劉 唐 余繼鳳

(湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

烏賽高速改建段舊路實測彎沉對建設(shè)方案的影響

劉 唐 余繼鳳

(湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

新疆烏賽高速升級利用段，根據(jù)舊路實測彎沉值確定路面改造方案；依據(jù)舊路彎沉值結(jié)合實際施工方案計算出改造后的理論彎沉值，作為施工驗收的控制指標，以優(yōu)化建設(shè)方案，降低工程費用。

烏賽高速；舊路彎沉；建設(shè)方案

G30烏蘇至賽里木湖一級改高速項目是新疆高速公路“五縱五橫三環(huán)四連”骨架公路網(wǎng)第一橫的重要組成路段，途經(jīng)塔城、博州，采用雙向四車道高速公路標準，路線全長約300km，其中新建40km，利用原一級公路升級改建260km。

1 舊路改建段基本原則

彎沉反映路面整體結(jié)構(gòu)在荷載作用下的承載能力，彎沉越大，則承載能力越小，但以彎沉指標表征的路面承載能力的大小并不意味著路面是否會產(chǎn)生車轍、裂縫等病害，兩者屬于兩類不同性質(zhì)的路面性能，沒有必然關(guān)系。按照新疆交通廳關(guān)于施工圖設(shè)計的批復(fù)，烏賽高速改建工程實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計、動態(tài)施工。為控制投資規(guī)模，確定原一級公路舊路改建段以改善路面服務(wù)功能為首要目標，最大限度地延長既有老路面服務(wù)年限。

2 設(shè)計階段依據(jù)舊路彎沉確定改建段施工方案

原一級公路路面結(jié)構(gòu)為：4cmAK-13A+6cm AC-20I+30cm水穩(wěn)砂礫+15～25cm級配砂礫，上下兩層瀝青均使用90#克拉瑪依基質(zhì)瀝青。原一級公路經(jīng)過8年的使用出現(xiàn)以車轍、橫向裂縫、網(wǎng)裂等為主的病害，尤其是重度的車轍(局部段落達到6～7cm)嚴重影響行車的安全。

烏賽高速升級改建段路面結(jié)構(gòu)主要在原一級公路的基礎(chǔ)上進行大修。設(shè)計階段采用以舊路彎沉為控制指標，同時考慮車轍深度的設(shè)計原則確定舊路路面改建方案。2010年設(shè)計階段舊路彎沉值見表1。

表 1 2010年烏賽高速改建段舊路實測彎沉值統(tǒng)計表

(備注：1.采用彎沉車檢測;2.圖紙要求改建段參照新建段標準，驗收彎沉為0.236mm[1]。)

舊路彎沉實測數(shù)據(jù)表明，改建段大部分段落達不到圖紙要求的驗收標準[2],如果全部鏟除重建，費用巨大，將突破概算。設(shè)計階段經(jīng)過專家反復(fù)論證，確定利用原則：盡可能直接利用，對于破損嚴重確實需要銑刨改建段落，硬路肩部分原則上保留利用，以降低造價。設(shè)計階段確定的主要施工方案如下。

2.1 舊路彎沉值≤0.30mm路段

(1)車轍<1.0cm時，處理方案為舊路+4cmAC-16C中粒式改性瀝青混凝土面層，加鋪前先對舊路路面噴粘層油處理；

(2)1.0cm≤車轍<1.5cm時，處理方案為舊路+4cmAC-16C中粒式改性瀝青混凝土面層，加鋪前先對舊路路面進行拉毛1.0cm，噴粘層油處理；

(3)1.5cm≤車轍<2.5cm時，處理方案為行車道、超車道銑刨舊路面層4cm后，加鋪4cm AC-16C中粒式改性瀝青混凝土上面層+5cm AC-20C中粒式改性瀝青混凝土中面層；

(4)車轍≥2.5cm時，處理方案為行車道、超車道銑刨舊路面層10cm后，加鋪4cmAC-16C中粒式改性瀝青混凝土上面層+5cm AC-20C中粒式改性瀝青混凝土中面層+7cm AC-25粗粒式瀝青混凝土下面層。基層銑刨根據(jù)破壞程度動態(tài)掌握。

2.2 0.30mm<舊路彎沉值≤0.45mm路段

為盡可能地利用基層剩余強度，減小改建規(guī)模，方便施工，并改善路面服務(wù)功能，處理方案為行車道、超車道銑刨舊路面層10cm后，加鋪4cm AC-16C中粒式改性瀝青混凝土上面層+5cm AC-20C中粒式改性瀝青混凝土中面層+7cm AC-25粗粒式瀝青混凝土下面層；基層銑刨根據(jù)破壞程度動態(tài)掌握。

2.3 舊路彎沉值>0.45mm路段

路面基層強度衰減較為嚴重，預(yù)估路面結(jié)構(gòu)強度壽命較短。受橋涵構(gòu)造物安全性及高程限制，處理方案為行車道及超車道挖除原路面所有結(jié)構(gòu)層，采用新建段的路面結(jié)構(gòu)形式重建。

3 施工階段舊路復(fù)測彎沉對于工程變更的影響

設(shè)計調(diào)查在2010年，實際施工時間在2012～2014年之間。期間采取邊通車邊施工的方案，路面出現(xiàn)新的破損，為保證改建效果，指揮部要求在改建施工中，待道路封閉后，由業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計和施工單位組成聯(lián)合檢測組，分段重新采取貝克曼梁法檢測彎沉值，按照動態(tài)設(shè)計的原則，逐段確定最終的施工方案。

檢測結(jié)果表明，彎沉和車轍在施工階段，都有不同的加劇，主要方案變更如下。

3.1 舊路銑刨處理段落增加

設(shè)計圖紙中，直接加鋪4cm上面層段落為69.1%。結(jié)合現(xiàn)場的破損調(diào)查情況，采取增加銑刨瀝青面層、水穩(wěn)基層等處理措施，直接加鋪段落縮小到40.1%。主要工程變更見表2。

表 2 烏賽高速改建段直接加鋪4cm上面層段落變更統(tǒng)計表

3.2 部分舊路水穩(wěn)層保留利用

SK524+550-SK532+000等段落，舊路瀝青面層實測彎沉較大，原設(shè)計將舊的水穩(wěn)層挖除后新建。待瀝青面層銑刨后發(fā)現(xiàn)，原水穩(wěn)層基本完好，沒有嚴重的破碎、網(wǎng)裂現(xiàn)象。經(jīng)對原有水穩(wěn)層的回彈彎沉進行檢測[3]，檢測報告表明回彈彎沉值大于對應(yīng)新建段水穩(wěn)層的設(shè)計彎沉值?？紤]到該地處于高海拔地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，有效作業(yè)時間短，建設(shè)單位從降低照價、縮短工期、減少環(huán)境污染出發(fā)，建議將老路瀝青路面挖除后，直接在原有水穩(wěn)層上加鋪一層新的水穩(wěn)層，再鋪筑瀝青面層。

設(shè)計單位結(jié)合現(xiàn)場的實測彎沉值進行計算，認為保留原水穩(wěn)層的方案可行。根據(jù)不同的路段的實際情況，分別采取加鋪16cm、18cm、20cm、25cm厚度的新水穩(wěn)層予以實施。只要半剛性基層和底基層足夠強大，路面結(jié)構(gòu)在使用年限內(nèi)是能夠滿足我國交通荷載對承載能力的需求[4]。該變更方案節(jié)約造價約600萬元，同時減少了銑刨廢料對于環(huán)境的污染，加快了施工進度。

4 驗收彎沉值的確定

4.1 設(shè)計圖紙對于驗收彎沉的要求

設(shè)計圖紙要求，舊路路面改建完畢，彎沉值參照新建路面按照0.236mm標準驗收。

4.2 改建后彎沉實際檢測結(jié)果

路面改建工程采取便通車邊施工模式，于2012年6月開工，2014年9月全部結(jié)束并進行彎沉檢測。彎沉檢測數(shù)據(jù)顯示，舊路路面改造完成后，路表彎沉情況總體良好，但局部路段路表彎沉值偏大。右幅路表彎沉值大于0.236mm的路段共38km，彎沉值為0.237-0.297mm；左幅路表彎沉值大于0.236mm的路段共45km，其中，K533+000-K537+000段連續(xù)4km路表彎沉值在0.266mm-0.341mm、K547+000-K551+000段連續(xù)4km路表彎沉值在0.324mm-0.389mm。

4.3 彎沉偏大的問題調(diào)查分析

針對彎沉偏大路段，設(shè)計單位進行了現(xiàn)場重點調(diào)查，并分析了改造前的舊路檢測數(shù)據(jù)。具體情況如下：

(1)截至2014年9月下旬，改建道路已實際運營4～30個月(道路一直處于邊施工邊通車狀態(tài))。改造后的路面外觀總體良好，未出現(xiàn)明顯結(jié)構(gòu)性病害，但部分路段存在輕微的溫度收縮橫縫。

(2)通過歷次檢測數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn)，在勘設(shè)與施工的時間周期內(nèi)(2010～2014年)，舊路局部路段路表彎沉值總體呈增大趨勢。分析原因，一是舊路運營中局部路段既有病害進一步發(fā)展，路面結(jié)構(gòu)強度及整體性能隨車載疲勞作用發(fā)生了一定程度衰減；二是在車輛荷載的作用下，原半剛性水泥穩(wěn)定類基層的板體整體性發(fā)生碎裂或裂縫，呈現(xiàn)一定的柔性變形特征，從而導(dǎo)致路表彎沉偏大。

(3)項目靠近路線終點處存在兩段彎沉值集中偏大路段：K532+000-K538+000和K547+000-K551+000段，共計8km。兩路段原舊路彎沉值最大分別達0.408mm、0.541mm，改造完成后路表彎沉值最高達0.389mm。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路段所處環(huán)境與一般路段相比存在特殊性，影響舊路整體性能的因素較多，具體如下：

①地形影響：K547+000-K551+000段舊路沿兩自然山體中間的狹長低谷帶布線，路基主要以低填淺挖形式通過；K532+000-K538+000段舊路部分路段同前者，部分路段單側(cè)為自然山體迎坡面。兩路段共同特點是路線所處位置地勢低、匯水面積大，公路主體受其影響較大。

②水環(huán)境影響：兩路段位于賽里木湖區(qū)域，且海拔較高，雨雪相對豐富。受其影響，整體路域環(huán)境濕度也相對較高，路基路面強度及整體性能發(fā)生衰減。

③行車環(huán)境影響：兩路段位于長大縱坡路段，路面處于車速慢、剎車多的運營環(huán)境中，舊路結(jié)構(gòu)層的車載疲勞、剪切破壞較其他路段尤為明顯。

4.4 驗收彎沉的確定

鑒于升級改建段以改善路表服務(wù)功能為第一目標，設(shè)計單位經(jīng)比較分析，提出舊路利用段不以設(shè)計彎沉為控制指標，依據(jù)改造前舊路檢測彎沉結(jié)合施工方案計算出改造后的理論彎沉值作為施工驗收的控制指標[5]。

按照實測原路表彎沉、車轍分段確定改建方案。彎沉是瀝青路面加鋪設(shè)計的重要指標[6]。在本項目中，實測原路表彎沉，用于評價原路面的整體強度；用HPDS2011計算，使原路表理論彎沉等于實測的最不利彎沉，反演路基回彈模量，計算竣工驗收彎沉，用竣工驗收彎沉代替設(shè)計彎沉進行交工驗收，控制施工質(zhì)量。以舊路彎沉值≤0.30mm，直接加鋪4cm面層，改造后各層理論彎沉計算過程示例如下。

交工驗收彎沉值和層底拉應(yīng)力計算

公路等級:高速公路

新建路面的層數(shù):6

標準軸載:BZZ-100

層位結(jié)構(gòu)層材料名稱 厚度(mm)20℃平均抗壓模量(MPa)標準差(MPa)15℃平均抗壓模量(MPa)標準差(MPa)綜合影響系數(shù)1中粒式瀝青混凝土40120001600012細粒式瀝青混凝土40140002000013中粒式瀝青混凝土60120001600014水泥穩(wěn)定砂礫150130003200015水泥穩(wěn)定砂礫150130003200016級配砂礫2002000200017新建路基421

計算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗收彎沉值:

第1層路面頂面交工驗收彎沉值LS=27.2(0.01mm)

第2層路面頂面交工驗收彎沉值LS=30(0.01mm)

第3層路面頂面交工驗收彎沉值LS=34(0.01mm)

第4層路面頂面交工驗收彎沉值LS=41.1(0.01mm)

第5層路面頂面交工驗收彎沉值LS=78.6(0.01mm)

第6層路面頂面交工驗收彎沉值LS=191.9(0.01mm)

路基頂面交工驗收彎沉值LS=221.8(0.01mm)

計算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力:(未考慮綜合影響系數(shù))

第1層底面最大拉應(yīng)力σ(1)=-.163(MPa)

第2層底面最大拉應(yīng)力σ(2)=-.135(MPa)

第3層底面最大拉應(yīng)力σ(3)=-.101(MPa)

第4層底面最大拉應(yīng)力σ(4)=.059(MPa)

第5層底面最大拉應(yīng)力σ(5)=.288(MPa)

該建議經(jīng)專家論證并報上級批準，確定驗收彎沉：

(1)改造完成后的一般路段，以施工階段業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工單位四方檢測的舊路彎沉值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實測路表彎沉值應(yīng)滿足按加鋪方案直接計算出的理論驗收彎沉值。

(2)改造完成后，靠近路線終點彎沉值連續(xù)偏大的路段(K533+000-K537+000、K547+000-K551+000段共計8km)應(yīng)做特殊考慮。由于改造前、后路表彎沉值均偏大較多，因此，在該路段以路表彎沉評價改造后路面整體性能已經(jīng)失去意義。鑒于該段在地形、水環(huán)境、行車環(huán)境等方面均具有特殊性，因此設(shè)計單位建議，本路段在無施工質(zhì)量問題的前提下路表彎沉可不作為驗收標準；可將此8km作為試驗路段，逐年觀測、對比病害發(fā)展和彎沉變化情況，為本地區(qū)積累在此路域條件下的工程經(jīng)驗。

5 結(jié)論

新疆烏賽項目通車已經(jīng)兩年多時間，除部分路段出現(xiàn)唧漿維修之外，總體效果良好。舊路改建施工中，如果嚴格按照設(shè)計圖紙規(guī)定的驗收彎沉值實施[7]，將會大大增加工程造價。隨著道路升級改造工程的增多，依據(jù)舊路彎沉值結(jié)合實際施工方案計算出改造后的理論彎沉值，作為施工驗收的控制指標，不僅降低工程費用，還可以減少施工中安全和環(huán)保風險。

[1]新疆片區(qū)項目設(shè)計組.新疆G30烏蘇至賽里木湖一級改高速項目施工圖設(shè)計[R].南京：江蘇省交通設(shè)計院，2010.

[2]JTG F80/1—2004，公路工程質(zhì)量檢驗評定標準[S].

[3]JTG/T F20—2015,公路路面基層施工技術(shù)細則[S].

[4]劉美玲.水泥穩(wěn)定碎石底基層試驗路施工探討[J].建材世界，2013,34(1):38-41.

[5]王旭東.瀝青路面彎沉指標的探討[J].公路交通科技,2015,31(1):1-12.

[6]JTG D50—2006,公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范[S].

[7]交通運輸部.公路工程竣(交)工驗收辦法與實施細則[M].北京：人民交通出版社，2007.

10.3969/j.issn.1672-9846.2017.03.018

U418.8

A

1672-9846(2017)03-0101-04

2017-07-06

劉 唐(1970-)，男，湖北公安人，湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要從事路橋施工研究。余繼鳳(1973-)，女，湖北公安人，湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要從事路基路面工程研究。