某一級(jí)公路水泥混凝土路面大修設(shè)計(jì)

1、    某一級(jí)公路水泥混凝土路面大修設(shè)計(jì)    雷迎松摘要:廣東省某一級(jí)公路運(yùn)營(yíng)10多年后，水泥混凝土路面出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破損。通過(guò)對(duì)該一級(jí)公路的檢測(cè)和評(píng)定，須對(duì)該路進(jìn)行路面大修水泥。通過(guò)對(duì)該路面病害原因的分析，提出了水泥路面大修處治措施。路面處治后經(jīng)過(guò)近兩年的運(yùn)營(yíng)，目前狀況優(yōu)良。關(guān)鍵詞: 一級(jí)公路；水泥路面；大修設(shè)計(jì)：u418：b1 工程概況廣東省某一級(jí)公路全長(zhǎng)35km，為雙向四車(chē)道。全線均為水泥混凝土路面，水泥混凝土面層厚度為24cm。全線于1995年3月開(kāi)始征地并動(dòng)工，1999年12月全線完工。該公路從1995年開(kāi)始改建，至1999年全線通車(chē)至今，使

2、用狀況發(fā)生了很大的變化，道路服務(wù)質(zhì)量逐步嚴(yán)重衰減。運(yùn)營(yíng)10年來(lái)該路段路況差，已影響公路的通行和服務(wù)能力。為提升該路的通行和服務(wù)能力，對(duì)該路進(jìn)行大修。2水泥路面大修前評(píng)估2.1 舊路面狀況1.原路面結(jié)構(gòu)舊水泥路面結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1 舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)該段公路硬路肩未做硬化，現(xiàn)狀為填土。2.沿線自然條件該項(xiàng)目所在地為南亞熱帶氣候。年雨量很不穩(wěn)定，據(jù)水資源調(diào)查與計(jì)算統(tǒng)計(jì)：多年平均降雨量1426毫米，最大年雨量1976年加益站2189.2毫米。雨量集中在每年49月，占全年雨量78%。每年10月至次年3月雨量較少，常出現(xiàn)春旱。土壤多屬黃土，表土層較松，含豐富的腐植質(zhì)，底層呈棕黃色，濕潤(rùn)而粘，多呈中性

3、反應(yīng)，植被大多是草本植物、蕨類(lèi)或針葉樹(shù)林；丘陵地區(qū)屬紅壤土，質(zhì)地粘重，帶酸性。3.排水狀況經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，該路排水狀況差，部分位置為按原設(shè)計(jì)設(shè)置邊溝，路面積水嚴(yán)重。尤其部分破損嚴(yán)重路段，路面翻漿嚴(yán)重。4.養(yǎng)護(hù)情況從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解到，營(yíng)運(yùn)間期，養(yǎng)護(hù)主要對(duì)出現(xiàn)裂縫的砼板進(jìn)行灌注瀝青封閉處理，對(duì)較嚴(yán)重但范圍較小的破碎板作加鋪瀝青處理等，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中于2007年專(zhuān)項(xiàng)維修工程中對(duì)部分破碎嚴(yán)重路段進(jìn)行過(guò)換板處理。4 交通量資料及分析根據(jù)統(tǒng)計(jì)該從公路通車(chē)至2007年，不考慮超載情況下的一條車(chē)道累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)為1.06×106次；考慮超載75%情況下的一條車(chē)道累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)為1.6×

4、;106次，根據(jù)文獻(xiàn)1的交通等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，舊水泥路面交通等級(jí)屬重交通等級(jí)。2.2 路面檢測(cè)及評(píng)估1路面破損狀況全線病害類(lèi)型主要為“斷裂類(lèi)和表層類(lèi)”，四個(gè)車(chē)道存在斷裂類(lèi)病害的砼板占總板塊數(shù)的34.72%44.39%之間，總體平均為41.10%；表層類(lèi)病害的砼板占總板塊數(shù)的3.42%24.76%之間，總體平均為9.90%；四個(gè)車(chē)道斷板率等級(jí)評(píng)定為“差”的占63.2%82.75%，評(píng)定為“優(yōu)”的在3.74%12.78%之間，評(píng)定為“良”的在3.34%6.49%之間，評(píng)定為“中”的在3.39%7.34%之間，評(píng)定為“次”的在6.49%10.45%之間。根據(jù)文獻(xiàn)1的要求應(yīng)對(duì)全線大部分路段大修，以提高路面

5、狀況等級(jí)。2 路面整體承載能力通過(guò)對(duì)不同路況特征段進(jìn)行fwd動(dòng)態(tài)彎沉的測(cè)試，從板角脫空程度、接縫傳荷能力和基層當(dāng)量回彈模量等方面對(duì)路面承載能力進(jìn)行表征。病害砼板的板角脫空率在50.0%100.0%之間，其他完好水泥砼板角的脫空率35.29%45.83%之間。該公路完好水泥砼板的接縫傳荷能力狀況良好，評(píng)定等級(jí)為“優(yōu)良”的占76.79%，“中”的占8.04%，評(píng) “次”的占8.93%，“差”的占6.25%。主車(chē)道左右幅水泥砼路面完好板塊的基層頂面當(dāng)量回彈模量的平均值分別為291mpa、342mpa，破損板的基層頂面當(dāng)量回彈模量值在73mpa225 mpa之間。路面整體承載能力偏低。3 結(jié)構(gòu)層厚度及

6、材料性狀方面通過(guò)對(duì)該公路路面不同病害代表性路段的面板、基層的取芯調(diào)查，借助室內(nèi)芯樣的力學(xué)性能分析如下：（1）該公路水泥砼板中均有不同程度的氣泡，抽樣檢查出局部有夾泥現(xiàn)象占14.6%，全線水泥砼板厚度平均值為246 mm，最小值為193 mm，但最大值為288mm，換算后抗折強(qiáng)度為3.31mpa6.51 mpa之間，平均抗折強(qiáng)度為5.04mpa。（2）該公路基層整體質(zhì)量狀況較差，在完好類(lèi)型水泥砼板中基層松散和只取出部分基層的芯樣占79.5%，新?lián)Q砼板基層狀況良好的占50.0%。同時(shí)，基層厚度嚴(yán)重不足。從檢測(cè)結(jié)果可知板厚和板強(qiáng)度基本滿足原設(shè)計(jì)要求，基層狀況很差，且局部路段板厚和板強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求

7、，檢測(cè)路段全線整體承載能力不足。4路基強(qiáng)度、材料及工程性質(zhì)通過(guò)對(duì)舊路路基填料的液限、塑限、最大干密度取樣試驗(yàn)分析，其結(jié)果為路基填料比較好，但其天然含水量偏高影響路基的強(qiáng)度，應(yīng)注重路基排水。舊路路基的cbr檢測(cè)其結(jié)果為cbr值大于5.7，部分路基為粘土質(zhì)砂路段cbr值達(dá)到18。3 路面病害成因分析基層質(zhì)量控制差，離散性大，不能為水泥路面板提供均勻有效的穩(wěn)定支撐，加上水泥混凝土路面板強(qiáng)度好厚度離散性大，板間的傳力桿、拉桿鋼筋設(shè)置不一。同時(shí)，在重載、超載交通作用下舊路面設(shè)計(jì)強(qiáng)度偏低，路面結(jié)構(gòu)不合理和厚度不夠，承受不了重交通等級(jí)荷載作用。排水系統(tǒng)不完善，大量雨水或地下水等的進(jìn)入對(duì)基層、路基材料造成浸泡

8、軟化，在行車(chē)作用產(chǎn)生的動(dòng)水壓力下進(jìn)行沖刷，進(jìn)而產(chǎn)生更嚴(yán)重的唧泥、脫空及斷裂病害，形成惡性循環(huán)。4 舊水泥混凝土路面處治根據(jù)對(duì)舊水泥路面檢測(cè)結(jié)果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，采用多錘頭破碎機(jī)碎石化技術(shù)將原水泥混凝土路面作為底基層使用。4.1 碎石化設(shè)備碎石化主要采用的設(shè)備為：多錘頭破碎機(jī)、z型鋼輪壓路機(jī)和振動(dòng)鋼輪壓路機(jī)。多錘頭破碎機(jī)(mhb-15)多錘頭自動(dòng)力破碎機(jī)，設(shè)備后部平均配備兩排成對(duì)錘頭，這樣在設(shè)備全寬范圍內(nèi)可以連續(xù)破碎，錘頭的提升高度可獨(dú)立調(diào)節(jié)，mhb具備一次破碎3.96米車(chē)道的能力，破碎機(jī)裝備帷幕防止破碎飛屑。z型鋼輪壓路機(jī)主要用于破碎混凝土后的補(bǔ)充破碎并壓實(shí)其表面。同時(shí)為加鋪提供平坦破碎后混

9、凝土路面表面。振動(dòng)鋼輪壓路機(jī)采用單振動(dòng)輪，在z型壓路機(jī)之后壓實(shí)破碎后的混凝土表面，并為加鋪層提供較為平坦的工作面。4.2 碎石化前準(zhǔn)備工作（1）清除存在的瀝青面層在碎石化之前，應(yīng)清除水泥混凝土路面上的瀝青修復(fù)材料、填縫料、脹縫材料等，以減少這些材料對(duì)碎石化的影響。（2）沿線各種構(gòu)造物的調(diào)查和防護(hù)由于碎裂中會(huì)對(duì)各種構(gòu)造物產(chǎn)生破壞，因此施工前，應(yīng)做好沿線各種構(gòu)造物的調(diào)查，對(duì)有可能造成損壞的設(shè)施必須采取加固或避讓措施。（3）在進(jìn)行碎裂之前，需將破碎板或沉降量比較大的地方用1016mm的密級(jí)配碎石粒料填平后，再進(jìn)行碎裂工藝。（4）交通管制為保證加鋪的質(zhì)量，須對(duì)碎石化后的路面進(jìn)行交通管制。4.3 碎石化

10、施工工藝對(duì)于該項(xiàng)目碎石化施工工藝流程如圖2所示：圖2 碎石化施工工藝4.4 碎石化施工控制施工控制是保證碎石化施工質(zhì)量的關(guān)鍵，對(duì)與該工程碎石化施工中主要控制以下幾個(gè)方面：（1）碎石化后粒徑。（2）為方便路面排水，破碎時(shí)最好是從混凝土路面的高處向低處破碎。（3）與相鄰車(chē)道的連接，破碎一個(gè)車(chē)道的過(guò)程中實(shí)際破碎寬度應(yīng)超過(guò)一個(gè)車(chē)道，與相鄰車(chē)道搭接一部分，寬度應(yīng)大于15厘米。5 路面加鋪設(shè)計(jì)根據(jù)交通等級(jí)、變異水平等級(jí)、路基狀況、路面狀況及舊路多錘頭破碎機(jī)碎石化技術(shù)處理舊路面。將舊路面作為底基層使用，參考類(lèi)似項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算方法，經(jīng)文獻(xiàn)1計(jì)算確定的加鋪路面結(jié)構(gòu)如表1所示。表1 舊路面加鋪水泥混凝土28c

11、m水泥混凝土（彎拉強(qiáng)度為5.0mpa）1cm 乳化瀝青下封層18cm 5%水泥穩(wěn)定碎石（無(wú)側(cè)限抗拉強(qiáng)度3.5mpa）原路面碎石化處治在基層上灑布1cm乳化瀝青下封層，以增加防水。減輕水對(duì)路面的損壞。同時(shí)由于該路交通等級(jí)為重交通，為了保證路面接縫傳荷能力及其耐久性，對(duì)每條縮縫都設(shè)置傳力桿。6 路肩改造及路面防排水設(shè)計(jì)6.1硬路肩改造由于該段公路硬路肩未做硬化，現(xiàn)狀為填土。為恢復(fù)應(yīng)路肩的功能，對(duì)硬路肩進(jìn)行水泥硬化，其路面結(jié)構(gòu)如表2所示：表2 硬路肩結(jié)構(gòu)28cm水泥混凝土（彎拉強(qiáng)度為5.0mpa）1cm乳化瀝青下封層18cm5%水泥穩(wěn)定碎石（無(wú)側(cè)限抗拉強(qiáng)度3.5mpa）20cm級(jí)配碎石路基土壓實(shí)（壓

12、實(shí)度大于93%）由于硬路肩寬度較窄，壓路機(jī)施工寬度不夠，路基土很難壓實(shí)。在實(shí)施中采用換填處治，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，為加強(qiáng)主道路面與新建硬路肩的連接，減少不均勻沉降引起的縱縫張開(kāi)，對(duì)新建硬路肩與主道縱縫均統(tǒng)一每隔70cm設(shè)置長(zhǎng)80cm16mm螺紋鋼筋的縱向拉桿。6.2 路面防排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)檢測(cè)成果和原因分析，水損壞是該公路路面破壞的主要因素之一。因此，對(duì)路面排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)十分重要，是確保結(jié)構(gòu)層耐久性和使用壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要為一下內(nèi)容。（1）路面防水采取在碎石化后噴灑的一層透層油、基層頂面設(shè)置一層1cm乳化瀝青下封層、縮縫處設(shè)置傳力桿、面層封縫、中分帶封水等措施。（2）路面表面

13、水主要通過(guò)修復(fù)完善邊溝、排水溝和漫流排水方式排出路面表面水。（3）地下排水主要采用在邊溝下設(shè)置滲溝、疏通淤積的暗溝等措施降低地下水位，排出地下水，減輕地下水對(duì)路面損壞。（4）路面內(nèi)部排水，主要采取設(shè)置路面邊緣排水盲溝等措施。設(shè)置方法為在加鋪路面路段在靠原主車(chē)道的加鋪后硬路肩水泥穩(wěn)定碎石基層下側(cè)面設(shè)置縱向排水盲溝、每隔10m作用設(shè)置一道橫向排水盲溝，并與硬路肩墊層形成排水系統(tǒng)，材料采用級(jí)配碎石，如圖2所示，縱、橫向盲溝尺寸的大小由文獻(xiàn)2計(jì)算同時(shí)要考慮地下水影響，還要保證一定的可靠性。圖2 路面邊緣排水盲溝斷面7 小結(jié)廣東省某一級(jí)公路運(yùn)營(yíng)10多年后，水泥混凝土路面出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破損。通過(guò)對(duì)該一級(jí)公路的檢測(cè)和評(píng)定，須對(duì)該路進(jìn)行路面大修水泥。通過(guò)對(duì)該路面病害原因的分析，提出了水泥路面大修處治措施。路面處治后經(jīng)過(guò)近兩年的運(yùn)營(yíng)目前狀況優(yōu)良。參考文獻(xiàn)：1中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d40-2