淺談“白改黑”路面設(shè)計
——基于G323 章貢區(qū)梅林大橋至沙石段公路改建工程

丁新慧，劉 振

[同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司，上海市 200092]

1 舊水泥路面改造技術(shù)概述

目前針對舊水泥路面的處置方法集中在白改黑、白加黑、挖除新建3 種[1]。

（1）白改黑?！鞍赘暮凇奔词菍⑴f水泥混凝土路面破碎化作為墊層再加鋪瀝青路面的一種改造方法。碎石化是一種水泥混凝土路面破碎處治技術(shù)，與路面破碎不同之處為碎石化后顆粒粒徑小，力學(xué)模式更趨向于級配碎石，一般是在水泥混凝土路面使用期末，病害嚴重時使用較多。破碎后的處理方式有原位移除與原位利用，但移除的成本高、對環(huán)境也有不利影響，并且破碎后的水泥混凝土板塊尺寸不一，不可以再用作結(jié)構(gòu)基層或底基層，故一般原位利用的情況比較多。破碎后水泥混凝土路面強度降低，需加鋪結(jié)構(gòu)層。因該方法是對路面加鋪，需抬高高程，所以適用于對標(biāo)高限制沒有很大要求的公路改建。路面破碎化方案施工簡單，設(shè)計施工得當(dāng)時可以有效防止和延緩反射裂縫，但需要選擇合適的機械進行路面破碎，破碎過程中可能對周圍建筑物造成一定程度的影響。

（2）白加黑。當(dāng)水泥混凝土板路面檢測良好、面層結(jié)構(gòu)損壞情況和接縫傳荷能力均為優(yōu)良或中時，可對水泥混凝土板存在的裂縫、錯臺、脫空等病害進行修復(fù)后，加鋪瀝青層。這種方法造價少、對周圍環(huán)境影響小、工期短，但必須對原水泥混凝土板病害進行修復(fù)，否則容易產(chǎn)生反射裂縫。設(shè)置裂縫松弛層、設(shè)計厚的瀝青混凝土加鋪層、設(shè)置應(yīng)力吸收層等方法可以減少瀝青加鋪層的反射裂縫[2]。

（3）挖除新建。當(dāng)水泥混凝土路面破損較嚴重時，可以采取挖除新建的方法。該方法施工時間短、機械需求少，但施工工期長。適用于對道路標(biāo)高要求很高的路面設(shè)計。

老路改造方案比選表見表1。

表1 老路改造方案比選表

2 項目概述

G323 國道是1 條國家級主干道。G323 國道為江西省“十縱十橫”干線公路網(wǎng)中的“第八橫”，是贛州市中心城區(qū)連接周邊鄰省的重要公路通道，是贛州市東西向客貨運輸?shù)闹饕ǖ乐?，也是溝通江西省南部縣市，連接周邊鄰省的重要公路通道之一。G323 國道在贛州市區(qū)域段約230 km。G323 國道贛州市章貢區(qū)梅林大橋至沙石路口段改建工程，起點位于贛州市章貢區(qū)梅林大橋橋頭，終點位于規(guī)劃沙峰路與和諧大道交叉口，全長約14.09 km。本工程公路采用60 km/h 設(shè)計速度，路基寬度為24.5 m。汽車荷載為公路-I 級。

項目工程地理位置圖見圖1。

圖1 項目工程地理位置圖

3 舊路現(xiàn)狀調(diào)查

3.1 路基現(xiàn)狀

通過對老路路基的特定位置進行鉆芯取樣，可以分析判斷出原路基和基層土質(zhì)、材料種類及施工質(zhì)量、老路路面結(jié)構(gòu)組成、厚度等。

老路標(biāo)準斷面圖見圖2。

圖2 老路標(biāo)準斷面圖（單位：cm）

該段現(xiàn)狀道路為二級公路，于2003 年初開建，2005 年9 月竣工驗收。道路寬度為1.5 m（土路肩）+2.25 m（硬路肩）+7.5 m（行車道）+2.25 m（硬路肩）+1.5 m（土路肩）=15 m,為雙向2 車道。

老路經(jīng)長時間運營，沉降已基本完成，路基穩(wěn)定，全線基本沒有發(fā)現(xiàn)局部沉降現(xiàn)象。地形相對平坦，挖方高度相對較低，邊坡基本穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)塌方滑坡病害現(xiàn)象。

通過對各種路基損壞的分值進行匯總，加權(quán)平均計算，得到路基損壞狀況指數(shù)SCI，見表2。由表2可見，上行線方向路基技術(shù)狀況優(yōu)于下行線方向。

表2 路基技術(shù)狀況指數(shù)匯總表

3.2 路面現(xiàn)狀

舊水泥混凝土路面綜合評價方式分為路面表觀破損狀況評價、路面脫空狀況評價、路面板強度狀況評價。

路面表觀破損狀況評價主要是調(diào)查裂縫、角隅斷裂、交叉裂縫、板塊沉陷、錯臺、坑洞、路表波浪等。在路面調(diào)查時，需做好詳細書面記錄。通過斷板率DBL、路面狀況指數(shù)PCI 等指標(biāo)進行分車道評價。

路面脫空狀況評價肉眼不可見，需借助相應(yīng)的儀器進行勘測。地質(zhì)雷達勘探可通過高頻電磁脈沖遇到不同介電常數(shù)的地質(zhì)界面產(chǎn)生不同反射波，記錄地下地層物體的位置、分布范圍、埋深等參數(shù)。

路面板強度狀況評價需通過對水泥混凝土板鉆孔取芯，對芯樣進行劈裂試驗以確定其抗折強度。取芯樣品應(yīng)包括所有水泥混凝土路面所有情況，包括破損和完好的路面。通過劈裂試驗測試其劈裂強度，折算成水泥混凝土面板的抗折強度。

老路面結(jié)構(gòu)為：厚25 cm 水泥混凝土面層；厚17 cm 水泥穩(wěn)定碎石基層；厚18 cm 碎石摻砂墊層。其中起點K128+060 至南方萬年青水泥廠K130+500段，除局部出現(xiàn)網(wǎng)裂、裂縫等，大部分路面狀況較好（見圖3）；其余段原路面病害嚴重（見圖4）。

圖3 起點K128+060 至南方萬年青水泥廠K130+500 段路面狀況

圖4 混凝土路面老路現(xiàn)狀

對老路路面進行檢測，得到的路面狀況評定結(jié)果見表3。

表3 老路面狀況評定表

4 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 交通量組成

（1）根據(jù)工可報告交通量預(yù)測結(jié)果，公路運營期間交通組成及各特征年交通量見表4，特征年各種車型所占比例見表5。

表4 特征年交通量 單位：pcu/d

表5 特征年車型比例（按照絕對量計算） 單位：%

（2）瀝青路面以設(shè)計彎沉值、瀝青層層底拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)時，各種軸載換算成標(biāo)準軸載P 的當(dāng)量軸次N。計算式為：

式中：C1為被換算車型的軸數(shù)系數(shù)，當(dāng)軸間距大于或等于3 m 時，按1 個單獨的軸載計算；當(dāng)軸間距小于3 m 時，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)應(yīng)按公式C1=1+1.2（m-1）計算，其中m 為軸數(shù)；C2為被換算車型的輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1.0，4 輪組為0.38；ni為被換算車型的各級軸載作用次數(shù)，次/d；P 為標(biāo)準軸載，kN；Pi為被換算車型的各級軸載，kN。

（3）瀝青路面設(shè)計基準期內(nèi)1 根車道上的累計當(dāng)量軸次Ne計算式為：

式中：γ 為設(shè)計基準期內(nèi)交通量的年平均增長率，γ=4.46%；t 為設(shè)計基準期（a），設(shè)計道路為次干路時，取t=15；N1為路面營運第1 年單向日平均當(dāng)量軸次，次/d，以設(shè)計彎沉值、瀝青層剪應(yīng)力和瀝青層層底拉應(yīng)變?yōu)樵O(shè)計指標(biāo)；η 為設(shè)計車道分布系數(shù)，根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2017），雙向4 車道η 取值范圍為0.4～0.5，本次計算中取η=0.45。

交通等級見表6。

表6 交通等級

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》，1 根車道上的累計當(dāng)量軸次Ne計算結(jié)果處于8×106～19×106次之間，對照表6 可知，所設(shè)計的交通荷載等級為重載交通。

4.2 路面結(jié)構(gòu)方案

參照當(dāng)?shù)刈罱藿ǜ叩燃壒返穆访娼Y(jié)構(gòu)，結(jié)合沿線筑路材料供應(yīng)情況，擬訂路面結(jié)構(gòu)方案見表7。

表7 路面結(jié)構(gòu)方案

綜上，考慮工期要求和改造路面質(zhì)量要求，兼顧經(jīng)濟、環(huán)保、耐久性等因素，確定采用白改黑方案對本工程老路段進行路面改造。

經(jīng)路面結(jié)構(gòu)計算，推薦改造路面結(jié)構(gòu)見表8。

表8 推薦改造路面結(jié)構(gòu)

4.3 路面結(jié)構(gòu)計算分析

根據(jù)交通量及其組成和使用要求，考慮當(dāng)?shù)貧夂?、水文、土質(zhì)等自然條件，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嵺`經(jīng)驗，按照全壽命周期成本的理念，進行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（1）設(shè)計彎沉值Ld計算式為：

式中：Ac為公路等級系數(shù)，一級公路為1.0；As為面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；Ab為基層類型系數(shù)，半剛性基層瀝青路面為1.0，柔性基層瀝青路面為1.6。

計算得到路面設(shè)計彎沉值為21.8（0.01 mm）。

（2）材料的容許拉應(yīng)力σR計算式為：

式中：σS為瀝青混凝土或半剛性材料的極限劈裂強度，MPa；Ks為抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)。

計算所得路面結(jié)構(gòu)層容許拉應(yīng)力見表9。

表9 路面結(jié)構(gòu)層容許拉應(yīng)力

（3）改建路面結(jié)構(gòu)厚度計算。路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)見表10。

表10 路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)

按設(shè)計彎沉值計算設(shè)計層厚度:LD=21.8（0.01 mm）；H（4）=150 mm；LS=18（0.01 mm）。

由于設(shè)計層厚度H（4）=Hmin時，LS≤LD，故彎沉計算已滿足要求。

最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果見圖5。

圖5 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

5 結(jié)語

（1）根據(jù)贛州當(dāng)?shù)氐墓こ虒嶋H經(jīng)驗，考慮工程造價、施工方案的可行性、工期的要求以及養(yǎng)護維修的方便性，結(jié)合沿線涉及的老路路面破損情況，選擇“白改黑”方法不僅可以較好地解決混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層后出現(xiàn)的反射裂縫問題，同時還能改善路面的性能指標(biāo)，施工工期短，不需要全封閉交通、節(jié)約環(huán)保、耐久性好。

（2）老路混凝土路面板碎石化后，不具備稱重能力，僅可以作為級配碎石結(jié)構(gòu)層使用。通過路面結(jié)構(gòu)計算后，可以滿足路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計彎沉值和容許拉應(yīng)力要求。