本文摘要：摘要:針對高速公路改擴建項目中道路拓寬產(chǎn)生的路面結(jié)構(gòu)利用問題，以蘭�？诟咚贇J州至防城港段改擴建工程為例，對舊混凝土板病害路段進行路面檢測并評定舊路面技術(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，并對各
摘要:針對高速公路改擴建項目中道路拓寬產(chǎn)生的路面結(jié)構(gòu)利用問題，以蘭�？诟咚贇J州至防城港段改擴建工程為例，對舊混凝土板病害路段進行路面檢測并評定舊路面技術(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，并對各方案從技術(shù)實施到工程運維各方面進行綜合比選，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欄，設置中央綠化帶為最終實施方案。
關(guān)鍵詞:病害檢測;病害處治;改擴建方案
1概述
高速公路是交通運輸業(yè)中最重要的基礎設施，具有通行速度快，交通流量大的特點[1]。截止到2019年底，全國高速總里程達到14.96萬km，位居世界第一。隨著國內(nèi)交通水平不斷的發(fā)展，20世紀90年代初期投入運營的多條高速公路逐漸進入大中修的工程周期，同時為了滿足日益增長的交通需求，許多重點公路急需進行技術(shù)標準升級、拓寬改造[2]。國內(nèi)一些學者對高速公路路面擴建進行了研究。
程全等[3]通過昌樟高速公路路面擴建工程，提出了分車道路面設計、老舊路面改建、擴建路面等的設計思路;李智[4]從老路的橫斷面設計、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性出發(fā)，提出高速公路改擴建工程路基設計方法;吳恩明等[5]闡述了城區(qū)高速公路拼寬改擴建工程的各種方案，并結(jié)合具體情況對各種可能存在的改擴建拼寬方案進行了不同層次的比較;談彤[6]以高速公路改擴建工程成功技術(shù)為基礎，研究采用層次分析法、模糊層次綜合評價法確定改擴建方案的辦法，并結(jié)合瓦九路山區(qū)公路改擴建工程實例。
探討了山區(qū)公路改擴建方案的選擇及施工過程控制;吳中[7]以青海省西寧至互助公路擴能改建工程中關(guān)鍵技術(shù)為例，分別研究了該項目的路線選線、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選線、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;程遠志等[8]根據(jù)實際工程狀況，總結(jié)出高速公路改擴建路線的設計要點;董剛[9]通過對某段高速路的實例分析，針對高速公路加寬改建路基路面工程的病害原因、病害處置、施工設計、施工技術(shù)等方面，對加寬改建關(guān)鍵技術(shù)進行簡要分析，工程施工后滿足了施工要求，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)重于改擴建公路的技術(shù)難點與施工方法。為考慮舊路面材料的處理，在設計此類項目中，如何對原有路面結(jié)構(gòu)進行利用成為了新的工程難題。目前國內(nèi)諸多項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行處理，浪費了舊路面材料，不符合綠色發(fā)展理念，且對路面結(jié)構(gòu)拼接的設計方案及施工方法具有較高的要求[10]。
如何既滿足道路行駛安全舒適的要求，又能在一定程度上節(jié)約資源并使得設計方案具有很強的可實施性，成為了目前此類項目的一個核心問題。本文采用公路雷達檢測車對相關(guān)高速公路路段的病害進行探測，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，通過相關(guān)實驗與一般路面結(jié)構(gòu)方案進行對比分析，為高速公路改擴建提供一種綠色節(jié)能的方案，符合國家的綠色發(fā)展要求。
2工程背景
蘭州至�？诟咚俟肥菑V西公路網(wǎng)主骨架縱向干線桂海高速公路的重要路段，同時也是廣西壯族自治區(qū)“六橫七縱八支線”高速公路網(wǎng)中“縱六”線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重。一方面路面經(jīng)常要占道維修，給車輛通行帶來極大的安全隱患，另一方面，原道路在中央分隔帶上所設的水泥防撞墻，晚間行車不防眩，景觀不好，本項目作為連接廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)的主干道，改擴建工程迫在眉睫。
欽州至防城港段工程為舊路擴建工程，全長為30.02km，原有公路為雙向四車道，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)拼接方式擴建為八車道，整體式路基寬42m(每側(cè)加寬8.75m)，其中:行車道寬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病害檢測分析與改擴建方案
3.1病害檢測
現(xiàn)階段道路路面檢測技術(shù)種類繁多，為不影響正常的交通運行，利用鉆芯和雷達檢測兩種方式對該路段的路面病害進行調(diào)查，綜合評定欽防高速公路舊路面技術(shù)狀況。
3.1.1道路多功能檢測車檢測
道路多功能檢測車引進了車載雷達探測系統(tǒng)。在操作時車上的雷達系統(tǒng)向路面發(fā)射雷達波，遇到病害目標后，以圖像的方式傳輸?shù)杰噧?nèi)電腦屏幕上。在實際測量中，為避免妨礙正常交通運行，規(guī)定多功能道路檢測車車速為60km/h;為保證檢測精度，每條車道行駛?cè)巍?/p>
通過雷達成像可以看出該路段主要存在面板與基層脫空、面板與基層錯動、基層松散與錯斷以及基層與墊層交界處含水等道路病害。將四種病害的長度進行整理匯總。
1)通過地質(zhì)雷達檢測發(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動沉陷，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)的各類病害，無論從出現(xiàn)次數(shù)和總長度統(tǒng)計結(jié)果都反映出病害較嚴重;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)強度調(diào)查反映的情況是一致的。病害最為嚴重的路段5，缺陷路段長度占調(diào)查路線長度的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)各類病害中面板與基層脫空現(xiàn)象最為突出，此類病害長度約占缺陷總長度的53%，其次是面板基層錯動與沉陷，部分基層出現(xiàn)松散，但數(shù)量較少，約占全部調(diào)查路線長度的2.8%，此類病害對路面結(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為中，其中約20%的路段病害較嚴重，狀況等級屬于次～差。對結(jié)構(gòu)影響大的主要病害類型為破碎板、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，單獨的橫向斜向裂縫病害出現(xiàn)的較少。
3.1.2鉆孔取樣檢測
為確定原有路面結(jié)構(gòu)層的厚度以及強度，在各路段不同位置的路面及基層進行鉆芯取樣，并利用萬能試驗機對試樣的劈裂強度、彎拉強度以及彎拉彈性模量進行測量。
1)基層調(diào)查平均厚度符合原設計，基層鉆芯芯樣大多能夠完整取出，說明基層整體強度較高，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)定類基層抗沖刷性不足，路面普遍出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象。
2)各路段混凝土彎拉強度標準值均大于4.5MPa的設計彎拉強度要求。其中路段5整體強度較低，各路段芯樣劈裂強度變異水平為中～高。此外經(jīng)計算，各路段混凝土的彎拉彈性模量標準值Ec在34000MPa～36000MPa之間，滿足設計規(guī)范要求。
3)原路面基層為二灰穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)，設計厚度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。
芯樣完整率達到94%。由此說明檢測路段內(nèi)基層整體狀況較好，整體強度較高，大部分芯樣抗壓強度在9.3MPa～22.4MPa之間，除K12+300處芯樣以外，基層芯樣普遍比較密實。由此說明調(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情況發(fā)現(xiàn)，對于路面使用狀況次～差的路段，目前己出現(xiàn)大面積的斷裂及其他病害，該段路面基本無法作為后期加鋪瀝青段的下承層，同時，由于原路面基層為二灰穩(wěn)定碎石基層，抗沖刷性能較差，全線存在極為嚴重的脫空現(xiàn)象。
3.2改擴建方案
通過監(jiān)測分析，確定全線原剛性路面結(jié)構(gòu)板底脫空情況嚴重，基層抗沖刷能力弱，穩(wěn)定性較差，無法進行搭接處理，考慮采用加鋪瀝青路面結(jié)構(gòu)的方式對本段進行優(yōu)化設計。為保證加鋪瀝青路面結(jié)構(gòu)具有良好的路用性能，對該路段路面二灰穩(wěn)定碎石基層及水泥混凝土路面進行全面處置以保證其整體結(jié)構(gòu)強度;對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，在此基礎上提出兩種方案路面結(jié)構(gòu)。
相較于普通擴改建方案，上述兩種改建方案均對舊水泥路面的破碎材料進行了有效利用，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舊路面材料進行了有效的利用，但是對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)濟性、施工周期等方面對兩種方案進行對比分析，確定出較合適的方案。
4.1病害處治方式
由于擴改建道路存在結(jié)構(gòu)板底脫空情況嚴重，基層抗沖刷能力弱，穩(wěn)定性較差等問題，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，以達到治理基層病害的效果。注漿在實際工程中具有操作流程簡單、作業(yè)成本低、施工效率高以及不需要控制交通等優(yōu)勢，在高速公路工程中得到普遍的應用。
方案二通過挖除舊路面基層，鋪筑36cm水泥穩(wěn)定碎石基層，達到徹底治理路基病害的目的。水泥穩(wěn)定碎石通過碎石之間的嵌擠鎖結(jié)作用，同時用漿體填充孔隙，因此具有較高的強度，承載能力較高，抗?jié)B防凍性能較好。用其做基層，強度高，表面堅實，遇雨不泥濘是高級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)定碎石基層具有強度高，承載能力強等優(yōu)點。方案一通過注漿方式對路基病害進行處治，病害處治不徹底。
4.2經(jīng)濟性對比
根據(jù)實際情況對各工程項目費用進行調(diào)查計算，得出兩種方案建設費用經(jīng)濟分析表。
1)方案一累計費用為17477萬元，方案二累計費用為17562萬元，兩者相差85萬元。2)在方案一中換板率預計50%，交通維護過程中，換板還將增加。故在實際施工以及后續(xù)運營過程中，方案一的費用會持續(xù)增加。3)從數(shù)據(jù)序號9，10等得出，方案一估計約為14萬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，給后期運營維護、維修增加費用的概率更高。綜上所述，在實際的工程以及后續(xù)的維護過程中，方案二較為經(jīng)濟。
4.3施工工藝對比
方案一與方案二兩種施工工藝的不同主要表現(xiàn)在對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輛。但是利用舊水泥混凝土路面的車道一般主要行駛小汽車，其承載優(yōu)點沒有得到最優(yōu)利用;在已實施的南寧至南間段(實驗路段)建設中發(fā)現(xiàn)，水泥混凝土路面普遍存在較為嚴重的板底脫空現(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散能力，同時新舊路面存在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裂的出現(xiàn)。在施工過程中挖除舊路面板工序簡單，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。綜合來說，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)保對比分析
兩種方案均需采用半幅施工、半幅通車的交通維護方案，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、難度要大。方案一混凝土養(yǎng)護期為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。方案一通過利用舊路面板較低能耗，但是換出來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)生的污水對路面及環(huán)境影響很大，后期維護難度較大并會產(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”的工程建設理念。本節(jié)從施工工藝、經(jīng)濟性、病害處治方式以及施工組織和綠色環(huán)保等方面對兩種方案進行對比分析，得出方案二優(yōu)于方案一的結(jié)論。故對本段道路選擇方案二改擴建方案。
5結(jié)語
本文通過鉆芯取樣以及道路雷達多功能檢測車對該段道路的路基病害進行檢測分析，并根據(jù)具體病害設計出兩種綠色的改擴建方案，并從施工工藝、經(jīng)濟性、病害處治方式以及施工組織和綠色環(huán)保等方面對兩種方案進行對比分析，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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