劉志潔,霍冬雨,朱益軍,陳文強(qiáng)

(浙江數(shù)智交院科技股份有限公司 杭州市 310030)

近年來(lái),為加快農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,我國(guó)大力發(fā)展“四好”農(nóng)村路,逐步消除制約農(nóng)村發(fā)展的交通瓶頸,為廣大農(nóng)民生活發(fā)展提升提供更好的保障。農(nóng)村公路多以水泥混凝土路面為主,特別是一些以旅游帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的地區(qū),原有水泥路面已無(wú)法滿足需求,需要進(jìn)行白改黑路面改造。文章以浙江某景區(qū)農(nóng)村公路為例,通過(guò)路面病害調(diào)查及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè),深入分析路面技術(shù)狀況,提出適宜的路面白改黑設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行改造施工,使路面技術(shù)狀況得到明顯改善。

1 工程背景

1.1 概況

該景區(qū)盤山公路長(zhǎng)約2.69km,設(shè)計(jì)時(shí)速15km/h,路基寬度6.75m,路面寬度6m,于2014年進(jìn)行了水泥混凝土路面改造設(shè)計(jì)?，F(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)采用20cm厚水泥混凝土面層+20cm厚水泥(5%)穩(wěn)定碎石基層,橫斷面為兩塊板布置,單塊水泥面板寬3m,長(zhǎng)4.5m,水泥混凝土面層設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度為4.5MPa。

1.2 路面技術(shù)狀況

經(jīng)過(guò)8年通車運(yùn)營(yíng),局部路段有裂縫(橫向裂縫、縱向裂縫)、碎板、板角斷裂、表面磨損露骨、碎邊、坑槽等病害。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水泥板塊進(jìn)行編號(hào)調(diào)查,雙向共計(jì)1196塊板。根據(jù)路面病害統(tǒng)計(jì)分析,斷板率為6.27%,斷板率評(píng)定等級(jí)為中等(5%～10%)。根據(jù)表1所示PCI指標(biāo)(路面狀況指數(shù))及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)RQI指標(biāo)(路面質(zhì)量指數(shù)),可以看出該路段路面破損程度為良好至中等,但路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI較低,平整度評(píng)定等級(jí)為差。從提升景區(qū)交通舒適性方面考慮,路面技術(shù)狀況亟待提高,路面白改黑十分必要。

表1 路面技術(shù)狀況指標(biāo)

1.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)

對(duì)舊水泥路面進(jìn)行鉆孔取芯強(qiáng)度檢測(cè)和板塊脫空檢測(cè)。水泥面層芯樣直徑為150mm。強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 取芯試驗(yàn)檢測(cè)

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》[1](JTG 3450—2019)公式中T0958-3計(jì)算舊水泥面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5.1MPa,滿足原設(shè)計(jì)要求,詳見(jiàn)式(1):

(1)

式中:fc為混凝土標(biāo)準(zhǔn)小梁彎拉強(qiáng)度,單位為MPa;fsp為混凝土直徑150mm鉆芯圓柱體的劈裂強(qiáng)度,單位為MPa。

水泥路面板底脫空常用的檢測(cè)方式為彎沉檢測(cè),包括落錘彎沉儀截距法、彎沉比法和貝克曼梁彎沉測(cè)定法。貝克曼梁彎沉檢測(cè)過(guò)程較慢,若板塊數(shù)量較多,需花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間取得數(shù)據(jù);張昭[2]等人的研究對(duì)落錘彎沉儀檢測(cè)脫空的兩種方式進(jìn)行了比對(duì),研究發(fā)現(xiàn)彎沉比λ2b檢測(cè)判定方法不夠準(zhǔn)確,需要根據(jù)實(shí)際路況進(jìn)行驗(yàn)證。該工程采用截距值法判定板底脫空情況,截距值大于50μm判定為板底脫空。全線共檢測(cè)板塊1194塊,脫空共47塊,脫空率為3.94%,板底脫空處較少。

2 路面設(shè)計(jì)方案比選及應(yīng)用

2.1 路面白改黑研究現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),防止反射裂縫主要從應(yīng)力消散和加鋪層應(yīng)力吸收層兩方面進(jìn)行考慮。而消散應(yīng)力的有效方法是采用碎石化工藝將水泥路面板破碎成塊狀嵌擠結(jié)構(gòu)。碎石化按采用設(shè)備不同又可分為多錘頭碎石化和共振碎石化。

多錘頭碎石化機(jī)械設(shè)備攜帶的重錘質(zhì)量為700～900kg,破碎時(shí)按一定規(guī)律下落,錘頭提升高度≥1.5m,重錘下落時(shí)可產(chǎn)生11kJ以上的沖擊能量將路面破碎[3]。共振碎石化技術(shù)是通過(guò)共振原理,使舊水泥板與破碎機(jī)械產(chǎn)生共振[4],將舊水泥混凝土板碎裂成上層相互嵌擠,下層相互嵌鎖的水泥混凝土碎石粒料層,破碎后的碎石形狀相鄰互補(bǔ)、粒徑較小,形成相互嵌擠的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。與多錘頭碎石化相比,共振碎石化使舊水泥板塊破碎更加均勻。

應(yīng)力吸收層是在舊水泥路面板和瀝青罩面層之間均勻鋪上改性瀝青,然后撒布單粒徑碎石,相同粒徑的碎石形成一個(gè)平整的支撐面,有效地支撐起瀝青罩面層,讓瀝青面層處在一種持久有利的受力狀態(tài),瀝青回彈性能好,讓瀝青面層與舊水泥面層之間存在水平相對(duì)位移的空間從而釋放接縫處的應(yīng)力[5]。

由于現(xiàn)狀水泥路面碎板、斷板率較低,PCI指標(biāo)良好,舊水泥板塊的彎拉強(qiáng)度較高,為充分利用水泥混凝土面層強(qiáng)度,該工程采用在水泥路面上直接加鋪瀝青層的方案,對(duì)于反射裂縫采用應(yīng)力吸收層+聚酯玻纖防裂布的處治措施。

2.2 病害處理措施

對(duì)連續(xù)破損的板塊進(jìn)行挖除,新筑面板采用連續(xù)配筋混凝土結(jié)構(gòu),水泥板塊采用設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度≥5.0MPa,抗壓強(qiáng)度等級(jí)在C40以上的快硬早強(qiáng)混凝土;連續(xù)新筑面板頂面設(shè)置一層D8冷軋帶肋鋼筋焊接網(wǎng),鋼筋等級(jí)為CRB550;鋼筋網(wǎng)間距10cm×10cm。如基層也破損嚴(yán)重,應(yīng)一并鑿除并用同標(biāo)號(hào)快凝混凝土進(jìn)行澆筑回填。

為加強(qiáng)置換板塊與舊板塊間的整體受力,在新老混凝土板塊的橫向接縫處鉆孔設(shè)置傳力桿,傳力桿采用φ25mmHPB300鋼筋,長(zhǎng)45cm。在新老混凝土板塊的縱縫處鉆孔安裝拉桿,拉桿采用φ16mmHRB400鋼筋,長(zhǎng)80cm。

對(duì)于脫空板塊進(jìn)行板底注漿加固。注漿孔鉆孔直徑50mm,注漿壓力為1.5～2.0MPa,如壓力持續(xù)增大或相鄰孔口冒漿,則可終孔并進(jìn)行封口,換至下一孔位。壓漿完成3d后,應(yīng)進(jìn)行彎沉值復(fù)測(cè),對(duì)不滿足要求的板塊進(jìn)行補(bǔ)漿。

2.3 反射裂縫預(yù)防措施

為保證瀝青層與舊水泥面板的粘結(jié)性,病害處理后的水泥路面需進(jìn)行拋丸處理,水泥混凝土拋丸后表面構(gòu)造深度為0.4～0.8mm,平均露骨率≥60%。

在板與板之間橫向和縱向接縫處均鋪設(shè)聚酯玻纖布。施工前需將路面板表層清掃干凈,工作面無(wú)水分,雨后必須待路面干燥后施工。沿縱橫向接縫,在1m寬范圍內(nèi)噴灑SBS改性熱瀝青,再鋪設(shè)聚酯玻纖布,需保證聚酯玻纖布無(wú)褶皺,平整且密實(shí),鋪設(shè)完成后采用壓路機(jī)碾壓一遍,使之緊密服帖于面層。

應(yīng)力吸收層采用同步碎石工藝,厚度為1cm,選擇SBS改性瀝青作為粘結(jié)料,瀝青用量宜取2.0～2.4kg/m2,碎石采用玄武巖,碎石覆蓋率按照70%～90%控制,用量范圍為14～20kg/m2。

2.4 路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算及分析

瀝青路面結(jié)構(gòu)初擬為4cm SBS改性AC-13C瀝青混凝土+6cm AC-20C普通瀝青混凝土+1cm SBS改性瀝青應(yīng)力吸收層,路面抬高約11cm。

舊水泥混凝土路面已使用8年,剩余設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為2年,由于路面結(jié)構(gòu)已接近原設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期,此次路面白改黑設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期取10年,設(shè)計(jì)軸載車道累計(jì)作用次數(shù)為65000軸次/車道,標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)軸載為100kN,最重軸載為200kN,可靠度系數(shù)取值1.07。水泥混凝土的彎拉強(qiáng)度取值為4.5MPa。瀝青路面加鋪厚度驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 瀝青路面加鋪厚度驗(yàn)算

根據(jù)上述結(jié)果,初擬瀝青路面結(jié)構(gòu)滿足荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用以及重軸載在最大溫度梯度下的一次強(qiáng)作用。

3 結(jié)語(yǔ)

在設(shè)計(jì)階段,不僅要使技術(shù)方案和經(jīng)濟(jì)性相適宜,還需要考慮實(shí)際施工中可能遇到的問(wèn)題和施工影響,對(duì)此主要提出以下設(shè)計(jì)要點(diǎn):

(1)設(shè)計(jì)階段需要考慮到水泥混凝土路面板塊修復(fù)施工的可操作性,以及施工過(guò)程對(duì)原水泥路面的影響。例如采用鎬頭機(jī)將斷板、碎板打碎挖除的過(guò)程中,可能會(huì)對(duì)鄰近完好的水泥板塊造成啃邊等破壞,因此對(duì)于碎板、斷板與完好板塊交錯(cuò)分布的情況,應(yīng)盡可能將這些板塊連續(xù)破除重新澆筑,保證施工質(zhì)量及平整度。

(2)對(duì)于盤山公路,特別是臨崖?lián)鯄β范?需要注意碎石化方案的適用性,前期應(yīng)對(duì)擋墻情況及地質(zhì)條件做詳細(xì)調(diào)查。碎石化機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)對(duì)邊坡及下?lián)鯄?huì)產(chǎn)生一定的作用,這也是影響該項(xiàng)目路面改造方案比選的主要因素之一。

(3)淺層注漿能夠?qū)β访娉休d力進(jìn)行有效補(bǔ)強(qiáng),但在注漿施工前后,還需對(duì)板塊脫空情況進(jìn)行復(fù)測(cè)以指導(dǎo)施工。

(4)原水泥路面板塊存在表面水泥層磨損露骨病害,日常養(yǎng)護(hù)采用加鋪1～2cm水泥砂漿層罩面的方式。若對(duì)該水泥砂漿層進(jìn)行精銑刨,實(shí)際施工過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力,對(duì)水泥板塊的損傷具有不確定性,質(zhì)量難以控制。因此對(duì)于此種病害可將水泥板塊全部挖除,重新澆筑。

該項(xiàng)目通車運(yùn)營(yíng)半年后,重新檢測(cè)了路面各項(xiàng)指標(biāo),主車道公里PCI指標(biāo)均達(dá)到100,RQI保持在96以上,RDI指標(biāo)均達(dá)到100,大幅提升了路面使用性能,改善了通車環(huán)境。路面的使用壽命情況還需持續(xù)觀測(cè)。