闕毅慧
(漳州通正勘測設計院有限公司,漳州 363000)
軟土地基在我國沿海地區分布廣泛, 沿海地區一般又是經濟發達地區,對公路交通需要迫切,瀝青路面因行車舒適、 修復方便等優點而被廣泛用于大量的高等級公路。 然而由于日益嚴重的超載和軟土地基問題本身的復雜性,軟土地基質量控制并沒有得到很好的解決,道路變形沉降依然存在,導致后期養護要花大量物力、財力、人力和時間進行勘察設計和施工, 給工程質量帶來極大的影響和考驗。
國道357 線東山路段瀝青混凝土路面改造工程(K9+000~K12+100),路線全長3.1km。 二級公路,設計時速60km/h,路基寬度40m,雙向四車道,為半剛性瀝青混凝土路面,其結構為4cm 厚SBS 改性SMA-13 瀝青瑪蹄酯碎石上面層+5cm 厚SBS 改性AC-20C 中粒式瀝青混凝土中面層+7cm 厚AC-25C 粗粒式瀝青混凝土下面層+20cm 6%水泥穩定碎石基層+20cm 厚4%水泥穩定碎石基層+15cm 級配碎石。項目通車至今運營已有7 年,現狀瀝青路面已出現龜裂和沉陷等病害, 嚴重影響路面使用性能。
為了更有針對性提出合理的養護方案, 在進行養護設計前,針對舊路路況水平、結構及材料老化程度和交通狀況等因素進行深入分析。因此,對全線瀝青混凝土路面病害類型及程度進行詳細調查, 并逐樁繪制病害及其分布圖;對舊路面彎沉進行檢測;對路面結構層進行取芯分析;同時調查項目范圍內交通量及軸載等。
2.1.1 路面狀況指數PCI 評定
根據對舊瀝青路面的病害統計, 路面累計損壞面積7095.9m2,調查面積68200m2,破損率為10.4%,路面狀況指數PCI 和PCI 評定等級如下(見表1):
表1 路面狀況指數PCI 匯總表
從表1 可以看出,左幅路面狀況優于右幅,總體路面狀況指數PCI=60.6%,路面破損狀況評定等級為“次”。
2.1.2 舊路面彎沉檢測
為了解路段整體路面結構強度, 采用激光自動彎沉儀對全線行車道進行彎沉檢測, 檢測頻率為50 點/(km·車道),檢測結果見表2:
表2 路面結構強度指數PSSI 一覽表
從彎沉檢測結果可看出, 左幅路面結構強度優于右側,但總體來說,路面整體結構強度不足。
2.1.3 舊路面取芯
路面取芯檢測采用鉆孔取芯法對路面典型病害進行分析。 本次鉆取芯樣直徑為150mm,對全線進行篩選,共取病害斷面6 個,根據芯樣厚度、外觀、孔壁和孔底情況綜合分析該路段的病害發生層次,具體如表3 所示。
表3 路面取芯匯總表
根據現場取芯結果,行車道上面層結構完整,中面層和下面層的瀝青混合料出現不同程度的松散,6%水泥穩定碎石層局部松散。
2.2.1 車輛分布系數及軸載換算系數
通過現場車輛調查,大型客車和貨車交通量為5983輛/日, 交通量年增長率為5.0%, 方向系數取50.0%,車道系數取60.0%。車輛類型分布系數如表4 所示。根據公路的車輛滿載情況及現場數據的調查分析, 得到各類車型當量設計軸載換算系數如表5 所示。
表4 車輛類型分布系數
表5 車輛當量設計軸載換算系數
2.2.2 計算軸載累計作用次數
公路沿線范圍內沿線分有軟弱土層、液化砂層分布。原設計針對軟土地基有進行專項設計, 處治的措施包括換填碎石墊層、碎石樁等,并鋪筑了試驗路,但在運營了多年后,仍然存在路基不均勻沉降的情況。
通過現場附近的走訪, 了解到之前公路附近建有采砂場一座,砂車超載現象較為普遍。
右幅是砂車滿載出場的必經路,左幅是空車進場。這與現場調查右側車道病害較為嚴重相吻合。 加上近期該公路二期建設,工程車進出,加速了路基的不均勻沉陷,進而使路面產生沉陷及龜裂等病害。
因此, 該路段路面病害的原因是軟土地基結構承載力不足,強度較弱,再加上重載、超載車輛荷載作用,導致路面局部沉陷。
加鋪方案的選用主要考慮不同軟基處理措施和面層加鋪厚度來選擇, 擬定以下三種加鋪比選方案,見圖1:
三種方案的優缺點比較見表6:
圖1 三種路面加鋪方案
表6 三種路面加鋪方案優缺點比較表
根據舊路面狀況評定結果,且從投資、工期、交通影響等諸多方面綜合考慮,確定本項目采用基層注漿處置+加鋪12cm 瀝青混凝土面層修復方案。
3.2.1 加鋪瀝青面層厚度的計算
根據軸載試驗及交通量的預測, 計算得出設計使用年限內設計車道累計大型客車和貨車交通量為6273765, 交通等級屬于中等交通。 采用東南大學HPDS公路路面計算程序進行計算,確定加鋪瀝青面層的厚度。
設計參數取值如下表7:
表7 瀝青混合料、基層材料的設計參數
根據計算,得出計算結果見表8:
表8 路面設計計算結果表
3.2.2 瀝青混凝土面層結構
3.2.2.1 路面抗滑表層
改性SMA-13 與改性AC-13C 瀝青混合料的性能對比如表9 所示:
表9 表面層性能對比表
考慮到施工水平和經濟性要求, 本項目抗滑表層采用4.0cm 厚SBS 改性AC-13C。
3.2.2.2 中面層
中面層大多采用4~10cm 的中粒式連續級配組成的瀝青混凝土。 根據《福建省普通公路精細化設計指南》及工程實際情況, 本項目中面層選用7.0cm 厚中粒式改性瀝青混凝土(AC-20C)。
經過上述分析計算, 確定本項目加鋪瀝青的結構層為:5cm 厚SBS 改 性AC-13C 上 面 層 瀝 青 砼+7.0cm 厚SBS 改性瀝青砼AC-20C 中面層,每m2造價約232 元。
路面的使用性能是反映路面能否持續為行駛車輛提供安全、舒適、經濟的服務水平的特性。 本項目交工前進行了相關路面性能指標的檢測驗收, 其結果如下(見表10):
表10 路面性能指標
從表10 可知, 各驗收指標值都符合規范或設計要求,加鋪后路表彎沉值均不超過0.22mm,平均彎沉值為0.14mm,說明加鋪后路面承載力較高,結構層整體性好,滿足遠景交通量要求;路面平整度不超過1.0mm,平均值為0.92mm,說明加鋪后瀝青路面行車舒適性較好;路面構造深度均大于0.55mm,平均值為0.94mm,說明加鋪后瀝青路面抗滑性能較好,行車安全性較高。通過以上實測路面性能指標,說明本設計方案是可行的,達到預期的路面修復效果。
本文結合國道357 線東山路段瀝青混凝土路面改造工程,全面介紹在舊瀝青混凝土路面養護修復設計過程。通過對舊瀝青混凝土路面進行病害調查、彎沉檢測、交通量預測、方案比選,確定舊路處治方式和加鋪瀝青路面的厚度及結構組成, 為今后修復類似瀝青路面病害提供借鑒。