(jìn)行擴(kuò)建，原路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土路面，結(jié)構(gòu)形式見表1。加寬部分路面標(biāo)高與原路面加鋪后路面標(biāo)高一致。

表1 烏奎高速公路改擴(kuò)建原路面結(jié)構(gòu)

開展設(shè)計(jì)工作前對(duì)烏奎高速公路改擴(kuò)建工程進(jìn)行了彎沉檢測(cè)，其目的主要有：

1) 通過檢測(cè)、檢查、試驗(yàn)、計(jì)算等途徑來合理評(píng)價(jià)現(xiàn)有道路運(yùn)營(yíng)狀況；

2) 為本高速公路改擴(kuò)建初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)資料。

對(duì)路基使用狀況和路基填料的材料性能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和分析，在此基礎(chǔ)上綜合評(píng)價(jià)既有路基承載力、強(qiáng)度等技術(shù)狀況，為改擴(kuò)建設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 關(guān)鍵指標(biāo)選定

對(duì)既有高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建時(shí)，需對(duì)原路基路面進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，并對(duì)原路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其使用性能進(jìn)行綜合判斷，以確定其是否可以利用，或如何利用，利用多少，利用到哪一層。同時(shí)還需對(duì)原有路基路面材料及其強(qiáng)度等進(jìn)行深入調(diào)查和測(cè)試。目前公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)路基路面檢測(cè)指標(biāo)有詳細(xì)的規(guī)定。在高速公路改擴(kuò)建工程中，最關(guān)鍵的評(píng)價(jià)指標(biāo)是路面破損及原有路基路面的綜合強(qiáng)度，這2項(xiàng)指標(biāo)能夠反映原路面的整體承載能力。

在搜集養(yǎng)護(hù)資料、現(xiàn)場(chǎng)病害調(diào)查、既有路基路面檢測(cè)及室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文提出了適用于高速公路改擴(kuò)建的路基路面彎沉分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)應(yīng)的處理方案，為烏奎高速公路改擴(kuò)建工程的初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

烏奎高速公路改擴(kuò)建工程全線PCI(路面破損指數(shù))分布如圖1所示，彎沉分布如圖2所示。

圖1 烏奎高速公路改擴(kuò)建全線PCI分布

圖2 烏奎高速公路改擴(kuò)建全線行車道代表彎沉值分布

從圖1、圖2可以看出，PCI分析結(jié)果與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分布無較大相關(guān)度，主要原因是大修路段病害少，PCI高。因此，必須參考路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度參數(shù)，同時(shí)輔以路面破損調(diào)查進(jìn)行烏奎高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)。

3 檢測(cè)方法

采用JG-2005型激光自動(dòng)彎沉儀對(duì)烏奎高速公路進(jìn)行彎沉檢測(cè)，自測(cè)點(diǎn)頻率為單車道每10 m測(cè)1點(diǎn)。將激光自動(dòng)彎沉儀與貝克曼梁進(jìn)行標(biāo)定換算，標(biāo)定換算公式為：

Y=1.12X+5.35

R=0.95

式中：Y為激光自動(dòng)彎沉儀數(shù)據(jù)；X為貝克曼梁數(shù)據(jù)；R為相關(guān)系數(shù)。

根據(jù)實(shí)測(cè)彎沉與設(shè)計(jì)彎沉值，計(jì)算PSSI(路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù))并對(duì)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，PSSI計(jì)算公式如下：

式中：SSI為路面設(shè)計(jì)彎沉與實(shí)測(cè)代表彎沉之比；ld為路面設(shè)計(jì)彎沉；l0為實(shí)測(cè)代表彎沉值；a0為模型參數(shù)，采用15.71；a1為模型參數(shù)，采用-5.19。

4 彎沉檢測(cè)結(jié)果分析

烏奎高速公路全線每kmPSSI值分布情況見表2。

表2 烏奎高速公路全線每km PSSI值分布情況

從表2可以看出，烏奎高速公路改擴(kuò)建全線單向每kmPSSI除上行超車道良的比例占全線4.84%外，其余各向各車道每kmPSSI均為全優(yōu)；全線雙向路面結(jié)構(gòu)度評(píng)價(jià)為全優(yōu)的路段占全線的98.79%，良的路段占全線1.21%，中和次的段落所占比例為0。由此可知，烏奎高速公路改擴(kuò)建全線PSSI優(yōu)良率較高，路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度較好。

本文對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)修正，并分別算出了烏奎高速公路改擴(kuò)建工程每km及全線的彎沉最大值、最小值及平均值，見表3。

在烏奎高速公路改擴(kuò)建工程測(cè)得的彎沉數(shù)據(jù)中，以彎沉值等于3為步距，選取不同區(qū)間內(nèi)公里數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，彎沉區(qū)間分別為(4,7)、(7,10)、(10,13)、(13,16)、(16,19)、(19,22)、(22,25)、(25,28)、(28,31)、(31,34)、(34,37)、(37,40)、(40,43)。烏奎高速公路改擴(kuò)建各彎沉區(qū)間分布的百分比見表4。

表3 烏奎高速公路全線彎沉分布數(shù)據(jù) 0.01 mm

表4 烏奎高速公路改擴(kuò)建各彎沉區(qū)間分布百分比

烏奎高速公路改擴(kuò)建上行線彎沉和下行線彎沉正太分布曲線如圖3、圖4所示。

圖3 烏奎高速公路改擴(kuò)建上行線彎沉正太分布曲線

圖4 烏奎高速公路改擴(kuò)建下行線彎沉正太分布曲線

烏奎高速公路全線上行線與下行線彎沉平均值為16.5(0.01 mm)。上、下行線16(0.01 mm)以下的占比為47.79%、59.4%；上、下行線22(0.01 mm)以下的占比為81.62%、 77.44%，上、下行線22(0.01 mm)以上的占比為18.38%、22.56%。

選擇彎沉分界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需考慮路面結(jié)構(gòu)計(jì)算是否能夠滿足高速公路改擴(kuò)建過程中交通量增長(zhǎng)的需要，同時(shí)需考慮銑刨工程數(shù)量規(guī)模的控制，不宜大面積開挖回填，以免造成資源浪費(fèi)，且應(yīng)盡量利用原有路基路面。對(duì)烏奎高速公路改擴(kuò)建而言，彎沉選取需考慮新疆地區(qū)路面材料的自身特性。

本文綜合考慮烏奎高速公路改擴(kuò)建工程規(guī)?？刂疲?6(0.01 mm)和22(0.01 mm)為分界點(diǎn)，選取設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下：

1) 實(shí)測(cè)彎沉<16(0.01 mm)時(shí)，不銑刨原路面，加鋪2層；

2) 16(0.01 mm)<實(shí)測(cè)彎沉<22(0.01 mm)時(shí)，不銑刨原路面，加鋪3層；

3) 實(shí)測(cè)彎沉>22(0.01 mm)時(shí)，銑刨原路面后重新加鋪3層面層。

5 既有公路路面加鋪改造設(shè)計(jì)

烏奎高速公路改擴(kuò)建主線路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)基于其路面檢測(cè)評(píng)價(jià)成果，結(jié)合道路交通量及其車型組成、使用要求、沿線材料及自然條件、施工經(jīng)驗(yàn)等，并參考已實(shí)施的其他同類項(xiàng)目的路面結(jié)構(gòu)方案，分別對(duì)分車道設(shè)計(jì)與混合車道設(shè)計(jì)提出了3種加鋪改造方案。

5.1 路面結(jié)構(gòu)方案1

將原路面銑刨1 cm后，直接加鋪4 cm AC-13C+6 cm改性瀝青AC-20C上面層，如圖5所示。該方案適用于原路面彎沉小于16(0.01 mm)且PCI小于10%的路面結(jié)構(gòu)。當(dāng)強(qiáng)度不滿足要求時(shí)，需對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，以保證路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠。

圖5 路面結(jié)構(gòu)方案1

5.2 路面結(jié)構(gòu)方案2

將原路面銑刨1 cm后，直接加鋪4 cm AC-13C上面層+6 cm AC-20C中面層+8 cm普通瀝青AC-25C，如圖6所示。該方案適用于原路面彎沉值在16～22(0.01 mm)之間，且PCI小于10%的路面結(jié)構(gòu)。當(dāng)強(qiáng)度不滿足要求時(shí)，需對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，以保證路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠。

圖6 路面結(jié)構(gòu)方案2

5.3 路面結(jié)構(gòu)方案3

將原路面面層全部銑刨15 cm，然后加鋪15 cm 6%水泥穩(wěn)定砂礫，設(shè)置1層瀝青封層，再加鋪4 cm AC-13C(SBS改性瀝青)+6 cm AC-20C(SBS改性瀝青)+8 cm AC-25C(SBS改性瀝青)，如圖7所示。該方案適用于原路面彎沉大于22(0.01 mm)或PCI大于10%的路面結(jié)構(gòu)。當(dāng)強(qiáng)度不滿足要求時(shí)，需對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。

圖7 路面結(jié)構(gòu)方案3

6 結(jié)論與建議

本文介紹了對(duì)烏奎高速公路改擴(kuò)建工程進(jìn)行的彎沉檢測(cè)，并對(duì)彎沉進(jìn)行了詳細(xì)分析。分析結(jié)果表明，彎沉數(shù)據(jù)呈現(xiàn)正態(tài)分布曲線規(guī)律。另外，本文結(jié)合烏奎高速公路改擴(kuò)建工程規(guī)模控制，給出了具體的彎沉劃分標(biāo)準(zhǔn)，指出不同的彎沉區(qū)間應(yīng)采用不同的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)方案，并為舊路的充分利用提供了劃分標(biāo)準(zhǔn)。

筆者建議高速公路改擴(kuò)建時(shí)，應(yīng)對(duì)彎沉的影響因素進(jìn)行多方面分析，影響因素包括交通量、氣候、干濕、溫差、填土高度、特殊路基等。在既有道路改擴(kuò)建過程中，每開挖1層須對(duì)彎沉進(jìn)行分層檢測(cè)，以分析彎沉沿深度方向衰減的規(guī)律。此外，還須分析不同病害位置彎沉的分布規(guī)律，如不同裂縫寬度對(duì)彎沉大小的影響，不同病害對(duì)彎沉大小的影響等。

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Analysis on the Deflection Data of Old Roads in the Reconstruction and Extension of Urumchi-Kuitun Expressway

WANG Wei,TAN Wei,QING Guangyan,LI Jingruo

In this paper,the structural strength of the original roadbed and pavement of Urumchi-Kuitun Expressway is tested. Based on this,the technical condition of the bearing capacity and strength of the existing roadbed is evaluated synthetically,and the deflection demarcation criterion is given,which provides the basis for the expressway reconstruction design.

expressway; reconstruction; old road inspection

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.001

重慶市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目(cstc2015shmszx30010)

2016-07-14

王 偉(1985-)，男，河南省開封市人，碩士研究生，工程師。

1009-6477(2016)06-0001-04

U412.36+6

A