劉志潔,霍冬雨,朱益軍,陳文強

(浙江數(shù)智交院科技股份有限公司 杭州市 310030)

近年來,為加快農村地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展,我國大力發(fā)展“四好”農村路,逐步消除制約農村發(fā)展的交通瓶頸,為廣大農民生活發(fā)展提升提供更好的保障。農村公路多以水泥混凝土路面為主,特別是一些以旅游帶動經(jīng)濟的地區(qū),原有水泥路面已無法滿足需求,需要進行白改黑路面改造。文章以浙江某景區(qū)農村公路為例,通過路面病害調查及現(xiàn)場試驗檢測,深入分析路面技術狀況,提出適宜的路面白改黑設計方案并進行改造施工,使路面技術狀況得到明顯改善。

1 工程背景

1.1 概況

該景區(qū)盤山公路長約2.69km,設計時速15km/h,路基寬度6.75m,路面寬度6m,于2014年進行了水泥混凝土路面改造設計。現(xiàn)狀路面結構采用20cm厚水泥混凝土面層+20cm厚水泥(5%)穩(wěn)定碎石基層,橫斷面為兩塊板布置,單塊水泥面板寬3m,長4.5m,水泥混凝土面層設計彎拉強度為4.5MPa。

1.2 路面技術狀況

經(jīng)過8年通車運營,局部路段有裂縫(橫向裂縫、縱向裂縫)、碎板、板角斷裂、表面磨損露骨、碎邊、坑槽等病害?，F(xiàn)場對水泥板塊進行編號調查,雙向共計1196塊板。根據(jù)路面病害統(tǒng)計分析,斷板率為6.27%,斷板率評定等級為中等(5%～10%)。根據(jù)表1所示PCI指標(路面狀況指數(shù))及現(xiàn)場試驗檢測RQI指標(路面質量指數(shù)),可以看出該路段路面破損程度為良好至中等,但路面行駛質量指數(shù)RQI較低,平整度評定等級為差。從提升景區(qū)交通舒適性方面考慮,路面技術狀況亟待提高,路面白改黑十分必要。

表1 路面技術狀況指標

1.3 現(xiàn)場試驗檢測

對舊水泥路面進行鉆孔取芯強度檢測和板塊脫空檢測。水泥面層芯樣直徑為150mm。強度檢測結果如表2所示。

表2 取芯試驗檢測

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》[1](JTG 3450—2019)公式中T0958-3計算舊水泥面層彎拉強度標準值為5.1MPa,滿足原設計要求,詳見式(1):

(1)

式中:fc為混凝土標準小梁彎拉強度,單位為MPa;fsp為混凝土直徑150mm鉆芯圓柱體的劈裂強度,單位為MPa。

水泥路面板底脫空常用的檢測方式為彎沉檢測,包括落錘彎沉儀截距法、彎沉比法和貝克曼梁彎沉測定法。貝克曼梁彎沉檢測過程較慢,若板塊數(shù)量較多,需花費較長時間取得數(shù)據(jù);張昭[2]等人的研究對落錘彎沉儀檢測脫空的兩種方式進行了比對,研究發(fā)現(xiàn)彎沉比λ2b檢測判定方法不夠準確,需要根據(jù)實際路況進行驗證。該工程采用截距值法判定板底脫空情況,截距值大于50μm判定為板底脫空。全線共檢測板塊1194塊,脫空共47塊,脫空率為3.94%,板底脫空處較少。

2 路面設計方案比選及應用

2.1 路面白改黑研究現(xiàn)狀

根據(jù)國內外研究成果和實踐經(jīng)驗,防止反射裂縫主要從應力消散和加鋪層應力吸收層兩方面進行考慮。而消散應力的有效方法是采用碎石化工藝將水泥路面板破碎成塊狀嵌擠結構。碎石化按采用設備不同又可分為多錘頭碎石化和共振碎石化。

多錘頭碎石化機械設備攜帶的重錘質量為700～900kg,破碎時按一定規(guī)律下落,錘頭提升高度≥1.5m,重錘下落時可產(chǎn)生11kJ以上的沖擊能量將路面破碎[3]。共振碎石化技術是通過共振原理,使舊水泥板與破碎機械產(chǎn)生共振[4],將舊水泥混凝土板碎裂成上層相互嵌擠,下層相互嵌鎖的水泥混凝土碎石粒料層,破碎后的碎石形狀相鄰互補、粒徑較小,形成相互嵌擠的穩(wěn)定結構。與多錘頭碎石化相比,共振碎石化使舊水泥板塊破碎更加均勻。

應力吸收層是在舊水泥路面板和瀝青罩面層之間均勻鋪上改性瀝青,然后撒布單粒徑碎石,相同粒徑的碎石形成一個平整的支撐面,有效地支撐起瀝青罩面層,讓瀝青面層處在一種持久有利的受力狀態(tài),瀝青回彈性能好,讓瀝青面層與舊水泥面層之間存在水平相對位移的空間從而釋放接縫處的應力[5]。

由于現(xiàn)狀水泥路面碎板、斷板率較低,PCI指標良好,舊水泥板塊的彎拉強度較高,為充分利用水泥混凝土面層強度,該工程采用在水泥路面上直接加鋪瀝青層的方案,對于反射裂縫采用應力吸收層+聚酯玻纖防裂布的處治措施。

2.2 病害處理措施

對連續(xù)破損的板塊進行挖除,新筑面板采用連續(xù)配筋混凝土結構,水泥板塊采用設計彎拉強度≥5.0MPa,抗壓強度等級在C40以上的快硬早強混凝土;連續(xù)新筑面板頂面設置一層D8冷軋帶肋鋼筋焊接網(wǎng),鋼筋等級為CRB550;鋼筋網(wǎng)間距10cm×10cm。如基層也破損嚴重,應一并鑿除并用同標號快凝混凝土進行澆筑回填。

為加強置換板塊與舊板塊間的整體受力,在新老混凝土板塊的橫向接縫處鉆孔設置傳力桿,傳力桿采用φ25mmHPB300鋼筋,長45cm。在新老混凝土板塊的縱縫處鉆孔安裝拉桿,拉桿采用φ16mmHRB400鋼筋,長80cm。

對于脫空板塊進行板底注漿加固。注漿孔鉆孔直徑50mm,注漿壓力為1.5～2.0MPa,如壓力持續(xù)增大或相鄰孔口冒漿,則可終孔并進行封口,換至下一孔位。壓漿完成3d后,應進行彎沉值復測,對不滿足要求的板塊進行補漿。

2.3 反射裂縫預防措施

為保證瀝青層與舊水泥面板的粘結性,病害處理后的水泥路面需進行拋丸處理,水泥混凝土拋丸后表面構造深度為0.4～0.8mm,平均露骨率≥60%。

在板與板之間橫向和縱向接縫處均鋪設聚酯玻纖布。施工前需將路面板表層清掃干凈,工作面無水分,雨后必須待路面干燥后施工。沿縱橫向接縫,在1m寬范圍內噴灑SBS改性熱瀝青,再鋪設聚酯玻纖布,需保證聚酯玻纖布無褶皺,平整且密實,鋪設完成后采用壓路機碾壓一遍,使之緊密服帖于面層。

應力吸收層采用同步碎石工藝,厚度為1cm,選擇SBS改性瀝青作為粘結料,瀝青用量宜取2.0～2.4kg/m2,碎石采用玄武巖,碎石覆蓋率按照70%～90%控制,用量范圍為14～20kg/m2。

2.4 路面結構驗算及分析

瀝青路面結構初擬為4cm SBS改性AC-13C瀝青混凝土+6cm AC-20C普通瀝青混凝土+1cm SBS改性瀝青應力吸收層,路面抬高約11cm。

舊水泥混凝土路面已使用8年,剩余設計基準期為2年,由于路面結構已接近原設計基準期,此次路面白改黑設計基準期取10年,設計軸載車道累計作用次數(shù)為65000軸次/車道,標準設計軸載為100kN,最重軸載為200kN,可靠度系數(shù)取值1.07。水泥混凝土的彎拉強度取值為4.5MPa。瀝青路面加鋪厚度驗算結果見表3。

表3 瀝青路面加鋪厚度驗算

根據(jù)上述結果,初擬瀝青路面結構滿足荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用以及重軸載在最大溫度梯度下的一次強作用。

3 結語

在設計階段,不僅要使技術方案和經(jīng)濟性相適宜,還需要考慮實際施工中可能遇到的問題和施工影響,對此主要提出以下設計要點:

(1)設計階段需要考慮到水泥混凝土路面板塊修復施工的可操作性,以及施工過程對原水泥路面的影響。例如采用鎬頭機將斷板、碎板打碎挖除的過程中,可能會對鄰近完好的水泥板塊造成啃邊等破壞,因此對于碎板、斷板與完好板塊交錯分布的情況,應盡可能將這些板塊連續(xù)破除重新澆筑,保證施工質量及平整度。

(2)對于盤山公路,特別是臨崖?lián)鯄β范?需要注意碎石化方案的適用性,前期應對擋墻情況及地質條件做詳細調查。碎石化機械設備的振動對邊坡及下?lián)鯄a(chǎn)生一定的作用,這也是影響該項目路面改造方案比選的主要因素之一。

(3)淺層注漿能夠對路面承載力進行有效補強,但在注漿施工前后,還需對板塊脫空情況進行復測以指導施工。

(4)原水泥路面板塊存在表面水泥層磨損露骨病害,日常養(yǎng)護采用加鋪1～2cm水泥砂漿層罩面的方式。若對該水泥砂漿層進行精銑刨,實際施工過程費時費力,對水泥板塊的損傷具有不確定性,質量難以控制。因此對于此種病害可將水泥板塊全部挖除,重新澆筑。

該項目通車運營半年后,重新檢測了路面各項指標,主車道公里PCI指標均達到100,RQI保持在96以上,RDI指標均達到100,大幅提升了路面使用性能,改善了通車環(huán)境。路面的使用壽命情況還需持續(xù)觀測。