高速公路改擴建瀝青路面拼接施工技術(shù)分析

早期建設(shè)的高速公路大多為雙向四車道，難以滿足現(xiàn)代交通量的增長和社會經(jīng)濟發(fā)展的需求。為解決上述問題，通常采用兩種途徑，一是新建高速公路，二是對原高速公路進行擴容升級改造。由于新建高速公路項目投資巨大，經(jīng)濟效益有待檢驗，因此現(xiàn)階段我國高速公路多采用新、老路拼接的技術(shù)手段，緩解道路基礎(chǔ)設(shè)施落后的問題。

路面拼接形式

高速公路路面拼接指新老路面各面層、基層、底基層等沿道路縱向銜接，使道路橫斷面、縱斷面消除新老路面標(biāo)高差異，通過在拼接部位采用合理的處置措施及施工工藝，使新老路面各層結(jié)構(gòu)在拼接處具有足夠的強度，進而在幾何形態(tài)及整體結(jié)構(gòu)強度上形成一個整體。現(xiàn)階段常用拼接形式有以下三種形式：

新舊路面連接處以坡度90°進行拼接。當(dāng)新老路面采用垂直方式拼接時，接縫處應(yīng)力集中現(xiàn)象較為嚴(yán)重，集中分布在面層和基層，但下基層和底基層幾乎沒有承擔(dān)應(yīng)力作用。道路投入使用后，新舊路面拼接處易產(chǎn)生錯臺等病害，降低路面使用性能。

新舊路面連接處以一定坡度（45°至75°）拼接。新舊路面采用一定坡度拼接時，沿垂直向下應(yīng)力在接縫處左右分布較為均勻，且應(yīng)力分布面積較以垂直拼接方式大，應(yīng)力峰值減小，但在交通荷載作用下仍會產(chǎn)生輕微錯臺等病害，減少路面使用壽命。

新舊路面連接處以臺階錯縫進行拼接。當(dāng)以臺階錯縫形式拼接時，路面垂直方向應(yīng)力分散范圍更廣，應(yīng)力峰值減小，基層和底基層承擔(dān)一定荷載，且投入使用后路面接縫處黏結(jié)良好，未出現(xiàn)重大病害，大大提高路面結(jié)構(gòu)整體強度。

工程實例

工程概況

某高速公路始建于2003年，雙向四車道，設(shè)計時速120km，路基寬度為26m，年平均交通增長量均大于10%。為提升道路通行能力，經(jīng)多方科學(xué)論證決定對該高速公路進行改擴建工程。新舊路面結(jié)構(gòu)形式如表1所示。

基于《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20-2015）對舊有路面進行路面使用性能評價，其結(jié)果如表2所示。

由表2可知，路面損壞狀況指數(shù)較差，其中路面出現(xiàn)大面裂縫、車轍、麻面等病害，需對面層銑刨、重新鋪筑，但路面結(jié)構(gòu)強度仍處于優(yōu)良狀態(tài)，故可保留一部分原有基層，節(jié)約施工成本。針對舊有路面病害處置方案如表3所示。

施工工藝

舊有路面面層銑刨。銑刨時應(yīng)充分利用原路面結(jié)構(gòu)材料以節(jié)約施工成本，各層結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求形成臺階錯縫，為保證其壓實度，搭接寬度宜小于兩米。銑刨過程中應(yīng)注意以下問題：分層銑刨原路面各層結(jié)構(gòu)以充分利用舊有路面材料；為減少對路面使用性能影響，施工過程中應(yīng)做好防水措施避免施工用水滲入原路面結(jié)構(gòu)。

基層拼接施工。拼接尺寸與標(biāo)高是基層拼接時的兩個控制要點?；鶎雍穸瘸^20cm時宜采用兩層拼接鋪筑。上下基層標(biāo)高根據(jù)一側(cè)的拼接臺頂部與另一側(cè)硬路肩邊緣的高度確定。當(dāng)加寬路基基層厚度小于40cm時，若原路面基層厚度大于25cm時，加寬路段基層應(yīng)按平均厚度分兩層施工，若原路面基層厚度在20cm左右，上面層按照20cm施工，下基層厚度為加寬段基層總厚度減去上基層厚度；若原路面基層厚度大于22cm小于25cm，基層厚度平均分為上下兩層鋪筑，為保證基層施工厚度，臺階處寬度應(yīng)大于25cm。對基層進行土工格柵修筑后再噴灑一層粘層油即可。

中下面層施工。為保證下面層寬度及標(biāo)高與設(shè)置一致，加寬路面下面層為路面設(shè)計寬度減去下面層所占之差，外側(cè)加寬段下面層上部標(biāo)高為硬路肩邊部標(biāo)高與加寬段上、中面層的厚度和之差。施工時采用兩臺攤鋪機前后間隔3m至5m聯(lián)合攤鋪，一臺攤鋪機外側(cè)沿縱向鋼絲控制方向進行攤鋪，鋼絲布置的基準(zhǔn)面以設(shè)計高程為準(zhǔn)，內(nèi)測采用橫坡儀限制，另一臺攤鋪機攤鋪時兩側(cè)均采用縱坡儀限制，內(nèi)測為下面層頂部標(biāo)高的基準(zhǔn)面。中面層施工同上。

上面層施工。上面層攤鋪寬度即為路面設(shè)計寬度，采用三臺攤鋪機前后間隔3m至5m呈梯形先后攤鋪。對于超車道標(biāo)高調(diào)整及病害維修等特殊路面務(wù)必在上面層施工前全部結(jié)束，確保拓寬路段與原路面形成一個連續(xù)平整的基準(zhǔn)面。

接縫處理。為保證接縫處平整密實，需提前在接縫內(nèi)側(cè)涂抹乳化瀝青粘層油，防止接縫處瀝青混凝土出現(xiàn)粒料剝落現(xiàn)象。碾壓時應(yīng)距離接縫處35cm至50cm處由外之內(nèi)機械壓實，避免瀝青層產(chǎn)生推移破壞。

表1 新舊路面結(jié)構(gòu)表

表2 舊有路面使用性能評價

最佳臺階寬度

基于《瀝青混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，新舊路面拼接宜采用搭接形式，搭接寬度宜大于0.3m，為分析不同搭接寬度下路面力學(xué)響應(yīng)，本文鋪筑1km試驗段，根據(jù)新舊路面結(jié)構(gòu)建立有限元模型計算分析。

表3 舊有路面病害處置方案

拉應(yīng)力分析。不同搭接寬度下中面層所承受的最大拉應(yīng)力，路面設(shè)置搭接寬度后最大拉應(yīng)力較不設(shè)搭接寬度大幅減小，隨著搭接寬度增大，中面層最大拉應(yīng)力出現(xiàn)小幅增長現(xiàn)象。不設(shè)搭接寬度中面層最大拉應(yīng)力約為設(shè)搭接寬度的2倍，搭接寬度為300cm時最大拉應(yīng)力較搭接寬度為30cm時僅增長15%。這是因為不設(shè)搭接寬度會導(dǎo)致在接縫位置出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，隨著搭接寬度的增加，應(yīng)力集中現(xiàn)象有所緩解。

剪應(yīng)力分析。不同搭接寬度下中面層所承受的最大剪應(yīng)力。路面設(shè)置搭接寬度后，中面層所受最大剪應(yīng)力較不設(shè)搭接寬度路面顯著減小，最大剪應(yīng)力隨著搭接寬度的增大而不斷減小。搭接寬度為0.3m、1.2m、3.0m時中面層最大剪應(yīng)力值較搭接寬度為0cm時分別減少了9.7%、17%、18.1%。這是因為設(shè)置搭接寬度后有效減少應(yīng)力集中顯現(xiàn)，路面基層承擔(dān)了較高水平的剪應(yīng)力，且隨搭接寬度增大，應(yīng)力分布更加均勻。搭接寬度的增大對改善路面的應(yīng)力狀態(tài)的貢獻不突出。