高緯度季凍地區(qū)高速公路改擴(kuò)建工程路面設(shè)計(jì)方案

陳連海

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

1 概述

高速公路改擴(kuò)建工程路面設(shè)計(jì)方案主要包括新建路面設(shè)計(jì)、舊路面改善設(shè)計(jì)、新舊路面拼接設(shè)計(jì)、舊路銑刨料利用、新舊路面結(jié)構(gòu)的排水系統(tǒng)完善五部分。而且路面改擴(kuò)建設(shè)計(jì)方案應(yīng)考慮施工組織安排，設(shè)計(jì)方案應(yīng)與保通方案相輔相成，滿足保通需求。其中舊路面改善設(shè)計(jì)和新舊路面拼接設(shè)計(jì)是改擴(kuò)建路面設(shè)計(jì)方案的重中之重。

舊路面的改善設(shè)計(jì)主要針對(duì)改擴(kuò)建后的1、2車道，由于多為小型車輛通行，在交通量計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮設(shè)計(jì)當(dāng)量軸次的折減，以達(dá)到舊路的充分利用，確保設(shè)計(jì)方案合理、經(jīng)濟(jì)。舊路改善設(shè)計(jì)前應(yīng)綜合原路面設(shè)計(jì)、使用和養(yǎng)護(hù)情況，以及舊路現(xiàn)狀調(diào)查，充分利用舊路，對(duì)舊路采取對(duì)應(yīng)的病害處理和補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中應(yīng)采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，考慮舊路狀況的發(fā)展變化[1]。

新舊路面拼接設(shè)計(jì)是體現(xiàn)高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)精細(xì)化程度的關(guān)鍵所在，它本身是改擴(kuò)建后路面最薄弱的部分，設(shè)計(jì)是否合理直接影響路面的使用壽命。由于高緯度季凍地區(qū)的氣候特點(diǎn)[2]，拼接縫設(shè)計(jì)應(yīng)考慮溫縮、凍脹、不均勻沉降等因素，注意拼接縫位置等，設(shè)計(jì)中應(yīng)增加精細(xì)化施工的要求，保證路面拼接處路面施工質(zhì)量。

作者結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)例，對(duì)舊路改善設(shè)計(jì)和新舊路面拼接設(shè)計(jì)中需要注意的環(huán)節(jié)進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)該工程的路面設(shè)計(jì)方案進(jìn)行介紹。

2 舊路情況以及現(xiàn)場(chǎng)問題分析

舊路設(shè)計(jì)情況收集是在進(jìn)行路面改擴(kuò)建設(shè)計(jì)前，首先應(yīng)掌握的重要資料，案例項(xiàng)目的舊路面設(shè)計(jì)情況如下：

原路面結(jié)構(gòu)：面層4cmSMA-16+5cm AC-20+6cmAC-25；基層28/25cm石灰粉煤灰粒料；底基層20/30cm石灰粉煤灰土。原設(shè)計(jì)的基層和底基層為二灰結(jié)合料穩(wěn)定基層，與目前慣用的水泥結(jié)合料穩(wěn)定基層相比有所差別，在抗疲勞破壞和抗凍脹方面表現(xiàn)較差，二灰結(jié)合料穩(wěn)定基層對(duì)環(huán)境影響比較敏感。

舊路面現(xiàn)狀調(diào)查主要包括舊路彎沉檢測(cè)、舊路病害調(diào)查以及舊路養(yǎng)護(hù)情況等，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段對(duì)舊路進(jìn)行了全面調(diào)查，但在施工前對(duì)路面復(fù)查發(fā)現(xiàn)舊路狀況進(jìn)一步發(fā)展變化，具體情況如下：

(1)舊路彎沉檢測(cè)。舊路彎沉代值是舊路結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的重要參數(shù)，是舊路改善設(shè)計(jì)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。根據(jù)研究[3]，瀝青路面彎沉值隨通車時(shí)間先減小至最小值，之后逐漸加大。彎沉值在前期變化明顯，后期增加相對(duì)緩慢。本項(xiàng)目施工期間，通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)彎沉值普遍大于設(shè)計(jì)階段調(diào)查數(shù)值，并且彎沉值離散性較大，測(cè)量數(shù)值的可復(fù)現(xiàn)性差，這與之前研究提出的彎沉變化規(guī)律也基本一致。經(jīng)分析本項(xiàng)目通車已17年，已經(jīng)超出了瀝青路面的設(shè)計(jì)使用年限，其路面材料已經(jīng)老化。在改擴(kuò)建設(shè)計(jì)和施工過程中舊路一直處于通車狀態(tài)，同時(shí)舊路面也未進(jìn)行有效養(yǎng)護(hù)，造成路面強(qiáng)度急劇降低。另外，原路運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)，期間進(jìn)行過多次維修和病害處理，原路結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度均存在一定的不均勻性，導(dǎo)致了彎沉值復(fù)現(xiàn)性差和離散性較大。

(2)舊路病害調(diào)查。該項(xiàng)目路面病害主要以縱橫縫、龜裂、沉陷及坑槽為主，施工過程中發(fā)現(xiàn)舊路縱向裂縫發(fā)展較快，裂縫變大并出現(xiàn)不同程度新增縱向裂縫。路面縱縫成因復(fù)雜，經(jīng)分析主要原因是舊路老化且缺乏養(yǎng)護(hù)，季凍地區(qū)路面受凍脹、溫縮影響，以及舊路基層既有裂縫或維修施工縫反射，加之施工重載車輛等，多重因素相互作用的結(jié)果。

(3)舊路養(yǎng)護(hù)情況調(diào)查。根據(jù)養(yǎng)護(hù)資料，本項(xiàng)目于2014年和2015年對(duì)路面進(jìn)行過維修養(yǎng)護(hù)，維修方案均以罩面為主，雙層維修和三層維修為輔。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)間為2016年，與維修養(yǎng)護(hù)完成時(shí)間非常接近，調(diào)查期間的路面相對(duì)完好，很多舊路病害被掩蓋無法發(fā)現(xiàn)。

(4)新舊路面拼接縫施工過程中出現(xiàn)的問題。由于本項(xiàng)目基層為二灰碎石和二灰土穩(wěn)定基層，設(shè)計(jì)拼接位置臺(tái)階寬度為50cm，且按原路結(jié)構(gòu)層厚度銑刨臺(tái)階(見圖1)。

圖1 路面拼接臺(tái)階

該方案拼接位置臺(tái)階處于行車道輪跡帶區(qū)域，不符合規(guī)范要求[4]，影響后期路面使用壽命。而且因?yàn)榕_(tái)階過寬，施工機(jī)械容易對(duì)已完成的臺(tái)階造成破壞，另外由于舊路床需要緊貼臺(tái)階垂直下挖1.2m再重新填筑，施工時(shí)極易擾動(dòng)臺(tái)階下的原有路床從而出現(xiàn)坍塌脫空問題，造成該位置路床壓實(shí)度不足，在之后碾壓臺(tái)階上的新鋪基層時(shí)會(huì)因不均勻變形而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。同時(shí)二灰粒料基層長(zhǎng)期暴露受水溶凍脹影響，也容易發(fā)生破損現(xiàn)象(見圖2)，以上這些問題都會(huì)影響后續(xù)拼接施工。

圖2 臺(tái)階現(xiàn)場(chǎng)情況

而且新舊路面拼接處始終無法避免施工縫的存在，多處新舊路面拼接位置出現(xiàn)施工縫開裂問題(見圖3)。經(jīng)分析主要原因是，該工程地處高緯度季凍地區(qū)，凍脹、溫縮影響較大，且本項(xiàng)目為重要運(yùn)輸大通道，保通壓力大，施工工期較短，大部分路段的路基和路面均為當(dāng)年施工，也很難完全消除不均勻沉降影響。

圖3 新舊路面拼接縫開裂

結(jié)合以上對(duì)舊路變化情況和影響因素的分析，作者認(rèn)為舊路改善設(shè)計(jì)和新舊路面拼接設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)舊路情況采取動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，保證設(shè)計(jì)方案的合理性。

3 舊路改善設(shè)計(jì)方案介紹

結(jié)合舊路現(xiàn)狀，應(yīng)對(duì)原舊路改善設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。舊路改善設(shè)計(jì)包括舊路補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)和舊路病害處理，調(diào)整后采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論，其關(guān)鍵是施工前對(duì)舊路狀況進(jìn)行逐段調(diào)查分析。路面動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是基于施工時(shí)路面情況進(jìn)行判斷，此時(shí)路線平縱設(shè)計(jì)和橋涵構(gòu)造物已基本完成，故不宜采取繼續(xù)加鋪路面、抬高縱斷的方式調(diào)整設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)主要采取逐段進(jìn)行分層調(diào)查、分層處理的方案。

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)主要分以下幾步，首先設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)，計(jì)算路面結(jié)構(gòu)，確定路面結(jié)構(gòu)組合和路面加鋪層厚；另外舊路加鋪方案要結(jié)合舊路彎沉和病害檢測(cè)情況，按舊路彎沉值和病害分別設(shè)計(jì)路面加鋪方案；然后分析舊路彎沉值，設(shè)置彎沉控制值，將舊路加鋪方案按舊路彎沉值歸類，并結(jié)合舊路病害情況對(duì)舊路逐段設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)方案；最后施工期對(duì)舊路彎沉和病害情況逐段重新檢測(cè)，根據(jù)復(fù)測(cè)彎沉代表值和病害情況核查路面加鋪方案，形成最終的加鋪方案。

根據(jù)以上原則本項(xiàng)目的舊路改善設(shè)計(jì)方案如下。

3.1 當(dāng)原路面層頂彎沉代表值L0(1/100mm)≤29時(shí)(圖4)

圖4 原設(shè)計(jì)L0(1/100mm)≤29的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方案圖

(1)設(shè)計(jì)階段采用I-1結(jié)構(gòu)，在舊路面層頂加鋪7cm AC-20+4cmSMA-13。施工期進(jìn)行復(fù)測(cè)后，滿足原設(shè)計(jì)要求或直接施工即可。如果舊路瀝青面層彎沉代表值L0(1/100mm)>29，或存在縱縫、龜裂、塊裂等較重病害，應(yīng)銑刨面層，結(jié)合基層頂面彎沉、病害進(jìn)一步分類處理。

(2)舊路面層銑刨后對(duì)舊路基層進(jìn)行復(fù)測(cè)，當(dāng)舊路基層頂彎沉代表值L0(1/100mm)≤50時(shí)，采用I-1-a結(jié)構(gòu)，在原路二灰粒料基層頂加鋪15cm ATB-25+7cm AC-20+4cm SMA-13。如果舊路基層彎沉代表值L0(1/100mm)>50，或存在縱縫、龜裂、塊裂等較重病害，應(yīng)銑刨基層，結(jié)合底基層頂面彎沉、病害進(jìn)一步分類處理。

(3)舊路基層銑刨后對(duì)舊路底基層進(jìn)行復(fù)測(cè)，當(dāng)舊路底基層頂彎沉代表值L0(1/100mm)≤80時(shí)，采用I-1-b結(jié)構(gòu)，在原路二灰土底基層頂加鋪28～31cm水泥穩(wěn)定碎石+12cm ATB-25+7cm AC-20+4cm SMA-13。當(dāng)原路二灰土頂代表彎沉值L0(1/100mm)>80時(shí)，原路按挖除新建設(shè)計(jì)。

3.2 當(dāng)原路面層頂彎沉代表值29

圖5 原設(shè)計(jì)29

(1)設(shè)計(jì)階段采用I-2結(jié)構(gòu)，在原路瀝青層上加鋪12cm ATB-25+7cm AC-20+4cm SMA-13。施工期進(jìn)行復(fù)測(cè)后，如果舊路瀝青面層彎沉代表值L0(1/100mm)>50，或存在縱縫、龜裂、塊裂等較重病害，應(yīng)銑刨面層，結(jié)合基層頂面彎沉、病害進(jìn)一步分類處理。

(2)舊路面層銑刨后對(duì)舊路基層進(jìn)行復(fù)測(cè)，當(dāng)舊路基層頂彎沉代表值L0(1/100mm)≤60時(shí)，采用I-2-a結(jié)構(gòu)，在原路二灰粒料基層頂加鋪15cm水泥穩(wěn)定碎石+12cm ATB-25+7cm AC-20+4cm SMA-13。如果舊路基層彎沉代表值L0(1/100mm)>60，或存在縱縫、龜裂、塊裂等較重病害，應(yīng)銑刨基層，結(jié)合底基層頂面彎沉、病害進(jìn)一步分類處理。

(3)舊路基層銑刨后對(duì)舊路底基層進(jìn)行復(fù)測(cè)，當(dāng)舊路底基層頂彎沉代表值L0(1/100mm)≤90時(shí)，采用I-2-b結(jié)構(gòu)，在原路二灰土底基層頂加鋪40～43cm水泥穩(wěn)定碎石+12cm ATB-25+7cm AC-20+4cm SMA-13。當(dāng)原路二灰土頂代表彎沉值L0(1/100mm)>80時(shí)，原路按挖除新建設(shè)計(jì)。

3.3 當(dāng)原路面層頂彎沉代表值50

圖6 原設(shè)計(jì)50

(1)設(shè)計(jì)階段采用I-5結(jié)構(gòu)，在原路瀝青面層上加鋪20cm 水穩(wěn)基層+12cm ATB-25+7cm AC-20+4cm SMA-13。施工期進(jìn)行復(fù)測(cè)后，如果舊路瀝青面層彎沉代表值L0(1/100mm)>80，或存在縱縫、龜裂、塊裂等較重病害，應(yīng)銑刨面層，結(jié)合基層頂面彎沉、病害進(jìn)一步分類處理。

(2)舊路面層銑刨后對(duì)舊路基層進(jìn)行復(fù)測(cè)，當(dāng)舊路基層頂彎沉代表值L0(1/100mm)≤100時(shí)，采用I-5-a結(jié)構(gòu)，在原路二灰粒料基層頂加鋪35cm水泥穩(wěn)定碎石+12cm ATB-25+7cm AC-20+4cm SMA-13。如果舊路基層彎沉代表值L0(1/100mm)>100，或存在縱縫、龜裂、塊裂等較重病害，原路按挖除新建設(shè)計(jì)。

該設(shè)計(jì)方案可盡量提供水穩(wěn)基層全斷面攤鋪條件，同時(shí)根據(jù)舊路彎沉值控制分層調(diào)整路面結(jié)構(gòu)，更加符合動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，也更加貼近于實(shí)際。施工階段要求施工單位逐層進(jìn)行彎沉驗(yàn)收，以確保每層彎沉代表值滿足加鋪上層的要求。

4 新舊路面拼接設(shè)計(jì)調(diào)整及施工精細(xì)化

針對(duì)施工過程中拼接縫出現(xiàn)的問題，對(duì)拼接縫設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了調(diào)整優(yōu)化，主要設(shè)計(jì)方案如下：

(1)調(diào)整臺(tái)階尺寸，拼接縫臺(tái)階位置盡量靠近2、3車道分界線處，基層臺(tái)階尺寸減小至25cm，滿足施工要求即可。調(diào)整拼接縫位置基本避開車輛輪跡分布范圍，具體見圖7所示。

圖7 調(diào)整后臺(tái)階方案圖

(2)舊路路床設(shè)置40cm深、65cm寬臺(tái)階，以減少舊路床受擾動(dòng)影響，并降低新舊路床不均勻沉降，二灰土底基層與新建部分底基層拼接時(shí)，水穩(wěn)底基層預(yù)留25cm，待底基層水穩(wěn)施工前，再將舊路預(yù)留部分鑿至新建底基層底標(biāo)高，避免前期施工和水溶凍脹影響。為了保證路堤邊坡臺(tái)階開挖的質(zhì)量，應(yīng)使用小型機(jī)具，必要時(shí)可以采用人工開挖。

(3)在拼接縫處設(shè)置自粘式貼縫帶，在舊路瀝青面層與新建瀝青柔性基層拼接處側(cè)面設(shè)置自粘式貼縫帶，待攤鋪高溫瀝青時(shí)，貼縫帶受高溫作用軟化從而粘性增強(qiáng)，軟化的貼縫帶能充分地與新舊瀝青融合，此方式不僅可以確保側(cè)面瀝青飽滿度和均勻性，而且施工方便耗時(shí)少，可有效避免側(cè)面污染，粘結(jié)和防水效果較好，提高了新舊拼接處的聯(lián)接強(qiáng)度。

(4)設(shè)置自粘式玻纖格柵，在全斷面攤鋪瀝青面層前，于新舊路拼接處設(shè)置自粘式玻纖格柵，增強(qiáng)拼接縫的抗拉能力，為保證玻纖格柵搭接寬度，面層臺(tái)階寬度調(diào)整為45cm，要求自粘式玻纖格柵抗裂能力應(yīng)大于80kN，玻纖格柵層間聯(lián)接好，施工易控制，可減少和延緩拼接縫縱向裂縫的出現(xiàn)。

(5)為保證基層拼接縫滿足強(qiáng)度要求，應(yīng)加強(qiáng)基層拼接縫處壓實(shí)和聯(lián)接質(zhì)量。采取措施避免攤鋪過程中豎向離析現(xiàn)象。基層搭接處施工過程中采用撒水泥漿方案，濃度控制在1∶1，主要工序?yàn)椋喝鏊酀{→攤鋪→三角區(qū)人工布料→小型壓路機(jī)初壓→接縫處回灌水泥漿→小型壓路機(jī)壓實(shí)、沖擊夯死角補(bǔ)壓→回灌水泥漿→三鋼輪壓路機(jī)終壓。同時(shí)注意降低動(dòng)載對(duì)拼接處的擾動(dòng)，增加靜載壓實(shí)使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目結(jié)合舊路現(xiàn)狀和發(fā)展變化，采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的理念，綜合考慮高緯度季凍地區(qū)公路路面改擴(kuò)建的影響因素，提出了比較貼合實(shí)際的設(shè)計(jì)方案。舊路改善設(shè)計(jì)，對(duì)舊路采用分層檢驗(yàn)分層處理的方式，為路面各結(jié)構(gòu)層全斷面攤鋪提供了條件，盡量減少了各結(jié)構(gòu)層拼接縫的存在。新舊路面拼接設(shè)計(jì)，臺(tái)階盡量避開車輛輪跡影響范圍，減弱了拼縫受荷載影響產(chǎn)生疲勞破壞的程度，設(shè)置必要的抗裂措施，可減少和延緩縱向裂縫的出現(xiàn)，有利于提高路面結(jié)構(gòu)耐久性。從現(xiàn)場(chǎng)施工后路面使用情況看，該方案符合季凍地區(qū)高速公路路面改建的實(shí)際情況，施工效果較好。

猜你喜歡

舊路新舊面層

耕讀事 新舊人

海峽姐妹(2020年10期)2020-10-28 08:08:06

常用天然改性瀝青面層材料比選

山東交通科技(2020年2期)2020-08-13 09:24:00

公路工程施工中瀝青面層連續(xù)攤鋪技術(shù)的應(yīng)用

中華建設(shè)(2019年12期)2019-12-31 06:47:10

京港澳高速公路駐信段改擴(kuò)建工程舊路車轍病害綜合分析

上海公路(2019年3期)2019-11-25 07:39:20

新舊全球化

英語文摘(2019年6期)2019-09-18 01:49:16

老屋

草原(2018年10期)2018-12-21 12:28:38

現(xiàn)有管線限制下舊路改造的困境及出路

智能城市(2018年8期)2018-07-06 01:12:14

橋梁工程中混凝土面層施工技術(shù)初探

江西建材(2018年1期)2018-04-04 05:26:16

新舊桂系決裂之變

文史春秋(2017年9期)2017-12-19 12:32:24

液化天然氣在別錫公路面層施工中的應(yīng)用

中國公路(2017年10期)2017-07-21 14:02:37

北方交通2021年8期

北方交通的其它文章

基于模擬駕駛法的金家莊特長(zhǎng)螺旋隧道行車安全性分析

張家口赤城地區(qū)尾礦料在高速公路工程中的應(yīng)用

舊路基層實(shí)測(cè)模量與設(shè)計(jì)模量的差異對(duì)路面受力影響分析

連續(xù)級(jí)配橡膠瀝青混合料路用性能試驗(yàn)研究

聚合物改性透水混凝土滲透性和強(qiáng)度的試驗(yàn)研究

遼寧省高速公路瀝青路面再生利用發(fā)展規(guī)劃與關(guān)鍵技術(shù)