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高速公路長隧道水泥砼路面處治后性能效果跟蹤研究

2024-01-05 07:14劉瓊黃民如曹景超
廣東交通職業技術學院學報 2023年4期
關鍵詞:工后紋理路段

劉瓊,黃民如,2,曹景超

(1.廣東交科檢測有限公司,廣東 廣州 510550;2.廣東交科技術研發有限公司,廣東 廣州 510550;3.廣東寧華高速公路有限公司,廣東 梅州 514000)

近十余年來,廣東省建設的高速公路以穿越山區與丘陵為主,故隧道工程在廣東并不鮮見[1]。由于水泥砼路面具有抗壓強度高、面層承載力強、顏色較淺的特點,被廣泛應用于隧道路面,尤其是長隧道與特長隧道。而因隧道內部環境較為封閉,空氣流通速度慢,汽車尾氣及顆粒物在水的作用下附著于水泥砼路面表層,隨著時間的增長,逐漸形成蠟質層附著于路表。隨著通車使用年限的增加,路面抗滑指標逐漸無法滿足保證行車安全的要求。

為了盡量降低交通量、行車速度及使用環境等外部因素對研究結果的影響,本文以廣東EG高速中的幾座長隧道水泥砼路面處治為例分析各性能指標變化情況,主要包括ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道等三座隧道,其處治措施見表1。為了更好地掌握各養護措施對隧道水泥砼路面性能的變化情況,為后續隧道水泥砼路面處治提供數據與經驗支持,本文主要研究跟蹤隧道水泥砼路面不同處治措施的性能效果變化情況,研究內容包括外觀質量、行駛質量、抗滑性能、瀝青混凝土的滲水系數及各措施的經濟效益[2]。

表1 隧道處治明細表

1 隧道水泥砼路面處治技術簡介

(1)HOG紋理化:采用高強度陶瓷刃具在水泥砼路面淺表層沿行車方向刻畫出致密的波浪形紋理,用于增加水泥砼路面表觀的紋理構造,提高舊水泥路面抗滑性能。

(2)精銑刨:是在標準銑刨工藝的基礎上加密刀頭的“精銑刨鼓”,采用精銑刨鼓在水泥砼路面上銑刨,使得路面銑刨后表觀紋理更加細密,增大銑刨后路表的微觀構造,從而提高水泥砼路面的抗滑性能。

(3)加鋪瀝青混凝土(Novachip、UHPP):采用一定級配的粗細集料及礦粉,加上瀝青按照一定比例在嚴格控制條件下拌制而成的瀝青混合料。用于改善隧道水泥砼路面,該項目主要采用Novachip、UHPP兩種方式,對原材料主要要求如下。粗集料:選用潔凈、干燥、表面粗糙的玄武巖、輝綠巖、安山巖、閃長巖、變質花崗巖等硬度和強度高的石料,不能采用石灰巖等強度低、耐磨性差的石料[3]。細集料:選機制砂或精制石粉(100%破碎加工而成),應該潔凈、干燥、無風化、無雜質,與瀝青有良好的粘結能力。瀝青:UHPP采用超高黏改性瀝青,Novachip采用SBS改性瀝青。

2 隧道水泥砼路面處治效果

2.1 外觀質量分析

根據《公路路基路面現場測試規程》(JTG 3450—2019)要求對ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道處治后外觀質量進行調查,并通過手工鋪砂儀對其進行構造深度測試,見圖1。結果顯示:HOG紋理化與精銑刨處治措施路段結構清晰、紋理均勻、表面平順;Novachip與UHPP處治措施路段表面平整密實,無泛油、松散、裂縫和明顯離析等現象。四種養護措施表觀構造深度為1.12~1.32 mm,HOG紋理化的構造深度稍大,主要由于其使用刀頭較大,紋理深度較大;加鋪瀝青混凝土(Novachip、UHPP)表面構造均勻、紋理清晰、粗細集料互相嵌擠,具有較好的宏觀構造。

(a)HOG紋理化

(b)精銑刨

(c)Novachip

(d)UHPP

2.2 抗滑性能分析

根據《路基路面現場測試規程》要求,采用SCRIM型橫向力系數檢測車對ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道主車道進行SFC檢測,每10 m輸出一個數據,計算各隧道SFC平均值,并按照《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210—2018)進行評定[5],具體情況見圖2與表2~4。結果顯示:四種養護措施對隧道水泥砼路面的路面抗滑性能均有不同程度的提升作用,處治后各隧道抗滑性能均評定為優等級。HOG紋理化與精銑刨處治路段抗滑性能提升幅度相對較小,SFC提升14;Novachip與UHPP處治路段抗滑性能提升明顯,SFC提升24。跟蹤1年后,HOG紋理化與精銑刨處治路段抗滑性能衰減較快,基本恢復至處治前水平,評定為中次等級,不滿足規范要求,項目公司對其再次進行處治;但Novachip與UHPP處治路段抗滑性能仍保持較好,均評定為優等級。跟蹤3年后,Novachip與UHPP處治路段抗滑性能仍保持較好,均評定為優良等級,SFC分別為47、53。雖然抗滑性能較高,但路表開始出現松散病害。

圖2 各養護措施路面橫向力系數

表2 各隧道路面主車道SRI各評定等級長度統計表(工后1月)

表3 各隧道路面主車道SRI各評定等級長度統計表(工后1年)

表4 各隧道路面主車道SRI各評定等級長度統計表(工后3年)

2.3 行駛質量分析

根據《路基路面現場測試規程》要求,采用道路多功能檢測車對ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道主車道進行路面國際平整度指數(IRI)檢測,每10 m輸出一個數據,計算IRI百米均值,具體情況見圖3。結果顯示:四種養護措施對隧道水泥砼路面的路面行駛質量均有不同程度的提升,HOG紋理化與精銑刨提升幅度相對較小,分別提升0.2 m/km、0.35 m/km,但精銑刨效果稍佳,主要由于精銑刨可將部分水泥面板錯臺位置進行打磨;Novachip與UHPP處治路段行駛質量改善明顯,分別提升0.94 m/km、0.83 m/km。對各養護措施路面行駛質量進行跟蹤,四種養護措施路面國際平整度指數變化較小,基本可認為保持穩定。

圖3 各養護措施國際平整度指數

2.4 滲水系數分析

根據《路基路面現場測試規程》要求,采用路面滲水儀對PSJ隧道上下行主車道進行路面滲水系數檢測,具體結果見圖4。結果顯示:工后1個月,Novachip與UHPP處治路段路面滲水系數分別為1525 mL/min、3125 mL/min。兩者之間的差異主要由于空隙率不同,Novachip與UHPP空隙率分別為15%、22%。對Novachip與UHPP處治路段滲水系數進行跟蹤,工后3年滲水系數分別為280 mL/min、420 mL/min,兩者差距變小,主要由于后期車輛壓密、粉塵填充、空隙通道堵塞所致。

圖4 Novachip與UHPP處治路段滲水系數

3 經濟效益分析

將HOG紋理化、精銑刨、Novachip、UHPP等四種養護措施的直接工程費進行對比,直接工程費主要參考市場價格。各項措施直接工程費及特點見表5。結果顯示:從處治后抗滑性能與行駛質量效果來看,Novachip、UHPP較HOG紋理化、精銑刨更佳,且耐久性更好,但HOG紋理化、精銑刨處治費用低。從施工工藝來看,HOG紋理化、精銑刨施工操作簡單,不需要進行下承層處治,可快速提高路面抗滑性能;Novachip、UHPP施工復雜,前期準備工作較多,且需要處置下承層工作面,對施工隊伍的素質要求更高。

表5 各措施直接工程費及特點統計表[6]

4 結語

通過對EG高速的ZGS隧道的HOG紋理化、LMG隧道的精銑刨、PSJ隧道上行的UHPP與下行的Novachip的跟蹤研究,得出以下結論:HOG紋理化與精銑刨措施可作為隧道水泥砼路面抗滑處治的應急處理方案,用于局部處治或臨時應急性處治隧道水泥砼路面,路面橫向力系數SFC可提高至48及以上,施工簡單,操作方便,費用低等優點,但其耐久性較差。Novachip與UHPP可作為隧道水泥砼路面抗滑處治的長治方案,處治后面路面橫向力系數SFC可提高至54及以上,可較大幅度地改善路面行駛質量,作為半開級配瀝青混合料也可較好改善路表排水功能,抗滑性能能維持于優等級不少于3年,耐久性較好,綜合使用性價比高。

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