公路橋梁過渡段路面壓實度的變異性與施工控制技術

(成都理工大學 工程技術學院,四川 樂山 614007)

0 引言

公路橋梁過渡段路基路面壓實度不足是既有公路常見的病害之一，當壓實度不足時，在長期行車荷載和土體自重作用下，既有道路和橋梁之間會產(chǎn)生高差[1-4]。與此同時，瀝青路面和路基壓實度不足時往往容易產(chǎn)生車轍、路面開裂、坑槽等病害，從而使得瀝青路面透水性增大，地表徑流更容易進入路基，使得原本施工質(zhì)量沒問題的路基遭受水害[5-6]。壓實度的變異系數(shù)是將道路壓實度原始數(shù)據(jù)的標準差與其平均數(shù)相比，更能體現(xiàn)這一段道路的壓實度狀況[7-9]。為此，本文以某高速公路為例，首先對其瀝青壓實度的變異性進行了分析，然后針對壓實度變異性的控制措施進行分析。

1 工程概況

A高速公路為雙向四車道道路，道路路面采用瀝青混凝土鋪筑，面層結構分上中下3層，依次為：4 cm的SBS改性瀝青抗滑表層、4 cm的細粒式瀝青混凝土和5 cm的中粒式瀝青混凝土，總厚度13 cm。該道路于2014年7月建成并開通運營，本文選取目標路段通行車輛以小型客車為主，2軸及以上黃牌貨車占比約27.4%。

由圖1所示公路橋梁過渡段現(xiàn)場實景圖可見，過渡段道路路面上出現(xiàn)了較為明顯的車轍和局部下陷，該路段路基為砂卵石路基，承載能力良好，現(xiàn)場實測也表明該路段道路路基狀況良好，路面車轍等病害主要由本段道路路基路面壓實度不足且局部差異性較大所致。

2 瀝青路面壓實度變異性分析

2.1 壓實度對過渡段路面的影響

瀝青路面壓實度不足時，可能引起的常見病害有水害和路面結構變形2種，這2種病害均會嚴重影響道路的使用性能和安全性能[10-13]。

其中水害主要指的是，外界水進入到道路結構中，使得道路結構不能按設計狀態(tài)承受上部結構和行車荷載，當路面壓實度不足時，瀝青路面結構中的含氣率和空隙率增大，導致外界環(huán)境中的水透過道路面層進入到基層甚至路基中，對基層和路基造成損壞，在行車荷載作用下，道路基層和路基結構不斷受到動力沖刷作用，進而細集料不斷被帶出，粗骨料之間也不斷受到摩擦作用，道路結構逐漸被破壞，承載能力下降,進而公路橋梁過渡段道路結構出現(xiàn)沉降變形[14]。

路面結構的變形主要表現(xiàn)為瀝青面層側向流動和壓密下沉，道路面層自身壓實度不足時，在行車荷載作用下，相比于輪跡周圍的路面，輪跡處的面層結構不斷被壓實而出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，同時，車輪也會擠壓下方的瀝青混合料，使其產(chǎn)生側向流動，進一步加重車轍等病害。相比于水害引起的道路結構整體沉降，這一變形較小，但由于高速公路上行車速度較快，為保障行車安全和舒適性，高速公路橋梁過渡段對這一變形也應該予以足夠的重視[15]。

2.2 本工程壓實度變異性分析

首先在既有道路上選取道路狀況良好的路段，并隨機選取10個位置作為對壓實度進行測試，并求得相應的變異系數(shù)，以作為對道路狀況較差的過渡段壓實度分析的對比值，見表1。其中，變異系數(shù)為路面壓實度實測值的標準差與其平均值的比值，變異系數(shù)可以更好地體現(xiàn)壓實度實測值的離散程度，結合標準差、平均值，能更加客觀地體現(xiàn)出兩組數(shù)據(jù)之間的差別。

表1 道路狀況良好段的壓實度數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table1 Compactiondatastatisticsofgoodroadconditionsec-tion樣本數(shù)量最大值/%最小值/%壓實度標準差平均值變異系數(shù)/%1098.896.20.5297.330.53

在既有公路橋梁過渡段路面上選取20個位置作為樣本，鉆取芯樣對其瀝青路面的壓實度進行測試，并對其變異系數(shù)進行求解，得到測試及計算結果見表2所示。

表2 過渡段瀝青路面壓實度測試及分析Table1 Testingandanalysisofcompactnessofasphaltpave-ment樣本編號壓實度實測值/%壓實度標準差平均值變異系數(shù)/%YSD-195.4YSD-294.7YSD-398.4YSD-497.3YSD-595.2YSD-694.6YSD-787.4YSD-8100.3YSD-997.4YSD-1089.53.3394.693.52YSD-1194.2YSD-1294.6YSD-1394.8YSD-1491.3YSD-1598.3YSD-1692.1YSD-1795.1YSD-1889.6YSD-1995.3YSD-2098.2

比較表1和表2分別列出的路況良好段和本工程所研究過渡段路面壓實度實測值和變異系數(shù)，可以得到如下結論：

a.路況良好段路面壓實度最大值和最小值分別為98.8%和96.2%，壓實度平均值和變異系數(shù)分別為97.33%和0.53%，滿足瀝青路面施工規(guī)范中對瀝青路面壓實度的相關要求。

b.公路橋梁過渡段路面壓實度相對較低，平均僅為94.69%，最大值和最小值分別為100.3%和87.4%，變異系數(shù)高達3.52%，可見該位置壓實度不滿足瀝青路面施工規(guī)范中對瀝青路面壓實度的相關要求，且不同位置壓實度的差異也比較大。

c.考慮到本次試驗選取的過渡段較短，施工引起的壓實度差異不會太大，故推斷壓實度變異系數(shù)較大的原因主要是因為本段瀝青路面壓實度不夠，運營期間在行車荷載作用下，輪跡處路面不斷被壓實且瀝青面層出現(xiàn)向兩側流動；而車輪不能到達處路面的壓實度不會有太大變化。

d.比較兩段道路的瀝青路面壓實度可見，過渡段壓實度平均值明顯低于路況良好段，同時其變異系數(shù)遠大于路況良好段，這與兩段道路的實際狀況相符合，可見用平均值結合變異系數(shù)作為瀝青路面壓實度的評價指標是切實可行的。

3 路面壓實度施工控制技術

3.1 影響路面壓實度的因素

在本公路橋梁過渡段，路基狀況良好，原施工單位的瀝青面層壓實方案如表3所示。

相鄰段道路施工經(jīng)驗表明，上述道路面層壓實方案是完全可以滿足要求的，但壓實度出現(xiàn)當前均值偏小和變異系數(shù)過大等情況，排除路面壓實中人為誤差等因素，其可能的原因如下：

a.壓路機行進速度過快：壓實速度過快是導致道路面層壓實度不足最為常見的原因，無論采取何種形式的壓路機，在壓實遍數(shù)相同的情況下，壓路機行進速度越大，路面的壓實效果就越差。

b.基層表面平整度較差：在對道路面層進行壓實時，如果道路基層上表面平整度較差，會造成瀝青材料鋪筑時面層結構存在厚度不均勻的狀態(tài)，這一現(xiàn)象勢必將會導致面層材料鋪筑厚度不一，厚度較小的位置承受壓路機荷載更大，壓實效果也最好，而面層材料厚的地方，承受壓路機的荷載較小，壓實度也會偏??；這一現(xiàn)象將使得面層結構壓實度變異系數(shù)增大。

表3 原道路面層壓實方案Table3 Compactionschemeoforiginalroadsurface名稱初壓復壓終壓上面層鋼輪壓路機靜壓;1遍鋼輪壓路機振動壓實;2遍20t膠輪壓路機壓實;6遍鋼輪壓路機靜壓;1遍中面層鋼輪壓路機靜壓;1遍鋼輪壓路機振動壓實;2遍20t膠輪壓路機壓實;6遍鋼輪壓路機靜壓;1遍下面層鋼輪壓路機靜壓;1遍鋼輪壓路機振動壓實;3遍25t膠輪壓路機壓實;1遍鋼輪壓路機靜壓;1遍

c.碾壓溫度不當：瀝青混合料的流動性與其溫度密切相關，當溫度相對較低時，流動性下降，導致壓實效果嚴重變差，只有在適當?shù)臏囟认聣簩崟r，瀝青混合料面層才能獲得最佳的壓實效果。

3.2 施工控制技術

a.保證各面層結構厚度：道路面層施工需要經(jīng)過卸料、攤鋪和碾壓等過程，所有工序都會引起瀝青混合料溫度的降低，適當增加面層結構的厚度，能有效地防止熱量過多的流失，保證壓實效果，保溫效果變好后能為各工序爭取更多時間，在此基礎上適當加長攤鋪段，做到保質(zhì)保量且經(jīng)濟合理。但是，面層結構的厚度不能太厚，太厚無法滿足設計要求、成本會提升且會影響壓實效果。

b.嚴格按照試驗確定的壓實方案進行碾壓：壓路機的選取、碾壓速度等必須通過試驗確定，施工過程中應該加強管理和控制，保證經(jīng)過試驗確定的壓實方案在實際工程得以落實。

c.提高基層表面平整度：面層瀝青混合料攤鋪前，必須對既有已經(jīng)壓實處理過的基層進行檢測，確保其平整度滿足面層攤鋪要求，當存在平整度較差情況時，嚴禁采用薄層貼補的方案對其進行找平，嚴格按照相關的技術規(guī)范對基層表面平整度進行修復。

d.嚴格把控碾壓時瀝青混合料溫度：施工技術人員必須掌握面層施工時每個工序的大致耗時和瀝青混合料的降溫時間曲線，及時調(diào)整施工進度，確?；旌狭夏雺簳r的溫度不低于規(guī)范要求的最低碾壓溫度，保證面層壓實度不因混合料溫度過低而受到影響。

4 結論

本文以某雙向四車道的高速公路橋梁過渡段為例，首先對既有瀝青路面壓實度檢測數(shù)據(jù)及其變異性進行了介紹，然后就本道路實際情況，對壓實度的影響因素進行分析，最后針對各影響因素，提出了相應的施工控制措施。得到主要結論如下：

a.該過渡段路面壓實度平均僅為94.69%，其最大值和最小值分別為100.3%和87.4%，變異系數(shù)高達3.52%，考慮到本次試驗選取的過渡段較短，施工引起的壓實度差異不會太大，故推斷壓實度變異系數(shù)較大的原因主要是因為本段瀝青路面壓實度不夠，運營期間在行車荷載作用下，輪跡處路面不斷被壓實且瀝青面層出現(xiàn)向兩側流動，而車輪不能到達處路面的壓實度不會有太大變化。

b.引起本段道路壓實度不足且變異系數(shù)較大的主要原因有壓路機行進速度過快、道路基層表面平整度較差和瀝青混合料碾壓時溫度過低等。

c.針對上述壓實度不足和變異系數(shù)較大等問題，可以在施工期間從保證各面層結構厚度、嚴格按照試驗確定的壓實方案進行碾壓、提高道路基層表面平整度和確保碾壓時瀝青混合料溫度不低于設計值等4個方面予以控制。