論省道S325漯嵩線公路改擴(kuò)建瀝青路面設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題

孫佳星

(平頂山市公路交通勘察設(shè)計(jì)院，河南 平頂山 467000)

1 工程概況

省道S325漯嵩線平頂山程莊至鄭萬(wàn)高鐵平西站段改建工程(北環(huán)路升級(jí)及西延項(xiàng)目)路線長(zhǎng)度18.224 km。采用雙向八車(chē)道一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80 km/h，一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。其中新建5.4 km，改建12.824 km。設(shè)計(jì)速度80 km/h，路面面層采用瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，工程范圍涉及路基、路面、橋梁、涵洞等附屬工程，省道S325漯嵩線段改建工程是在原有線路的基礎(chǔ)上，將拓寬為路基60 m、道路紅線兩側(cè)外延50 m綠化帶的多功能立體互通快速通道。對(duì)于城市發(fā)展來(lái)說(shuō)，道路交通的通暢是重中之重，省道S325漯嵩線平頂山程莊至鄭萬(wàn)高鐵平西站段改建工程是平頂山市“十三五”規(guī)劃的重點(diǎn)工程，該工程也是平頂山市北部路網(wǎng)重要的交通干線，承載著該地區(qū)大部分過(guò)境交通量，改建完成后將逐步提升平頂山交通的承載能力。

2 省道325公路改擴(kuò)建瀝青路面病害及成因

2.1 公路改擴(kuò)建的主要形式

拼寬是省道公路改擴(kuò)建工程的主要特征，省道S325漯嵩線要保留利用原路面，在其外側(cè)新建拼寬路面，以補(bǔ)強(qiáng)原路面和改善其路表功能而進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)罩面及單一罩面。此類(lèi)改擴(kuò)建公路，因所處土層為軟土，原路沉降非常大，穩(wěn)定期比較長(zhǎng)。對(duì)此，為減少一次投入的加鋪量太大而導(dǎo)致加速沉降，設(shè)計(jì)路面應(yīng)先拼寬，在后期養(yǎng)護(hù)中再加鋪，逐漸改善公路線形。后期養(yǎng)護(hù)調(diào)整縱坡時(shí)，要全面檢測(cè)和評(píng)價(jià)路面病害及性能，總結(jié)和區(qū)分病害后，剔除同新建工程的共性類(lèi)型，對(duì)改擴(kuò)建工程的病害類(lèi)型進(jìn)行總結(jié)，并分析其原因、特征及發(fā)生頻率，為病害防治及路面養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。

2.2 省道S325漯嵩線路面病害類(lèi)型

病害類(lèi)型，依據(jù)其破損嚴(yán)重程度將省道S325漯嵩線省道公路病害分為變形、松散、裂縫及其他等病害類(lèi)型。省道S325漯嵩線裂縫類(lèi)主要是塊裂、龜裂、縱向裂縫、橫向裂縫、不規(guī)則裂縫等。其中縱向裂縫主要發(fā)生在老路側(cè)，主要是因拼寬側(cè)地基或路基固結(jié)沉降導(dǎo)致新老路的差異沉降太大，此差異沉降導(dǎo)致拉應(yīng)力過(guò)大，超出允許應(yīng)力，從而產(chǎn)生拉張性裂縫。同時(shí)，拼接部的縱向裂縫較為常見(jiàn)，這是因?yàn)槠唇犹幙v向裂縫在為拼接基層未能形成整體，導(dǎo)致路面?zhèn)骱赡芰θ?，路面層受力不利，在偏載作用下，彎沉差會(huì)引起剪切疲勞開(kāi)裂。這種開(kāi)裂病害較為常見(jiàn)。

松散類(lèi)主要是推移、坑槽、啃邊、麻面、松散等，省道S325漯嵩線這類(lèi)病害相對(duì)較多。變形類(lèi)則為車(chē)轍、沉陷、擁包、波浪、橋頭跳車(chē)等病害，其中拼接部開(kāi)裂及沉陷、老路開(kāi)裂及沉陷等病害最為常見(jiàn)。老路側(cè)開(kāi)裂和沉陷主要是原路的路肩，此病害多無(wú)規(guī)律零星分布，也是輪跡印跡明顯突出。這是因?yàn)槔下吩袕?qiáng)度不高，局部壓實(shí)不充分，存在輕微脫空的缺陷，而在此局部壓實(shí)不充分條件下，車(chē)輛荷載作用過(guò)大會(huì)導(dǎo)致其壓縮變形，從而導(dǎo)致開(kāi)裂。當(dāng)然，車(chē)轍病害也是省道公路改擴(kuò)建中最為常見(jiàn)的病害，車(chē)轍變形空間來(lái)自于空隙壓縮及石料、砂漿流動(dòng)，車(chē)轍變形病害主要發(fā)生在新路側(cè)，多見(jiàn)于重車(chē)輪跡位置，呈縱向連續(xù)性分布。車(chē)轍類(lèi)變形主要是由于混合料剪切流動(dòng)變形和車(chē)輛荷載的補(bǔ)充壓密作用所致，加之混合料的高溫穩(wěn)定性差，從而導(dǎo)致壓密變形。這種變形病害最為常見(jiàn)。此外還有磨光、泛油、凍脹、修補(bǔ)不良及唧漿等病害。

2.3 縱向橫向裂縫病害形成原因

病害成因。發(fā)生縱向裂縫主要是老路面沉降較大，研究發(fā)現(xiàn)省道S325漯嵩線基層底部的拉應(yīng)力過(guò)大，當(dāng)基層材料抗拉強(qiáng)度不能抵抗其拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致基層底部的開(kāi)裂。在反復(fù)的荷載作用下，底部裂縫會(huì)擴(kuò)展到瀝青層面，沿車(chē)輪軌跡行駛方向行車(chē)荷載縱向龜裂和裂縫。若路基不均勻或填土骨料不均勻則會(huì)導(dǎo)致沉陷，特別是在新舊路面連接處，處理不當(dāng)則日后沉降病害較為嚴(yán)重。發(fā)生橫向裂縫主要是氣溫早降導(dǎo)致瀝青面層發(fā)生低溫收縮，增加了拉應(yīng)力和溫度變化率，冷熱交替作用下形成疲勞效應(yīng)。在下層材料的黏連限制下瀝青層面會(huì)形成極大的張拉應(yīng)力，張拉應(yīng)力超過(guò)瀝青材料抗拉強(qiáng)度的極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生橫向非荷載型裂縫。反射性裂縫是溫縮開(kāi)裂及半剛性材料干縮的影響下形成的底部開(kāi)裂，導(dǎo)致瀝青層面出現(xiàn)橫向裂縫。在改擴(kuò)建設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該關(guān)注到在偏載的作用影響下輪跡位置拼接縫疲勞導(dǎo)致的反射裂縫，此反射裂縫的危害遠(yuǎn)高于半剛性材料形成的傳統(tǒng)反射裂縫。

車(chē)轍及老路路肩開(kāi)裂沉陷。省道S325漯嵩線車(chē)轍病害主要是重載和高溫作用下瀝青混合料形成剪切變形所致。而老路路肩開(kāi)裂及沉陷等則是較為常見(jiàn)的病害。省道S325漯嵩線公路改擴(kuò)建后通常采用八道分車(chē)型管理方式，對(duì)由內(nèi)向外的第一車(chē)道、第二車(chē)道，在堅(jiān)持常規(guī)養(yǎng)護(hù)下罩面滿足客車(chē)行駛。而拼接后原路路肩被第三車(chē)道、第四車(chē)道利用，這兩個(gè)車(chē)道則是貨車(chē)車(chē)道。由于是拼寬后形成的兩個(gè)車(chē)道，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)一系列的問(wèn)題。如原路施工存在缺陷，此前由于沒(méi)有過(guò)往車(chē)輛，路面沒(méi)有承受車(chē)輛荷載而未反應(yīng)出來(lái)，而在改擴(kuò)建后此問(wèn)題則會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。如果路基干濕循環(huán)、壓縮及初始?jí)好艿茸饔貌蛔悖瑒t會(huì)導(dǎo)致路基面存在一定的脫空，在小密集的交通流量下，看不出什么問(wèn)題，在累計(jì)受到重載偏載作用下，拼寬路面與原路肩協(xié)調(diào)性差，路面路基結(jié)構(gòu)因受力不利而出現(xiàn)開(kāi)裂沉陷。同時(shí)，由于長(zhǎng)期雨水或?yàn)r青老化，路面路基混合料的抗裂性及水穩(wěn)定性下降，也會(huì)導(dǎo)致路肩發(fā)生沉陷或開(kāi)裂。

3 省道公路改擴(kuò)建瀝青路面設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 增強(qiáng)分車(chē)道設(shè)計(jì)的防裂抗裂效果

新舊公路拼接區(qū)域的結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)直接影響著拼接區(qū)域的構(gòu)造和施工質(zhì)量。省道S325漯嵩線公路改擴(kuò)建工程中，不管是舊路利用還是拼寬新建路面、拼接路面，其都不同于新建。要根據(jù)病害特征來(lái)進(jìn)一步改變?cè)O(shè)計(jì)習(xí)慣，基于預(yù)防病害的視角，由結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變情況去綜合考慮瀝青路面設(shè)計(jì)。由于該工程(一期)路線長(zhǎng)度18.224 km，該公路承載著該地區(qū)大部分過(guò)境交通量，地理位置十分突出，既是寶豐縣通往平頂山的一條重要省級(jí)公路，也是寶豐縣、平頂山市及周邊區(qū)域各種礦產(chǎn)資源、農(nóng)副產(chǎn)品、工業(yè)產(chǎn)品外運(yùn)的一條重要通道。該工程起點(diǎn)自平頂山市衛(wèi)東區(qū)與平郟東路交叉處，沿老路向西依次路經(jīng)平頂山眾多省道公路，分車(chē)道設(shè)計(jì)的防裂縫、抗裂縫問(wèn)題尤其關(guān)鍵。基于該擴(kuò)建工程瀝青路面設(shè)計(jì)采用交通量與路面設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)，因軸載不同，則通過(guò)軸載換算系數(shù)將其折算為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以橫向分布系數(shù)評(píng)估不同車(chē)道的行駛特性差異。同橫斷面上的不同車(chē)道，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及控制指標(biāo)都相同。如將彎沉作為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，由于改擴(kuò)建后各車(chē)道間作用次數(shù)的差異性比較大，單一彎沉控制很難滿足車(chē)道要求，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)側(cè)車(chē)道富余過(guò)多而外側(cè)車(chē)道嚴(yán)重不足，進(jìn)而縮減外側(cè)車(chē)道的使用壽命，造成內(nèi)側(cè)車(chē)道的舊路利用率減小，加大其處治難度，同時(shí)增加了工程投資。

3.2 精確新舊路面拼接結(jié)構(gòu)的粘接力計(jì)算

省道S325漯嵩線公路改擴(kuò)建路面拼接效果受原路狀況、拼接厚度及結(jié)構(gòu)結(jié)合等的影響較大，拼接構(gòu)造并不全部相同，構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮施工和粘接力。通常情況下，省道公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)只是從便于施工控制及黏結(jié)、拼接壓實(shí)的角度進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)，很少進(jìn)行粘接力的力學(xué)計(jì)算。從該工程瀝青路面拼接縱向、橫向裂縫病害看，在改擴(kuò)建公路瀝青路面時(shí)有必要分析拼接構(gòu)造力學(xué)，計(jì)算各臺(tái)階設(shè)置的寬度及位置，以減少或防止拼接不利受力的問(wèn)題，以及面層剪應(yīng)力的減小。通過(guò)力學(xué)計(jì)算瀝青路面粘接力設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)變掃描試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)應(yīng)變小于10%時(shí)，SBS、橡膠和高黏改性瀝青處在線性黏彈性范圍內(nèi)。根據(jù)頻率掃描試驗(yàn)結(jié)果，使用Sigmoidal模型擬合SBS、橡膠和高黏改性瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量主曲線光滑連續(xù)，且均是簡(jiǎn)單的流變材料。由此選用符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)標(biāo)準(zhǔn)要求的SBS類(lèi)改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)要求如下：瀝青混合料路面路用性能等技術(shù)指標(biāo)路表平整度的標(biāo)準(zhǔn)差σ1.0 mm T 0932IRI 2.0 m/km T 0933；路表滲水系數(shù)≤300 ml/min T 0971；構(gòu)造深度TD≥0.50 mm T 0961/62/63；橫向力系數(shù)SFC60≥50T 09652；改性瀝青技術(shù)指標(biāo)u SBS具有足夠的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。

3.3 強(qiáng)化原路路肩結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及破損狀況評(píng)價(jià)

公路改擴(kuò)建工程原路面的使用標(biāo)準(zhǔn)較為復(fù)雜，雖經(jīng)過(guò)一定檢測(cè)，但多依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判定其如何利用或能否利用，這種經(jīng)驗(yàn)性判斷具有較強(qiáng)的主觀隨意性。為此，要依據(jù)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)改擴(kuò)建路面設(shè)計(jì)的需求，再結(jié)合原路面結(jié)構(gòu)狀況，從技術(shù)層面、松散程度、混合料級(jí)配、瀝青指標(biāo)等層面進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。此外，雖然受檢測(cè)方法、道路運(yùn)營(yíng)及舊路養(yǎng)護(hù)等因素影響，具體操作難度較大，還應(yīng)采取綜合評(píng)估方法和標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及破損狀況進(jìn)行分析評(píng)估。根據(jù)省道S325漯嵩線公路改擴(kuò)建瀝青路面路肩結(jié)構(gòu)研究評(píng)價(jià)，擴(kuò)建瀝青路面設(shè)計(jì)為：新老路面銜接粘層之間設(shè)置粘層油，粘層采用PC-3型改性乳化瀝青，粘層油用量為0.3～0.6 L/m2，原路路肩透層與粘層均采用撒布車(chē)施工。

省道S325漯嵩線公路改擴(kuò)建分車(chē)道設(shè)計(jì)中嚴(yán)格執(zhí)行《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文(公路工程部分)》(建標(biāo)[2002]99號(hào))的規(guī)定和要求進(jìn)行編制。設(shè)計(jì)需要采用分車(chē)道施工，而現(xiàn)場(chǎng)控制直接決定冷接縫的施工質(zhì)量，當(dāng)前工藝不太成熟。新老路的基層模量差異越大越不利于拼接部上方層面的受力。同時(shí)，受舊路路段差異、狀況、邊施工邊通車(chē)及運(yùn)營(yíng)特征等的限制，實(shí)踐中無(wú)法實(shí)現(xiàn)其互相匹配，這也表明，省道公路改擴(kuò)建對(duì)面層瀝青混合料強(qiáng)度及模量提出了較高要求。省道S325漯嵩線在改擴(kuò)建后原路路肩承重荷載，容易出現(xiàn)改建前的病害。所以，在改擴(kuò)建前要全面了解原路的養(yǎng)護(hù)歷史及病害特征，并作為改擴(kuò)建瀝青路面設(shè)計(jì)依據(jù)。同時(shí)，也要評(píng)價(jià)拼接前側(cè)面結(jié)構(gòu)，施工環(huán)節(jié)仍需進(jìn)行再評(píng)價(jià)，以進(jìn)一步修正設(shè)計(jì)中的結(jié)論。又由于測(cè)評(píng)主要借助主觀經(jīng)驗(yàn)，且無(wú)固定的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，因道路路況不同，必須對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)籌分析和綜合評(píng)估。

4 總 結(jié)

總之，省道S325漯嵩線公路改擴(kuò)建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須明確其典型病害，及其發(fā)生的原因，針對(duì)道路運(yùn)營(yíng)情況和病害特征更新省道公路改擴(kuò)建瀝青路面設(shè)計(jì)理念，綜合考慮其內(nèi)部應(yīng)力、病害預(yù)防等因素，通過(guò)增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度及使用分車(chē)道設(shè)計(jì)等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，但仍需重視拼接縫選擇、路肩結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)及力學(xué)計(jì)算，綜合考慮瀝青混合料類(lèi)型、等級(jí)、面層厚度等，以提高新改擴(kuò)建瀝青路面的性能。