素混凝土基層在道路大修工程中的應(yīng)用研究

劉勇

(上海市政交通設(shè)計研究院有限公司,上海市 200030)

素混凝土基層在道路大修工程中的應(yīng)用研究

劉勇

(上海市政交通設(shè)計研究院有限公司,上海市 200030)

在我國瀝青路面大修工程設(shè)計中,對于基層強(qiáng)度不足的位置,常用的補強(qiáng)措施是對現(xiàn)有基層進(jìn)行翻挖新建,以保證其具有足夠強(qiáng)度。由于素混凝土具有養(yǎng)護(hù)時間短、早期強(qiáng)度高、整體性好的優(yōu)點,所以通常采用其作為基層補強(qiáng)材料,但同時也存在剛度大、易產(chǎn)生反射裂縫等不足?，F(xiàn)以上海市某主干路為研究背景,分析研究素混凝土在城市道路大修中的關(guān)鍵問題,明確了素混凝土板塊出現(xiàn)斷裂、沉陷的原因,提出了針對路基排水設(shè)計、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的相應(yīng)措施。

素混凝土;基層;道路大修

0 引言

近些年來,我國城市道路設(shè)計建設(shè)迅速發(fā)展,便捷的交通聯(lián)通了城市的各功能區(qū)域,極大地促進(jìn)了城市組團(tuán)發(fā)展。許多城市道路超負(fù)荷運轉(zhuǎn),亟待大修改善交通環(huán)境。目前,我國路面大修工程設(shè)計中,對于基層強(qiáng)度不足的位置,常用補強(qiáng)措施是對現(xiàn)有基層進(jìn)行翻挖新建,以保證其具有足夠強(qiáng)度。由于大修工程需要盡早開放交通,所以通常采用素混凝土作為基層補強(qiáng)材料,不僅可以大幅節(jié)省基層材料的養(yǎng)護(hù)時間,同時素混凝土也具有強(qiáng)度高、整體性好的優(yōu)點。盡管素混凝土基層具有明顯的優(yōu)勢,但同時也存在剛度大、易產(chǎn)生反射裂縫等不足,因此在道路大修工程設(shè)計中,仍存在諸多關(guān)鍵問題值得注意。

本文以上海市某主干路大修工程為研究背景,分析研究了素混凝土在城市道路大修中的關(guān)鍵問題,明確了素混凝土板塊出現(xiàn)斷裂、沉陷的原因,提出了針對路基排水設(shè)計、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的相應(yīng)措施。

1 項目背景及建設(shè)條件

該道路等級為城市快速路,目前按高速公路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。道路中央設(shè)有16 m中央分隔帶,車道規(guī)模為單向4車道,其中內(nèi)側(cè)兩條為小型車車道,外側(cè)兩條為大型車車道。該段道路建成于1998年,2009年由于路面損壞嚴(yán)重進(jìn)行過大修改造。老路路面結(jié)構(gòu):4細(xì)+5中+6粗+1 cm 瀝青砂+40 cm粉煤灰三渣+30 cm 6%石灰土路基。

2009年的大修工程中對基層強(qiáng)度不足區(qū)域采取的基層補強(qiáng)措施為翻挖上部30 cm三渣基層后,再新建30 cm素混凝土基層進(jìn)行補強(qiáng)。

該路段的交通流量和道路荷載組成如表1所列和圖1所示。

表1 日平均車輛數(shù)據(jù)一覽表(單位:veh/d)

圖1 車型組成示意圖

從表1和圖1可以看出,該工程不僅交通量大,而且大貨、和拖掛車數(shù)量也非常多。近兩年來由于該段道路始終處于頻繁養(yǎng)護(hù)維修狀態(tài),花費了大量人力和財力,故道路管理部門決定進(jìn)行一次徹底調(diào)查和整治維修。

2 現(xiàn)狀道路檢測、調(diào)查與評價

2013年底,委托檢測單位對路面進(jìn)行了全面的調(diào)查與檢測,主要包括路面破損狀況PCI、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度PSSI及鉆芯取樣檢測。

2.1 路面破損狀況PCI檢測數(shù)據(jù)

從路面狀況調(diào)查結(jié)果看，路面整體情況較差(見表2),但外側(cè)大車道路面狀況較小車道嚴(yán)重許多,主要病害表現(xiàn)為裂縫、坑槽、沉陷、車轍等。

表2 道路路面破損狀況指數(shù)一覽表

2.2 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

對該工程也進(jìn)行了路面彎沉測試,對每個車道按照20 m間距進(jìn)行檢測,匯總結(jié)果如表3所列。

表3 彎沉檢測結(jié)果匯總分析表

從道路彎沉調(diào)查結(jié)果看,該段道路的第1、第2車道代表彎沉基本均為優(yōu)級,第3、第4車道代表彎沉基本均為次、差級,說明該工程范圍內(nèi)小車道的路面整體強(qiáng)度良好,而大車道整體強(qiáng)度較差。

現(xiàn)將此次彎沉檢測結(jié)果與該段道路上一次大修(2009年)的彎沉檢測數(shù)據(jù)相對比。具體的對比結(jié)果如表4所列。

表4 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評價對比表(2009年和2013年)

第1評定段所有車道基層前后均為三渣基層。其中第1、第2車道路面彎沉值在兩次檢測中均滿足設(shè)計要求;第3車道路面經(jīng)過5 a使用后,路面強(qiáng)度出現(xiàn)不足現(xiàn)象。

第2、第3評定段的第1、第2車道路面除個別路段強(qiáng)度不足外,目前路面強(qiáng)度保持良好;第3、第4車道路面盡管在2009年進(jìn)行了局部素混凝土基層補強(qiáng),但該次彎沉檢測結(jié)果顯示該評定段彎沉出現(xiàn)了明顯不足。

2.3 鉆芯取樣結(jié)果

此次對三渣基層和素混凝土芯樣取芯各3枚,從取芯結(jié)果看,各位置的基層厚度基本與原設(shè)計一致,素混凝土基層外觀均較為完整,僅外四車道芯樣的三渣基層出現(xiàn)了破碎現(xiàn)象。

2.4 養(yǎng)護(hù)單位了解情況

此外,也從道路養(yǎng)護(hù)單位方面了解到,該段道路近2 a來一直在頻繁地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修,損壞嚴(yán)重路段主要集中在外側(cè)三、四車道,且水損壞尤其嚴(yán)重,甚至出現(xiàn)了大面積網(wǎng)裂及翻漿病害。

圖2～圖5是養(yǎng)護(hù)單位提供的該路段近2 a的損壞嚴(yán)重時的現(xiàn)場實景。

圖2 路面沉陷和積水實景

圖3 網(wǎng)裂坑槽實景

圖4 路面翻漿實景

圖5 素混凝土基層板中碎裂實景

從圖2～圖5可以看出,該路段在最近2 a內(nèi),路面水損壞十分嚴(yán)重,并伴隨有坑槽、沉陷及翻漿現(xiàn)象發(fā)生,除現(xiàn)狀瀝青面層損壞外,下部素混凝土基層也發(fā)生碎裂。此次路面狀況調(diào)查結(jié)果并未完全反映出路面損壞的實際情況,且差別巨大。

3 問題分析

為了進(jìn)一步確定病害的成因并提出有針對性的解決方案,故要求養(yǎng)護(hù)單位在外側(cè)第四車道位置進(jìn)行了探坑開挖(見圖6～圖9)。

圖6 開挖探坑實景

圖7 素混凝土基層橫向裂縫實景

圖8 素混凝土基層內(nèi)泥漿實景

圖9 現(xiàn)狀三渣基層實景

從該段道路的路面歷史損壞情況、此次路況調(diào)查情況及探坑開挖的情況看,主要有如下幾點現(xiàn)象:

(1)路面主要病害集中在外側(cè)三車道、四車道,該段道路也是2009年大修工程中翻挖三渣基層新建素混凝土基層路段。

(2)該段道路路面曾出現(xiàn)過嚴(yán)重的路面積水現(xiàn)象,甚至出現(xiàn)網(wǎng)裂、沉陷、翻漿等嚴(yán)重病害,局部素混凝土基層出現(xiàn)了碎裂現(xiàn)象。

(3)水泥混凝土基層板塊厚度約為30 cm，與原設(shè)計基本一致;縱向側(cè)壁有明顯的混凝土裂縫及翻漿現(xiàn)象。

(4)現(xiàn)狀素混凝土板塊下的原路面剩余三渣基層(厚度約8～10 cm)已經(jīng)十分松散,不成板體,且板塊與三渣基層層間有較多滯水溢出。

(5)現(xiàn)狀土路基狀況良好。

根據(jù)以上出現(xiàn)情況,初步分析其原因,大致如下:

(1)由于該段道路的中央分隔帶寬度較大,且內(nèi)部未設(shè)置碎石盲溝,分隔帶內(nèi)部滯水由于沒有出路,沿著路面結(jié)構(gòu)層及內(nèi)部空隙滲入路面結(jié)構(gòu)層。

(2)滯留雨水沿道路橫坡通過基層層間和基層內(nèi)部空隙向路側(cè)滲流， 因道路外側(cè)綠化帶地勢較高，致使路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部滯水無法排出路面范圍，積聚于三、四車道處,而三、四車道為大型車車道,重車多,荷載大,重車荷載的反復(fù)作用形成泵吸現(xiàn)象,致使存有大量層間滯水的基層松散,沿基層裂縫形成翻漿,并造成板底脫空,進(jìn)而造成素混凝土板塊斷裂、碎裂。

(3)該段道路2009年進(jìn)行過路面大修工程,基層翻挖新建路段的剩余三渣基層也已十分松散,無法為素混凝土板塊基層提供有效支撐,且素混凝土基層橫向接縫未設(shè)置傳力桿,在車輛荷載作用下,該接縫易成為薄弱位置;在長時間荷載作用下,三渣基層和土基顆粒加上積聚的雨水一起從板塊接縫擠出,由縫中噴濺出稀泥漿。

(4)由于素混凝土基層板塊中未設(shè)置鋼筋網(wǎng),板塊在重復(fù)重載作用下產(chǎn)生斷裂、碎裂損壞,隨著時間的推移,路面瀝青混凝土面層損壞也逐漸加重,并產(chǎn)生大面積的網(wǎng)裂、沉陷,從而出現(xiàn)路面“屢修屢壞”的結(jié)果。

4 解決方案

針對以上幾個方面的可能原因,設(shè)計時,從路基排水設(shè)計和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計兩方面進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。

4.1 路基排水設(shè)計

針對目前該段水損壞嚴(yán)重的問題,其主要原因是道路路基排水系統(tǒng)不完善導(dǎo)致的。建議采取“疏導(dǎo)”措施,新設(shè)排水盲溝,將路基中的滯留積水通過盲溝引入現(xiàn)狀雨水管道排水系統(tǒng)。

4.2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對基層強(qiáng)度不足的處理方式,目前的常用方法有翻建結(jié)構(gòu)和注漿補強(qiáng)兩種?；鶎幼{補強(qiáng)的優(yōu)點是不破壞舊路的基層結(jié)構(gòu),工程造價低,且施工速度快,可在較短時間內(nèi)開放交通,但是注漿加固的施工質(zhì)量較難控制。另外,該工程的現(xiàn)狀素混凝土基層損壞已經(jīng)十分嚴(yán)重,注漿加固很難達(dá)到預(yù)期效果。

另一種方法則是采用翻除現(xiàn)狀基層,新建水泥混凝土基層的方法。連續(xù)配筋是通過在水泥基層中設(shè)置連續(xù)縱向鋼筋而避免設(shè)置橫向縮縫,克服了普通水泥混凝土路面橫縫過多的缺陷,從而大大減少了反射裂縫的發(fā)生,但不足的是費用較為昂貴?？紤]到該段道路翻挖新建區(qū)域主要位于第三、四車道,大車數(shù)量多、且軸載重,為避免素混凝土板塊板中出現(xiàn)斷裂,更好地保證道路大修后的使用質(zhì)量,設(shè)計推薦連續(xù)配筋混凝土基層。

5 結(jié)論與建議

(1)對采用素水泥混凝土進(jìn)行補強(qiáng)后,基層出現(xiàn)的病害一般為板塊斷裂,局部鉆芯取樣無法反映其真實狀況,因此不建議作為主要的判定依據(jù)。此外,應(yīng)當(dāng)重視收集道路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)等方面的資料,調(diào)查路基穩(wěn)定情況,并分析原因。

(2)采用素混凝土對道路基層進(jìn)行補強(qiáng)時,其下部的承載層(底基層或土基)應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,避免素水泥混凝土板塊由于下部結(jié)構(gòu)層原因過早出現(xiàn)斷裂和沉陷。

(3)對于地下水位較高,且大型車或重載車數(shù)量較多的路段,板塊間必須設(shè)置傳力桿或采用連續(xù)配筋措施,避免橫向接縫成為整個基層的“軟弱點”。

U418.5

B

1009-7716(2015)03-0023-04

2015-01-06

劉勇(1981-),男,山東省濰坊人,碩士,研究方向:路基、路面。