高速公路改擴(kuò)建工程路面檢測(cè)和方案分析

　　摘要:針對(duì)高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目中道路拓寬產(chǎn)生的路面結(jié)構(gòu)利用問(wèn)題，以蘭�？诟咚贇J州至防城港段改擴(kuò)建工程為例，對(duì)舊混凝土板病害路段進(jìn)行路面檢測(cè)并評(píng)定舊路面技術(shù)狀況后，為盡可能利用原混凝土路面結(jié)構(gòu)層加鋪柔性基層及瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層，提出兩種處治方案，并對(duì)各方案從技術(shù)實(shí)施到工程運(yùn)維各方面進(jìn)行綜合比選，最終確定:挖除舊路肩的路面及30cm路床;挖除舊路混凝土路面;利用挖除的舊混凝土路面破碎材料;破除舊混凝土防撞護(hù)欄，設(shè)置中央綠化帶為最終實(shí)施方案。

　　關(guān)鍵詞:病害檢測(cè);病害處治;改擴(kuò)建方案

　　1概述

　　高速公路是交通運(yùn)輸業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，具有通行速度快，交通流量大的特點(diǎn)[1]。截止到2019年底，全國(guó)高速總里程達(dá)到14.96萬(wàn)km，位居世界第一。隨著國(guó)內(nèi)交通水平不斷的發(fā)展，20世紀(jì)90年代初期投入運(yùn)營(yíng)的多條高速公路逐漸進(jìn)入大中修的工程周期，同時(shí)為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的交通需求，許多重點(diǎn)公路急需進(jìn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)、拓寬改造[2]。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者對(duì)高速公路路面擴(kuò)建進(jìn)行了研究。

　　程全等[3]通過(guò)昌樟高速公路路面擴(kuò)建工程，提出了分車(chē)道路面設(shè)計(jì)、老舊路面改建、擴(kuò)建路面等的設(shè)計(jì)思路;李智[4]從老路的橫斷面設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，提出高速公路改擴(kuò)建工程路基設(shè)計(jì)方法;吳恩明等[5]闡述了城區(qū)高速公路拼寬改擴(kuò)建工程的各種方案，并結(jié)合具體情況對(duì)各種可能存在的改擴(kuò)建拼寬方案進(jìn)行了不同層次的比較;談彤[6]以高速公路改擴(kuò)建工程成功技術(shù)為基礎(chǔ)，研究采用層次分析法、模糊層次綜合評(píng)價(jià)法確定改擴(kuò)建方案的辦法，并結(jié)合瓦九路山區(qū)公路改擴(kuò)建工程實(shí)例。

　　探討了山區(qū)公路改擴(kuò)建方案的選擇及施工過(guò)程控制;吳中[7]以青海省西寧至互助公路擴(kuò)能改建工程中關(guān)鍵技術(shù)為例，分別研究了該項(xiàng)目的路線(xiàn)選線(xiàn)、路基路面拼接、橋涵拼接、交通組織規(guī)劃等，提出了高速公路路線(xiàn)選線(xiàn)、路基路面、橋涵拼接關(guān)鍵技術(shù)、交通組織方案的注意事項(xiàng);程遠(yuǎn)志等[8]根據(jù)實(shí)際工程狀況，總結(jié)出高速公路改擴(kuò)建路線(xiàn)的設(shè)計(jì)要點(diǎn);董剛[9]通過(guò)對(duì)某段高速路的實(shí)例分析，針對(duì)高速公路加寬改建路基路面工程的病害原因、病害處置、施工設(shè)計(jì)、施工技術(shù)等方面，對(duì)加寬改建關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，工程施工后滿(mǎn)足了施工要求，緩解了交通壓力，為相關(guān)改建工程提供了借鑒。

　　上述研究主要側(cè)重于改擴(kuò)建公路的技術(shù)難點(diǎn)與施工方法。為考慮舊路面材料的處理，在設(shè)計(jì)此類(lèi)項(xiàng)目中，如何對(duì)原有路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行利用成為了新的工程難題。目前國(guó)內(nèi)諸多項(xiàng)目普遍采用挖除舊路面層，利用原路面基層結(jié)構(gòu)加鋪瀝青面層的方法進(jìn)行處理，浪費(fèi)了舊路面材料，不符合綠色發(fā)展理念，且對(duì)路面結(jié)構(gòu)拼接的設(shè)計(jì)方案及施工方法具有較高的要求[10]。

　　如何既滿(mǎn)足道路行駛安全舒適的要求，又能在一定程度上節(jié)約資源并使得設(shè)計(jì)方案具有很強(qiáng)的可實(shí)施性，成為了目前此類(lèi)項(xiàng)目的一個(gè)核心問(wèn)題。本文采用公路雷達(dá)檢測(cè)車(chē)對(duì)相關(guān)高速公路路段的病害進(jìn)行探測(cè)，并根據(jù)具體路面病害創(chuàng)造性地提出一種綠色路面結(jié)構(gòu)方案，通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)與一般路面結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行對(duì)比分析，為高速公路改擴(kuò)建提供一種綠色節(jié)能的方案，符合國(guó)家的綠色發(fā)展要求。

　　2工程背景

　　蘭州至海口高速公路是廣西公路網(wǎng)主骨架縱向干線(xiàn)桂海高速公路的重要路段，同時(shí)也是廣西壯族自治區(qū)“六橫七縱八支線(xiàn)”高速公路網(wǎng)中“縱六”線(xiàn)南丹至東興公路的主要構(gòu)成路段。該路段交通量較大，現(xiàn)有水泥路面損壞比較嚴(yán)重。一方面路面經(jīng)常要占道維修，給車(chē)輛通行帶來(lái)極大的安全隱患，另一方面，原道路在中央分隔帶上所設(shè)的水泥防撞墻，晚間行車(chē)不防眩，景觀不好，本項(xiàng)目作為連接廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的主干道，改擴(kuò)建工程迫在眉睫。

　　欽州至防城港段工程為舊路擴(kuò)建工程，全長(zhǎng)為30.02km，原有公路為雙向四車(chē)道，路基寬度24.50m。從減少征地拆遷以及工程量的角度考慮，采用兩側(cè)拼接方式擴(kuò)建為八車(chē)道，整體式路基寬42m(每側(cè)加寬8.75m)，其中:行車(chē)道寬2×4×3.75m，中間帶寬4.5m(含0.75m×2路緣帶)，硬路肩寬3.0m×2(含0.5m×2路緣帶)，土路肩0.75m×2。行車(chē)道和硬路肩采用2.0%的路拱橫坡，土路肩橫坡為4%。

　　3病害檢測(cè)分析與改擴(kuò)建方案

　　3.1病害檢測(cè)

　　現(xiàn)階段道路路面檢測(cè)技術(shù)種類(lèi)繁多，為不影響正常的交通運(yùn)行，利用鉆芯和雷達(dá)檢測(cè)兩種方式對(duì)該路段的路面病害進(jìn)行調(diào)查，綜合評(píng)定欽防高速公路舊路面技術(shù)狀況。

　　3.1.1道路多功能檢測(cè)車(chē)檢測(cè)

　　道路多功能檢測(cè)車(chē)引進(jìn)了車(chē)載雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)。在操作時(shí)車(chē)上的雷達(dá)系統(tǒng)向路面發(fā)射雷達(dá)波，遇到病害目標(biāo)后，以圖像的方式傳輸?shù)杰?chē)內(nèi)電腦屏幕上。在實(shí)際測(cè)量中，為避免妨礙正常交通運(yùn)行，規(guī)定多功能道路檢測(cè)車(chē)車(chē)速為60km/h;為保證檢測(cè)精度，每條車(chē)道行駛?cè)�次�?/p>

　　通過(guò)雷達(dá)成像可以看出該路段主要存在面板與基層脫空、面板與基層錯(cuò)動(dòng)、基層松散與錯(cuò)斷以及基層與墊層交界處含水等道路病害。將四種病害的長(zhǎng)度進(jìn)行整理匯總。

　　1)通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了路面內(nèi)部的一些缺陷和病害，最主要的病害為局部板底脫空，以及面板與基層的錯(cuò)動(dòng)沉陷，少數(shù)基層松散，板縫下部分路段墊層內(nèi)積水，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部病害較多的路段同樣是路面表面損壞嚴(yán)重的路段。

　　2)調(diào)查路段5、路段3和路段1中路面出現(xiàn)的各類(lèi)病害，無(wú)論從出現(xiàn)次數(shù)和總長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果都反映出病害較嚴(yán)重;而路段2、路段4和路段6調(diào)查結(jié)果反映路面病害缺陷路段少，病害程度和數(shù)量較輕。這與之前路況調(diào)查和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度調(diào)查反映的情況是一致的。病害最為嚴(yán)重的路段5，缺陷路段長(zhǎng)度占調(diào)查路線(xiàn)長(zhǎng)度的19.2%，這與路面脫空率調(diào)查結(jié)果基本一致，反映該路段約20%路面出現(xiàn)比較明顯的病害。

　　3)各類(lèi)病害中面板與基層脫空現(xiàn)象最為突出，此類(lèi)病害長(zhǎng)度約占缺陷總長(zhǎng)度的53%，其次是面板基層錯(cuò)動(dòng)與沉陷，部分基層出現(xiàn)松散，但數(shù)量較少，約占全部調(diào)查路線(xiàn)長(zhǎng)度的2.8%，此類(lèi)病害對(duì)路面結(jié)構(gòu)整體承載能力有影響;部分路段路表水滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在路面板橫縫位置下的基層與墊層之間形成積水，易于對(duì)基層產(chǎn)生不利沖刷形成脫空。4)該調(diào)查路段總體路面病害狀況等級(jí)為中，其中約20%的路段病害較嚴(yán)重，狀況等級(jí)屬于次～差。對(duì)結(jié)構(gòu)影響大的主要病害類(lèi)型為破碎板、板角斷裂及裂縫為主，其中縱向裂縫明顯，幾乎所有的破碎板都有明顯的縱向斷裂病害發(fā)生，單獨(dú)的橫向斜向裂縫病害出現(xiàn)的較少。

　　3.1.2鉆孔取樣檢測(cè)

　　為確定原有路面結(jié)構(gòu)層的厚度以及強(qiáng)度，在各路段不同位置的路面及基層進(jìn)行鉆芯取樣，并利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣的劈裂強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度以及彎拉彈性模量進(jìn)行測(cè)量。

　　1)基層調(diào)查平均厚度符合原設(shè)計(jì)，基層鉆芯芯樣大多能夠完整取出，說(shuō)明基層整體強(qiáng)度較高，完整性較好，板邊處受沖刷影響基層與面層層間呈分離或脫空狀態(tài)。二灰穩(wěn)定類(lèi)基層抗沖刷性不足，路面普遍出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。

　　2)各路段混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值均大于4.5MPa的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度要求。其中路段5整體強(qiáng)度較低，各路段芯樣劈裂強(qiáng)度變異水平為中～高。此外經(jīng)計(jì)算，各路段混凝土的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值Ec在34000MPa～36000MPa之間，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

　　3)原路面基層為二灰穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)厚度18cm，本次路面鉆芯18處，鉆孔位置一般布置在板底易于出現(xiàn)沖刷的板角附近。其中取出較完整芯樣15處，僅1處基層松散破碎未能取出，2處芯樣完整未取出。

　　芯樣完整率達(dá)到94%。由此說(shuō)明檢測(cè)路段內(nèi)基層整體狀況較好，整體強(qiáng)度較高，大部分芯樣抗壓強(qiáng)度在9.3MPa～22.4MPa之間，除K12+300處芯樣以外，基層芯樣普遍比較密實(shí)。由此說(shuō)明調(diào)查路段內(nèi)基層整體狀況良好，路面破壞原因與基層關(guān)系不大。綜合本次舊路狀況整體檢測(cè)情況發(fā)現(xiàn)，對(duì)于路面使用狀況次～差的路段，目前己出現(xiàn)大面積的斷裂及其他病害，該段路面基本無(wú)法作為后期加鋪瀝青段的下承層，同時(shí)，由于原路面基層為二灰穩(wěn)定碎石基層，抗沖刷性能較差，全線(xiàn)存在極為嚴(yán)重的脫空現(xiàn)象。

　　3.2改擴(kuò)建方案

　　通過(guò)監(jiān)測(cè)分析，確定全線(xiàn)原剛性路面結(jié)構(gòu)板底脫空情況嚴(yán)重，基層抗沖刷能力弱，穩(wěn)定性較差，無(wú)法進(jìn)行搭接處理，考慮采用加鋪瀝青路面結(jié)構(gòu)的方式對(duì)本段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為保證加鋪瀝青路面結(jié)構(gòu)具有良好的路用性能，對(duì)該路段路面二灰穩(wěn)定碎石基層及水泥混凝土路面進(jìn)行全面處置以保證其整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;對(duì)于路面使用狀況中及良優(yōu)路段，原則上可以采用碎石化或直接作為新建路面基層用，在此基礎(chǔ)上提出兩種方案路面結(jié)構(gòu)。

　　相較于普通擴(kuò)改建方案，上述兩種改建方案均對(duì)舊水泥路面的破碎材料進(jìn)行了有效利用，節(jié)約了大量的資源，符合綠色發(fā)展要求。

　　4兩種方案比選

　　方案一與方案二均對(duì)舊路面材料進(jìn)行了有效的利用，但是對(duì)于處治路面病害的方式不同，本節(jié)從病害處治方式、施工工藝、經(jīng)濟(jì)性、施工周期等方面對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析，確定出較合適的方案。

　　4.1病害處治方式

　　由于擴(kuò)改建道路存在結(jié)構(gòu)板底脫空情況嚴(yán)重，基層抗沖刷能力弱，穩(wěn)定性較差等問(wèn)題，為充分利用原路面面層和基層結(jié)構(gòu)，方案一基層病害處治采用注漿的方式，以達(dá)到治理基層病害的效果。注漿在實(shí)際工程中具有操作流程簡(jiǎn)單、作業(yè)成本低、施工效率高以及不需要控制交通等優(yōu)勢(shì)，在高速公路工程中得到普遍的應(yīng)用。

　　方案二通過(guò)挖除舊路面基層，鋪筑36cm水泥穩(wěn)定碎石基層，達(dá)到徹底治理路基病害的目的。水泥穩(wěn)定碎石通過(guò)碎石之間的嵌擠鎖結(jié)作用，同時(shí)用漿體填充孔隙，因此具有較高的強(qiáng)度，承載能力較高，抗?jié)B防凍性能較好。用其做基層，強(qiáng)度高，表面堅(jiān)實(shí)，遇雨不泥濘是高級(jí)路面理想的基層材料。在處治基層病害方面，兩種方案相比，方案二能夠徹底消除舊路面基層病害，且新修建的水泥穩(wěn)定碎石基層具有強(qiáng)度高，承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。方案一通過(guò)注漿方式對(duì)路基病害進(jìn)行處治，病害處治不徹底。

　　4.2經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

　　根據(jù)實(shí)際情況對(duì)各工程項(xiàng)目費(fèi)用進(jìn)行調(diào)查計(jì)算，得出兩種方案建設(shè)費(fèi)用經(jīng)濟(jì)分析表。

　　1)方案一累計(jì)費(fèi)用為17477萬(wàn)元，方案二累計(jì)費(fèi)用為17562萬(wàn)元，兩者相差85萬(wàn)元。2)在方案一中換板率預(yù)計(jì)50%，交通維護(hù)過(guò)程中，換板還將增加。故在實(shí)際施工以及后續(xù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，方案一的費(fèi)用會(huì)持續(xù)增加。3)從數(shù)據(jù)序號(hào)9，10等得出，方案一估計(jì)約為14萬(wàn)m2，舊路基層可能存在的病害隱患未能得到徹底處治，留下更多的質(zhì)量隱患，給后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)、維修增加費(fèi)用的概率更高。綜上所述，在實(shí)際的工程以及后續(xù)的維護(hù)過(guò)程中，方案二較為經(jīng)濟(jì)。

　　4.3施工工藝對(duì)比

　　方案一與方案二兩種施工工藝的不同主要表現(xiàn)在對(duì)舊路基的處理方式不同。方案一施工能更好的直接利用處治后的舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，能夠承載更重的交通車(chē)輛。但是利用舊水泥混凝土路面的車(chē)道一般主要行駛小汽車(chē)，其承載優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有得到最優(yōu)利用;在已實(shí)施的南寧至南間段(實(shí)驗(yàn)路段)建設(shè)中發(fā)現(xiàn)，水泥混凝土路面普遍存在較為嚴(yán)重的板底脫空現(xiàn)象，二灰穩(wěn)定碎石抗沖刷性能及水穩(wěn)性能較差，容易留下質(zhì)量隱患;橫坡調(diào)整工作量多、難度大，不易控制施工工期T1及瀝青混凝土面層厚度和平整度，路面后期耐久性和行車(chē)舒適性較差;新舊混凝土基層搭接整體性較差，在搭接位置新舊路基的不同沉降更易產(chǎn)生路面縱向開(kāi)裂。

　　方案二不存在水泥面板板底脫空隱患，能夠徹底暴露出舊基層病害，徹底處治舊路病害，并且厚36cm的半剛性基層路面具有更好的荷載擴(kuò)散能力，同時(shí)新舊路面存在40cm的搭接，新老路面直接模量差較小，有利于減少搭接位置沉降的差異，能夠避免或者延緩路面縱向開(kāi)裂的出現(xiàn)。在施工過(guò)程中挖除舊路面板工序簡(jiǎn)單，基層路面整體鋪筑，施工質(zhì)量容易保證，而且容易控制施工工期T3。綜合來(lái)說(shuō)，在施工工藝方面，方案二優(yōu)于方案一。

　　4.4施工組織與綠色環(huán)保對(duì)比分析

　　兩種方案均需采用半幅施工、半幅通車(chē)的交通維護(hù)方案，施工組織方案一致，但從同一路段施工工藝比較，總體上方案一比方案二的工期要長(zhǎng)、難度要大。方案一混凝土養(yǎng)護(hù)期為24d+24d=48d，混凝土基層工期T1不可控因素很多;方案二基層混凝土養(yǎng)護(hù)期為14d+14d=28d，水泥穩(wěn)定碎石基層工期T3不可控因素很少。方案一通過(guò)利用舊路面板較低能耗，但是換出來(lái)的混凝土面板不易按流水破碎處理，需集中破碎，成本更高。

　　舊路病害處治注漿方案消耗水量大，其產(chǎn)生的污水對(duì)路面及環(huán)境影響很大，后期維護(hù)難度較大并會(huì)產(chǎn)生更多建筑廢料而污染環(huán)境，景觀綠化較差。方案二后期維護(hù)可能性及難度較小，綠化帶更美觀，符合自治區(qū)政府的“綠化生態(tài)，美化廣西”的工程建設(shè)理念。本節(jié)從施工工藝、經(jīng)濟(jì)性、病害處治方式以及施工組織和綠色環(huán)保等方面對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析，得出方案二優(yōu)于方案一的結(jié)論。故對(duì)本段道路選擇方案二改擴(kuò)建方案。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　本文通過(guò)鉆芯取樣以及道路雷達(dá)多功能檢測(cè)車(chē)對(duì)該段道路的路基病害進(jìn)行檢測(cè)分析，并根據(jù)具體病害設(shè)計(jì)出兩種綠色的改擴(kuò)建方案，并從施工工藝、經(jīng)濟(jì)性、病害處治方式以及施工組織和綠色環(huán)保等方面對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析，得出方案二優(yōu)于方案一的結(jié)論，且方案二符合綠色發(fā)展要求，適合大范圍推廣。

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　　作者：汪相征1，孫超2

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