泉州晉江大橋連接線路面檢測(cè)評(píng)估研究

石 琦

（上海建科檢驗(yàn)有限公司，上海市 201108）

0 引言

泉州晉江大橋市區(qū)道路包括仙石至涵埭段（2 km）、溪邊至鵬頭段（1.836 km），全長(zhǎng) 3.836 km，路基寬50 m，現(xiàn)狀為鋪設(shè)臨時(shí)路面的雙向6車(chē)道的二級(jí)公路，兩側(cè)為11.5 m的綠化以及0～6 m不等的路基加寬填筑段。既有道路橫斷面如圖1。

通車(chē)幾年以后，路面出現(xiàn)部分損害并進(jìn)行過(guò)修補(bǔ)，但是裂縫﹑車(chē)轍等道路損害依舊層出不窮，降低了路面的承載能力并直接影響到了車(chē)輛的日常運(yùn)行，并對(duì)車(chē)輛的安全行駛造成了隱患。

筆者赴福建晉江開(kāi)展既有路面現(xiàn)場(chǎng)踏勘，全線共全長(zhǎng)3.838 km，從北至南共有7座橋梁橫跨其間，道路上行方向?yàn)椋ū薄希x江大橋起點(diǎn)—鵬青路終點(diǎn)，下行反之。進(jìn)行樁號(hào)劃分，道路病害狀況調(diào)查、路面承載力彎沉測(cè)試、路面鉆芯取樣現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)；隨后將現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)鉆取的芯樣加工成型，進(jìn)而對(duì)上述路面病害各檢測(cè)參數(shù)（彎沉-SSI、路況PCI、結(jié)構(gòu)層類(lèi)型、結(jié)構(gòu)層厚度、芯樣密度、水穩(wěn)結(jié)構(gòu)完整性、可成型試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度）進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，進(jìn)而提出合適的路面加固維護(hù)方案。

1 舊路評(píng)估內(nèi)容及數(shù)據(jù)

1.1 道路承載力分析

路面結(jié)構(gòu)承載能力采用貝克曼梁檢測(cè)法，使用標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100的汽車(chē)實(shí)測(cè)路表彎沉，荷載標(biāo)準(zhǔn)車(chē)后軸重10 t，對(duì)半剛性基層結(jié)構(gòu)采用5.4 m的彎沉儀。瀝青路面強(qiáng)度采用強(qiáng)度指數(shù)作為評(píng)定指標(biāo)。

（1）路段彎沉平均值計(jì)算見(jiàn)式（1）：

式中：N為測(cè)點(diǎn)數(shù)；Li為i點(diǎn)彎沉值。

（2）彎沉標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算見(jiàn)式（2）：

路段的代表彎沉lr按式（3）計(jì)算：

（3）路面強(qiáng)度指數(shù)(SSI)按式（4）計(jì)算：

采用路面狀況指數(shù)（SSI）評(píng)價(jià)，將路面質(zhì)量分為優(yōu)、良、中、次、差5個(gè)等級(jí)。既有路面公路等級(jí)二級(jí)，全線上行下行測(cè)試點(diǎn)數(shù)各為522個(gè)，經(jīng)檢測(cè)歸納上行代表值 129（0.01 mm），SSI值為 4.2；下行代表值 98（0.01 mm），SSI為 3.2，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

1.2 路面損壞檢測(cè)

路面損壞用路面損壞狀況指數(shù)（PCI）評(píng)價(jià)，PCI按式（5）、式（6）計(jì)算：

圖1 泉州晉江大橋市區(qū)連接線永久路面改造工程（單位：cm）

表1 既有路面結(jié)構(gòu)分段承載能力評(píng)定表

式中：DR為路面破損率，為各種損壞的折合損壞面積之和與路面調(diào)查面積之百分比，%；Ai為第i類(lèi)路面損壞的面積，m2；A為調(diào)查的路面面積（調(diào)查長(zhǎng)度與有效路面寬度之積，m2）；wi為第i類(lèi)路面損壞的權(quán)重；a0為瀝青路面采用 15.00；a1為瀝青路面采用 0.412；i為考慮損壞程度（輕、中、重）的第i項(xiàng)路面損壞類(lèi)型；i0為包含損壞程度（輕、中、重）的損壞類(lèi)型總數(shù)。

瀝青路面根據(jù)路面破損情況可將路面質(zhì)量分為優(yōu)、良、中、次、差 5個(gè)等級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表2、表3，可以看出上行路面技術(shù)狀況調(diào)查指數(shù)為53.3，綜合評(píng)級(jí)為中，等級(jí)評(píng)定為差的兩端均在此方向，下行為56.8，綜合評(píng)級(jí)為中。

1.3 既有路面結(jié)構(gòu)調(diào)查及芯樣室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)

按數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理本次調(diào)查采用隨機(jī)取樣選點(diǎn)法，這是一種在路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定時(shí)決定測(cè)定區(qū)間、測(cè)定斷面、測(cè)點(diǎn)位置的方法。該工程采用隨機(jī)選點(diǎn)結(jié)合各橋梁間分段選點(diǎn)的方法，依據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG E60—2008)附錄A公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試隨機(jī)選點(diǎn)方法。

既有路面以瀝青面層（包括細(xì)粒徑、粗粒徑)、基層分類(lèi)歸納來(lái)反映客觀實(shí)際情況，計(jì)算路面實(shí)測(cè)厚度與設(shè)計(jì)厚度之差，見(jiàn)式（7），不足設(shè)計(jì)厚度為負(fù)，大于設(shè)計(jì)厚度為正，計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表4。

式中：T1i為路面的實(shí)測(cè)厚度，mm；T0i為路面的設(shè)計(jì)厚度；mm；△Ti為路面實(shí)測(cè)厚度與設(shè)計(jì)厚度的差值，mm。

瀝青面層設(shè)計(jì)厚度值分細(xì)瀝青（30 mm）、粗瀝青（80 mm），水穩(wěn)基層分水穩(wěn)上基層（150 mm）和水穩(wěn)下層（300 mm）。既有路面因軟弱路基多次修補(bǔ)導(dǎo)致面層結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，鉆芯工作和路面病害調(diào)查也能反映路面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。將既有路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值以面層、基層分類(lèi)歸納來(lái)反映客觀實(shí)際情況，其上行方向?yàn)r青混凝土修補(bǔ)面層（以細(xì)粒層瀝青為主）檢測(cè)值為65 mm，水穩(wěn)上、下基層（有部分舊路瀝青或舊水穩(wěn)基層組成）檢測(cè)值為334 mm，而下行方向?yàn)r青混凝土面層（細(xì)粒層、粗粒層）為91 mm，水穩(wěn)上、下基層共350 mm，數(shù)據(jù)見(jiàn)表4.

表2 技術(shù)狀況調(diào)查指數(shù)（PCI）表

表3 泉州晉江大橋市區(qū)連接線既有路面破損狀況等級(jí)綜合評(píng)定匯總表

表4 既有路面結(jié)構(gòu)層厚度平均值

1.4 既有路面水穩(wěn)基層完整性觀測(cè)及可加工芯樣強(qiáng)度試驗(yàn)

既有路面鉆取的水泥穩(wěn)定材料芯樣帶回試驗(yàn)室加工成型，成型后的圓柱體芯樣（高徑比1∶1，150 mm或100 mm），計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)。

芯樣試件抗壓試驗(yàn)的操作參照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 057—94）中無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，無(wú)側(cè)限壓強(qiáng)度值按式（8）計(jì)算

從路面病害調(diào)查統(tǒng)計(jì)及大面積的破損修補(bǔ)可以看出，既有路面破損后多次修補(bǔ)會(huì)導(dǎo)致面層結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，這在本次的既有路面結(jié)構(gòu)鉆芯工作中得以反映，表5反應(yīng)了既有路面鉆芯水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層目測(cè)完整率，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表6。

表5 既有路面鉆芯水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層目測(cè)完整性

表6 既有路面鉆芯部分可加工芯樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度匯總表

從路面鉆芯取樣來(lái)看，可供檢測(cè)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的芯樣和水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層完整性匯總表來(lái)看，只有半數(shù)左右的樣品水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層是完整的，其中上基層完整性稍好，下基層呈松散狀未結(jié)成板塊狀。

1.5 既有路面（鉆芯法）測(cè)定瀝青面層密度試驗(yàn)與計(jì)算

當(dāng)一次鉆孔取得的芯樣包含有不同層位的瀝青混合料時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)組合情況用切割機(jī)將芯樣沿各層結(jié)合面鋸開(kāi)分層進(jìn)行測(cè)定，瀝青面層密度見(jiàn)式（9）、式（10），表7是密度結(jié)果匯總。

式中：γf為用表干法測(cè)定的試件毛體積相對(duì)密度，無(wú)量綱；ρf為用表干法測(cè)定的試件毛體積密度，g/cm3；ρw為常溫水的密度，≈1 g/cm3。

表7 既有路面（晉江大橋—鵬青路）結(jié)構(gòu)層芯樣毛體積密度

1.6 路基技術(shù)狀況（SCI）

路基技術(shù)狀況用路基技術(shù)狀況指數(shù)（SCI）評(píng)價(jià)，按式（11）計(jì)算。

式中：GDISCI為第i類(lèi)路基損壞的總扣分，最高分值為100；wi為第i類(lèi)路基損壞的權(quán)重；i為路基損壞類(lèi)型。

對(duì)泉州晉江大橋市區(qū)連接線既有路面破損狀況等級(jí)進(jìn)行評(píng)定統(tǒng)計(jì)，上行路基技術(shù)狀況指數(shù)為20，下行為24，發(fā)現(xiàn)路面多處出現(xiàn)邊坡坍塌，排水系統(tǒng)淤塞，部分無(wú)排水邊溝和急流槽，就破損狀況直觀來(lái)看，既有路面全線缺乏完善可使用的排水設(shè)施是導(dǎo)致路面路基損害的直接原因。

2 現(xiàn)狀分析

各結(jié)構(gòu)層現(xiàn)狀分析可以看出，既有路面面層結(jié)構(gòu)基本類(lèi)型為砂墊層+水穩(wěn)基層+上拌下貫式瀝青路面。瀝青貫入式路面的厚度宜為40～80 mm，采用上拌下貫入式瀝青路面時(shí)拌和層厚度宜為25～40 mm，其總厚度宜為70～100 mm。本次調(diào)查瀝青面層實(shí)測(cè)厚度總評(píng)大于設(shè)計(jì)厚度，瀝青面層路況調(diào)查路面多處修補(bǔ)，損害嚴(yán)重，鉆芯調(diào)查部分路段下還有舊路瀝青面層和水穩(wěn)層，說(shuō)明此路段有多次修補(bǔ)改建的歷史。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：既有路面承載能力不足（彎沉值過(guò)大）；瀝青面層的各類(lèi)病害，多次修補(bǔ)改建歷史；水穩(wěn)基層厚度不足，基層水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層60%未結(jié)成板塊，處于松散狀態(tài)；砂墊層厚度不均；土路基多處路段無(wú)排水邊溝，既有邊溝雜草叢生，急流槽垃圾堵塞，排水不暢，雨天路面積水嚴(yán)重。這些均是導(dǎo)致道路病害損毀的重要原因。

對(duì)半剛性材料基層路面破損情況調(diào)查表明，半剛性基層瀝青路面隨著路面使用年限的增長(zhǎng)其彎沉值增大，路面結(jié)構(gòu)的破壞表現(xiàn)為縱橫向開(kāi)裂。當(dāng)路面彎沉值一般達(dá)到40（1/100 mm）以上，基層基本失去了板體性，嚴(yán)重的出現(xiàn)松散。這說(shuō)明半剛性瀝青路面的結(jié)構(gòu)破壞，很可能是基層產(chǎn)生過(guò)大拉應(yīng)力而造成基層疲勞開(kāi)裂，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂”。印證了本次調(diào)查面層破損、承載力不足，基層松散之間的相互聯(lián)系。故建議既有路面結(jié)構(gòu)、路面排水重新設(shè)計(jì)。

依據(jù)既有路面各分段路面檢測(cè)結(jié)果可以看出，路面損壞狀況（PCI）多段路面次和差，說(shuō)明路況已經(jīng)非常不好，急需修補(bǔ)。結(jié)合SSI的數(shù)值，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)（SSI）評(píng)定均為次或差，可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)道路不僅路面狀況極差，而且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也已經(jīng)不足，單純的路面修補(bǔ)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足需要，應(yīng)對(duì)路面進(jìn)行徹底翻新。

3 結(jié)論

建議對(duì)道路進(jìn)行徹底翻新，路基材料需要翻曬以降低含水率，將原有材料重新進(jìn)行壓實(shí)，并充分利用舊路原材料，將瀝青層材料粉碎后補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)層，最后再鋪設(shè)瀝青路面，最重要的是需要對(duì)道路原有排水系統(tǒng)進(jìn)行徹底清理并重新設(shè)計(jì)。