(湖南省高速公路管理局,湖南 長(zhǎng)沙 410001)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，高速公路網(wǎng)日趨完善，公路投資逐步由建設(shè)為主，向養(yǎng)護(hù)為主轉(zhuǎn)移，早期修筑的高速公路也已進(jìn)行大修年限，90年代末修筑的高速公路瀝青路面已到達(dá)了設(shè)計(jì)使用年限，早期修筑的水泥混凝土路面也破損嚴(yán)重，如何結(jié)合舊路面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、舊路面的病害特征、舊路面養(yǎng)護(hù)情況、項(xiàng)目的公路交通條件等因素，對(duì)舊水泥混凝土路面和舊瀝青路面進(jìn)行大修改造，提升路用性能和行車舒適程度，是高速公路大修改造項(xiàng)目中急需解決的問(wèn)題。

對(duì)于舊路面的大修改造，不但要考慮提升路面結(jié)構(gòu)性能、提高行車舒適程度；而且要對(duì)廢舊材料進(jìn)行處理，舊路面殘留強(qiáng)度如何利用，舊路面廢料如何處治，特別是舊瀝青路面材料含芬、萘等有毒物質(zhì)，降解速度慢，污染土壤和水源，在大修工程中對(duì)廢舊瀝青路面的材料的回收利用也是環(huán)保的要求，同時(shí)也是大修工程舊路面大修改造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料設(shè)計(jì)必須著重考慮的。

筆者通過(guò)近年來(lái)大修工程管理和大修工程設(shè)計(jì)與施工的工作實(shí)踐，結(jié)合潭邵高速公路大修一期工程的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料組合進(jìn)行歸納總結(jié)，簡(jiǎn)要介紹如下。

1 工程概況

湖南省潭邵高速公路是國(guó)家重點(diǎn)規(guī)劃的“五縱七橫”國(guó)道主干線上海至瑞麗高速公路的一段，是“7918”國(guó)家高速公路網(wǎng)的第13橫——滬昆高速公路(G60)湖南段的重要組成部分。潭邵高速公路起于株洲市白馬壟，接京珠高速公路殷家坳互通，途徑湘潭、婁底、邵陽(yáng)3市，止于邵陽(yáng)市隆回縣周旺鋪鎮(zhèn)，主線全長(zhǎng)220.1 km，雙向4車道，路基寬度有28、26 m兩種，分別對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)速度為120、100 km/h，其中水泥混凝土路面長(zhǎng)73.480 km，瀝青混凝土路面長(zhǎng)146.620 km。該高速公路于2002年12月26日正式建成通車，至大修改造時(shí)運(yùn)營(yíng)超過(guò)13 a。

潭邵高速公路通車以來(lái)，同時(shí)承擔(dān)了湘東地區(qū)往來(lái)湘中、湘西主要的交通流量，目前交通量已超3萬(wàn)輛/d，潭邵高速公路大貨車比例高，重載、超載現(xiàn)象較嚴(yán)重，隨著交通量和軸載快速增長(zhǎng)，路面破損日漸嚴(yán)重，服務(wù)水平日益下降，交通事故日漸增多，原有路面結(jié)構(gòu)已不能滿足日益增長(zhǎng)的車輛荷載要求。于2015年啟動(dòng)大修改造工程。

2 路面使用狀況分析

1)潭邵高速原路面結(jié)構(gòu)及交通量組成條件。

潭邵高速公路(湘潭段)于2002年12月建成通車，原路面結(jié)構(gòu)為：

原水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)：26 cm水泥砼面層+1 cm稀漿封層+20 cm 6%水泥穩(wěn)定碎石基層+16 cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層，總厚度63 cm。

原瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)：4 cm厚AH-70瀝青或?qū)捰驗(yàn)r青AK-13A上面層+5.5 cm厚AH-70瀝青AC-20Ⅰ中面層+5.5 cm厚AH-70瀝青AC-20Ⅰ下面層+1 cm稀漿封層+34 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石基層+20 cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層，總厚度70 cm。

潭邵高速公路全線交通量，其中湘潭段達(dá)31 000 輛/d，其他路段交通量也在24 000～28 000輛/d之間；其交通車型構(gòu)成主要以客車為主，客車所占比例為69.13%，其中，中小型客車占全部交通量的62.14%，大客車占6.99%。貨車所占比例為30.87%，主要以大、特大型貨車和集裝箱貨車為主。全線大型車輛占全部交通量的22.91%(不含大客車)。見(jiàn)圖1所示。

圖1 潭邵高速公路交通組成狀況

2)湘潭段(K1056+430～K1100+425)舊水泥混凝土路面檢測(cè)結(jié)果。

根據(jù)檢測(cè)資料，湘潭段(K1056+430～K1100+425)左、右幅水泥混凝土厚度標(biāo)準(zhǔn)值為：265.3、260 mm；左、右幅彎沉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分別為：6.0、5.74 MPa；湘潭段水泥混凝土路面基層頂面當(dāng)量回彈模量普遍大于1 000 MPa，但部分偏低，變異水平普遍較高，平均大于0.6，路面基礎(chǔ)支承能力均勻性很差?？偯摽章?、接縫傳荷能力、基層缺陷比例的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1所示。

3)湘潭段(K1100+425～K1134+060)舊瀝青路面檢測(cè)結(jié)果。

左幅超車道、行車道平均公里當(dāng)量回彈模量分別為790.47、756.69 MPa，左幅平均公里當(dāng)量回彈模量值為755.75 MPa；右幅超車道、行車道平均公里當(dāng)量回彈模量分別為929.60、902.00 MPa，右幅平均公里當(dāng)量回彈模量值為901.61 MPa。湘潭段瀝青路面共36 km(雙幅)，彎沉在40(0.01 mm)以上有單幅單車道5 km，彎沉在30～40(0.01 mm)之間的有單幅單車道21 km，彎沉在25～30(0.01 mm)之間的有單幅單車道29 km，彎沉在20～25(0.01 mm)之間的有單幅單車道29 km，彎沉小于20(0.01 mm)的有單幅單車道69 km。

表1 湘潭段水泥混凝土承載能力相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果車道脫空率/%接縫傳荷能力/%基層缺陷比例/%左幅行車道24 7660 812 69左幅超車道10 3268 45 63右幅行車道27 3960 613 91右幅超車道15 9066 14 73

3 路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)研究

3.1 舊水泥混凝土路面大修改造方案比選研究

目前，舊水泥混凝土路面的大修改造一般有2種類型：第1種是保留舊水泥混凝土板，對(duì)其進(jìn)行病害處治后，直接加鋪的方式，改造后形成一種“白+黑”的復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)型式，如直接加鋪厚層瀝青面層、直接加鋪復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)。第2種類型就是將舊水泥混凝土板破碎處治后，直接加鋪瀝青層或“半剛性補(bǔ)強(qiáng)層+瀝青層”，形成一種半剛性基層瀝青路面或混合式基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)型式，即“白改黑”的大修改造方法，如多鍾頭碎石化、共振碎石、門板破碎、舊砼板破碎再生等方法。根據(jù)潭邵高速各段交通量大小、交通組成條件、舊砼板損壞情況、處治方式、交通組織、沿線筑路材料、水文地質(zhì)條件等等進(jìn)行綜合評(píng)估，選擇正確、經(jīng)濟(jì)、滿足大修使用年限、性價(jià)比高的舊砼板處治及加鋪大修綜合改造方案是舊水泥混凝土路面大修改造的基本原則。針對(duì)潭邵高速公路舊水泥混凝土的實(shí)際路況，結(jié)合潭邵高速公路水泥混凝土路面的檢測(cè)資料，考慮到 ①舊砼板破碎后，對(duì)原路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度利用較少，整體路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、承載能力的提升不足；②考慮到潭邵高速公路交通量大，在設(shè)計(jì)時(shí)不但僅僅考慮15 a的設(shè)計(jì)使用壽命，更要考慮更長(zhǎng)遠(yuǎn)，考慮耐久性路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念；③在設(shè)計(jì)方案比選時(shí)，從全壽命周期成本來(lái)考慮，進(jìn)行性價(jià)比分析。通過(guò)方案多次比選和優(yōu)化，在潭邵高速湘潭段大修工程采用了“方案1：白加黑”或“方案2：白改黑”2種改造型式。

方案1(白加黑)：其設(shè)計(jì)思路是對(duì)舊混凝土板進(jìn)行舊板換板壓漿灌縫綜合處治，之后加鋪“連續(xù)配筋砼+瀝青面層”方案。適用于特重交通、重載超載嚴(yán)重的路段，并適用于路面破損等級(jí)和傳荷能力評(píng)定等級(jí)在“中及以上”的路段；或評(píng)價(jià)在“次”,其結(jié)構(gòu)組合為：舊砼板換板壓漿綜合處治+AC-10調(diào)平隔離層+18 cm連續(xù)配筋混凝土下面層+防水粘結(jié)層+6 cm改性瀝青AC-20+4 cm改性瀝青SMA-13 。

方案2(白改黑)：其設(shè)計(jì)思路是對(duì)舊混凝土板進(jìn)行破碎再生技術(shù)，之后直接加鋪“水泥穩(wěn)定碎石下基層(或采用再生水泥混凝土集料)+瀝青穩(wěn)定碎石上基層+瀝青面層”。適用于特重交通或重交通的路段，且路面破損等級(jí)和傳荷能力評(píng)定等級(jí)在“次及以下” 且傳荷能力較差，斷板率較高且換板率大的路段。其結(jié)構(gòu)組合為：舊基層(局部修補(bǔ)病害)+20 cm 5%水泥穩(wěn)定再生集料+透層+封層+8 cm ATB-25+7 cm AC-20+6 cm改性瀝青AC-20+4 cm改性瀝青SMA-13 。

3.2 舊瀝青路面大修改造方案比選研究

舊瀝青路面大修改造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是舊瀝青面層的病害處治和瀝青面層加鋪，而其加鋪設(shè)計(jì)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)交通量的要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。其關(guān)鍵技術(shù)還是舊瀝青面層的病害處治。目前，舊瀝青路面處治有以下2大類方案：①病害綜合處治法；②再生技術(shù)。再生技術(shù)又可細(xì)分為4種再生方式：①?gòu)S拌熱再生；②就地?zé)嵩偕?；③廠拌冷再生；④就地冷再生。

潭邵高速公路瀝青路面目前損壞嚴(yán)重，檢測(cè)報(bào)告評(píng)價(jià)等級(jí)主要為“中”或“次”；而目前潭邵高速公路交通量大，全線為特重交通，湘潭段重載超載車多，邵陽(yáng)段相對(duì)少些；湘潭段舊瀝青路面破損相對(duì)邵陽(yáng)段更差，尤其寬域?yàn)r青段。而原潭邵高速公路原瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度偏薄，瀝青面層總厚度僅為15 cm，路面總厚度為69.6 cm，且全部采用普通石油瀝青，抗疲勞和抗車轍能力較差，部分路段整體承載能力嚴(yán)重不足，彎沉較大。根據(jù)潭邵高速公路湘潭段的交通量荷載情況以及原路面的實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)對(duì)多次舊瀝青路面病害處治方案的比選，對(duì)其適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比選，從而選擇了根據(jù)不同的舊瀝青路面的病害特征選擇不同的病害處治方案，分段進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案優(yōu)選的原則。針對(duì)潭邵高速公路大修的舊瀝青路面的分段調(diào)查和比選，確定了以下3個(gè)方案：

方案A(直接加鋪)：適用于原路面承載能力較好，表面病害較少，且直接加鋪10 cm后能滿足大修設(shè)計(jì)交通量的結(jié)構(gòu)計(jì)算需要的路段。對(duì)原路面的病害進(jìn)行處治，包括縱橫向裂縫處治、車轍處治、坑槽處治等常規(guī)瀝青路面局部病害處治方案，加鋪“6 cm改性瀝青AC-20 +4 cm改性瀝青SMA-13”。

方案B(廠拌冷再生處治原路面+加鋪瀝青層)：適用于原路面承載能力較差，表面病害較多、特別是基層有損壞或強(qiáng)度不足的路段；設(shè)計(jì)思路擬對(duì)原瀝青面層進(jìn)行銑刨,對(duì)舊基層局部病害進(jìn)行處理后，做1層(11 cm)廠拌冷再生柔性結(jié)構(gòu)層,再加鋪“1 cm同步碎石封層+6 cm普通瀝青AC-20C(采用廠拌熱再生料)+6 cm改性瀝青AC-20C+4 cm改性瀝青SMA-13”。對(duì)于基層局部損壞，采用挖除后回填瀝青碎石。對(duì)于基層大面積損壞，可進(jìn)行基層就地冷再生或重鋪水穩(wěn)基層處理。

方案C(廠拌熱再生處治原路面+加鋪瀝青層)：適用于原路面承載能力較好，確認(rèn)基層較完整，病害主要存在于瀝青表面層及中面層的路段；特別是舊路面表面AK-13較差的路段。建議行車道、超車道銑刨做廠拌熱再生，硬路肩直接加鋪。其結(jié)構(gòu)方案為“舊面層銑刨6 cm+6 cm廠拌熱再生混合料+6 cm改性瀝青AC-20+4 cm改性瀝青SMA-13。

3.3 橋面大修設(shè)計(jì)方案根據(jù)不同的種類分別對(duì)待

橋面大修方案以盡量不增加橋梁結(jié)構(gòu)的恒載為原則。任何恒載的增加都應(yīng)通過(guò)荷載驗(yàn)算。潭邵高速公路橋面大修設(shè)計(jì)方案如下。

3.3.1 瀝青路面的原瀝青橋面鋪裝層

對(duì)于原瀝青層破損不嚴(yán)重、且破損僅限于上面層的橋梁：銑刨4 cm AK-13上面層，重鋪“粘層+4 cm改性瀝青SMA-13”。

對(duì)于原瀝青層破損嚴(yán)重的橋梁：銑刨全部瀝青層，即4 cm AK-13上面層和5 cm AC-20C下面層；重做1cm SBS改性瀝青橋面防水粘結(jié)層，重鋪5 cm改性瀝青AC-20C下面層和4 cm改性瀝青SMA-13上面層。

3.3.2 水泥混凝土路段的橋梁

1)一般橋梁：原橋面鋪裝病害處理后，直接加鋪1 cm SBS改性瀝青橋面防水粘結(jié)層和4 cm厚的瀝青砼(SMA-13)。

2)特大橋：原橋面鋪裝病害處理后，直接加鋪1 cm環(huán)氧覆層或1～2 cm高粘度瀝青超薄罩面，無(wú)法加鋪的可以仍采用鋼筋混凝土橋面。

3)對(duì)原橋面水泥混凝土破損嚴(yán)重的橋梁：鑿除原橋面鋪裝，再加鋪10 cm鋼筋砼及1 cm SBS改性瀝青橋面防水粘結(jié)層和4 cm厚的瀝青砼(SMA-13)。

3.4 收費(fèi)廣場(chǎng)路面大修改造方案

收費(fèi)廣場(chǎng)仍采用水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)型式，僅對(duì)破損的原混凝土板更換，并對(duì)原路面其他病害進(jìn)行綜合處治，接縫重新清縫、灌縫。

3.5 互通匝道路面大修方案

舊瀝青路面互通原則上與主線方案A相同，即對(duì)舊瀝青面層的局部病害進(jìn)行處理后，直接加鋪“6 cm改性瀝青AC-20+4 cm改性瀝青SMA-13”。

舊水泥混凝土匝道，主要是考慮直接加鋪瀝青層的方案，由于直接加鋪技術(shù)關(guān)鍵在反射裂縫的防治，選擇合適的應(yīng)力吸收層是關(guān)鍵，經(jīng)過(guò)對(duì) “橡膠瀝青SAMI、土工合成材料、雙鉸合鋼絲網(wǎng)、STRART等多種不同的應(yīng)力吸收層設(shè)置方案進(jìn)行比選，選擇了防裂能力最好的“雙鉸合鋼絲網(wǎng)+改性瀝青應(yīng)力吸收層”的復(fù)合應(yīng)力吸收層方案，其加鋪結(jié)構(gòu)為“復(fù)合應(yīng)力吸收層+6 cm改性瀝青AC-20+4 cm改性瀝青SMA-13。

3.6 特殊路段處理

1)事故多發(fā)路段：主要因路面病害造成事故多發(fā)的路段，在改性瀝青AC-20C混合料中添加混合料質(zhì)量0.4%的玄武巖短切纖維，以提高路面的抗車轍、抗裂縫、抗凍害等高低溫使用性能和水穩(wěn)定性等耐久性。

2)縱向裂縫路段:在K1054+850～K1055+250左幅因路基不均勻沉降縱向開裂嚴(yán)重，裂縫寬度達(dá)4～5 cm。對(duì)該段的處理方案：①沿裂縫兩側(cè)深層壓漿；②半幅全斷面挖除原路面4 cm AK-13A上面層+6 cm AC-20Ⅰ中面層+7 cm AC-25Ⅰ下面層+1 cm稀漿封層，設(shè)計(jì)為18 cm連續(xù)配筋混凝土層，并進(jìn)行裸化。與相鄰舊瀝青面層路段一樣，再加鋪“1 cm SBS改性瀝青防水防裂層+6 cm改性瀝青AC-20C下面層+4 cm改性瀝青SMA-13上面層”。

4 材料設(shè)計(jì)比選優(yōu)化

4.1 粗、 細(xì)集料選擇

考慮上面層采用改性瀝青SMA-13，其粗集料選擇采用堅(jiān)硬、抗壓強(qiáng)度高、耐磨的玄武巖或輝綠巖碎石；中面層改性瀝青AC-20C采用強(qiáng)度高、粘附性好的石灰?guī)r碎石。

對(duì)于舊瀝青路面路段，在中面層集料選擇了考慮摻加20%～30%的舊廢舊瀝青混合料(RAP料)；下面層普通瀝青AC-20采用強(qiáng)度高、粘附性好的石灰?guī)r碎石，同時(shí)摻加30%～40%舊廢舊瀝青混合料(RAP料)。廠拌冷再生大量采用本樁的廢舊瀝青混合料，僅摻加部分新料，其中廢舊瀝青混合料用量為80%～90%，摻加新粗集料10%～20%。

細(xì)集料無(wú)論上、中、下面層均采用石灰?guī)r加工而成的機(jī)制砂或石屑，上面層改性瀝青SMA-13必須采用優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂，其他結(jié)構(gòu)層次可采用石屑，其砂當(dāng)量要求不小于65%。連續(xù)配筋混凝土細(xì)集料采用河砂。

對(duì)于水泥穩(wěn)定碎石基層和C15#砼墊層或基層，粗集料可采用舊砼板破碎的再生粗集料，考慮再生細(xì)集料吸水率大，表面砂漿較多，原則不采用再生細(xì)集料。水泥穩(wěn)定碎石和C15#砼細(xì)集料要求采用新石灰?guī)r石屑。

4.2 填料及添加劑選擇

潭邵大修項(xiàng)目的礦粉均采用石灰石磨制的新鮮礦粉，要求采用4.75 mm以上的碎石磨制；不允許采用回收粉塵。

4.3 廢舊材料的利用

潭邵高速公路路面大修改造的廢舊材料較多，有舊水泥混凝土板破碎后廢料、銑刨的舊瀝青混凝土料，本次大修改造方案中建議對(duì)潭邵高速公路廢舊材料進(jìn)行綜合處治。主要的處治方法及原則是：

1)原則：保證95%以上的廢料得到合理的、綜合運(yùn)用。

2)對(duì)于舊瀝青路面：

方案A、方案C的病害處治和銑刨料，除了用于方案C中的6 cm普通瀝青AC-20C結(jié)構(gòu)層(根據(jù)級(jí)配調(diào)整的需要，約摻30%～50%的舊料)，其余的廢舊瀝青混合料全部用于6 cm瀝青中面層改性瀝青AC-20C。摻量控制在30%以內(nèi)，基本保證摻加廢舊瀝青混合料的路用性能達(dá)到潭邵高速公路中面層的要求。

方案B的15 cm瀝青層銑刨料，除用于11 cm廠拌冷再生外，其余料主要用上冷再生上覆層6 cm普通瀝青AC-20C(摻30%～50%舊料)，可基本用完廢料，如有節(jié)余，可少量用于中面層改性瀝青AC-20C。

3)對(duì)于舊水泥混凝土板：

舊水泥混凝土大修改造方案1A、方案1B、方案2B均會(huì)產(chǎn)生較多的破碎水泥混凝土板塊，為此擬將產(chǎn)生的破碎舊水泥混凝土板做以下處理：

采用移動(dòng)式破碎設(shè)備，將舊水泥混凝土板進(jìn)行破碎，按3～4級(jí)進(jìn)行篩分。4.75 mm以上的粗集料擬用于方案2B的水泥穩(wěn)定碎石下基層。4.75 mm以下的材料擬用于土路肩貧砼封面、中央分隔帶封面以及其他防護(hù)砌體工程。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)結(jié)合“潭邵高速公路大修工程”為實(shí)體工程的大修工程路面設(shè)計(jì)方案的工程實(shí)踐，對(duì)高速公路舊水泥混凝土路面、舊瀝青路面的大修處治中加鋪進(jìn)行分析，充分利用舊路面的殘余承載能力和舊路面的材料，通過(guò)采用舊砼板再生利用、舊砼板破除再生集料、瀝青路面的廠拌冷再生、廠拌熱再生等新技術(shù)、新工藝的推廣利用，達(dá)到資源的循環(huán)利用，最大程度地減少對(duì)環(huán)境內(nèi)的污染。潭邵高速公路大修工程的路面結(jié)構(gòu)方案比選研究工作為湖南省高速公路路面大修提質(zhì)改造、中修養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)了相關(guān)新技術(shù)、新材料、新工藝的推廣應(yīng)用。

[1] JTG B01-2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] JTG H10-2009，公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 交通運(yùn)輸部公路局.高速公路改擴(kuò)建工程技術(shù)政策[Z].

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