沪昆高速公路曲胜段旧路维修改造设计方案研究

沪昆高速公路曲胜段旧路维修改造设计方案研究
郭泳江;胡松山;覃润浦
【摘要】文章结合曲胜沪昆高速公路曲胜段旧路加铺升级改造方式,针对“白改黑”及“白加黑”等复合式路面和水泥混凝土路面在旧路养护过程中存在的病害类型,
依据旧路路面现有状况、强度及多次加铺养护后的路面结构,分析现有路面病害产
生的病理原因,按照不同路面结构层提出不同的设计方案,并通过综合论证比选,择优确定出更适宜该工程的路面大修改造方案.
【期刊名称】《西部交通科技》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】5页(P17-21)
【关键词】高速公路;大修改造工程;养护;病害类型;方案论证
【作者】郭泳江;胡松山;覃润浦
【作者单位】云南省公路开发投资有限公司曲靖管理处,云南曲靖655000;广西道路结构与材料重点实验室,广西南宁530007;广西交通科学研究院,广西南宁530007;广西道路结构与材料重点实验室,广西南宁530007;广西交通科学研究院,
广西南宁530007
【正文语种】中文
【中图分类】U418.6
曲靖至胜境关高速公路是《国家高速公路网规划》中上海-昆明高速公路
(G60)云国家交通建设计划的主要路线。

该路段路线全长74.824 km，设计远景交
通量(2016年)：曲靖至天生桥段为55 560辆/昼夜；天生桥至胜境关段为31 192辆/昼夜。

由于老路面结构厚度设计较薄，虽近些年进行多次养护，仍不能满足曲胜高速公路大交通、重载运煤专线的现实，致使旧水泥混凝土路面出现大量破板断裂、反射裂缝、车辙、推移、沉陷、坑槽等病害。

目前该路段面临大修改造，有必要结合该段大修改造工程对现有老路面进行针对性的改造设计，以确保维修改造施工质量、节约投资成本。

K0+000～K15+600(上、下行线)原路面结构设计为18 cm钢纤维混凝土+20 cm 水泥稳定碎石基层+15 cm级配底基层；K15+600～K23+000原路面结构设计为26 cm素水泥混凝土面层+20 cm水泥稳定碎石基层+15 cm级配碎石底基层；K23+000～K48+000原路面结构设计为26 cm素水泥混凝土+20 cm水泥稳定碎石基层+15 cm级配碎石底基层。

该路段路面日常养护的主要工作是裂缝的修补和灌缝，局部路段为龟裂、坑槽、沉陷的挖补。

随着日交通量的增加，部分路段路用性能下降，不同时间段对部分路段进行养护如下：
(1)2003年11月对曲胜高速公路水泥混凝土路面进行第一次修复，主要工作为修复混凝土破损板等；
(2)2005年对K0+000～K17+123进行了全幅沥青混凝土罩面，即4.5 cm的AK-13沥青混凝土，耗资3 400多万元；
(3)2010年迎国检专项大修对K17+123～K48+080行车道和超车道进行1 cm微表处罩面养护，耗资4 251万元，主要工程量为修复混凝土破损板和1 cm微表处罩面。

截至2011年该路段交通量剧增，尤其是超载超限车辆的增加，如图1所示，导致运营过程中水泥混凝土路面及复合式路面出现断、碎板、裂缝、唧泥等多种病害，经多次修复，仍未达到好的效果，导致公路服务水平下降。

截至2012年，K0+000～K23+500病害类型较为严重，主要归为四类：纵向裂缝、横向裂缝、板角断裂、破碎板等，各种病害的病理分析如下：
(1)纵向裂缝分析。

通过对该段高速公路路面纵向裂缝开裂所处的位置及外观分析，主要原因是路基的不均匀沉降引起路基的纵向裂缝。

(2)横向裂缝分析。

横向贯穿裂缝的产生主要是由混凝土本身的性质以及混凝土抗
拉强度太低造成的；另外，也是由于施工不当、切缝不符合要求所造成，如施工切缝时间掌握不当，切割不及时，切缝深度不符合要求，切缝过浅等因素。

(3)板角断裂分析。

此病害类型原因可以归结为内部水化反应引起面板龟裂以致最
终断裂；混凝土面板的翘曲应力引起面板断裂；水泥混凝土面板厚度严重不足而发生裂缝形成断板。

(4)破碎板分析。

破碎板病害的主要原因为：①水的防治不够，路基土质差及路基
地下水位高；②路基不均匀沉降；③路面基层，面层强度不足；④超重荷载的作用；
⑤设计和施工缺陷。

2012年4月和2013年9月，分别采用落锤式弯沉仪FWD检测车、探地雷达、
路面取芯机及人工辅助调查的方式对不同路段进行了全面检测，路况调查结果见图2。

2012年调查结果显示：(1)K15+600～K18+000、K21+000～K22+000的路面
损坏PCI为次等级，K18+000～K21+000、K22+000～K23+500的路面损坏PCI为差等级，反映出整个路段的技术状况非常不好，严重影响了道路的行驶质量和行驶安全；(2)K15+600～K23+500以上行线为例，该路段代表弯沉位于
0.15～0.35 mm，50%路段代表弯沉值>0.20 mm，其中最大为0.351 1 mm，
位于上行线K19+000～K20+000L路段。

2013年调查结果显示：(1)K1+500～K15+600(上、下行线)段复合式路面裂缝、破碎板比较普遍，分别占病害面积的88.6%及6.7%；(2)K23+500～K48+000(上、
下行线)段素水泥混凝土路面裂缝和破碎板分别占病害面积的42.4%及39.5%；(3)经多功能检测车检测，计算检测路段路面状况指数PCI=76.2%，评定等级为中；
计算调查路段上行线K23+500～K48+000段路面状况指数PCI=55.40%，评定
等级为差，下行线K17+200～K48+000段路面状况指数PCI=64.13%，评定等
级为次。

2013年针对上述调查结果及路面病害的类型、成因、范围及程度对
K15+600.00～K23+500进行专项整治处理，不同路况养护结构方案为：
本阶段K15+600～K17+700养护结构方案调整为修(复)补后水泥混凝土路面+2 cm橡胶沥青混凝土调平层+单面烧毛土工布+SBR改性乳化沥青粘层+8 cmAC-
20C改性沥青混凝土+SBS改性沥青粘结防水层+4 cmSMA-13SBS改性沥青混凝土；K17+700～K20+306.901、K20+940.050～K718.393、K22+439.545～
K23+500路段原水泥混凝土进行碎石化处理，后进行加铺养护，具体养护结构方案为：碎石化水泥混凝土路面+乳化沥青透层+8 cmAC-25C沥青混凝土+SBR改性乳化沥青粘层+6 cmAC-20C沥青混凝土(添加抗车辙剂)+SBS改性沥青粘结防
水层+4 cmAC-16C沥青混凝土(添加抗车辙剂)；K20+306.901～K20+940.050、K21+718.393～K22+439.545超高调整段结构设计方案为：20 cm级配碎石底
基层+38 cm水泥稳定碎石基层+乳化沥青+8 cmAC-25C沥青混凝土+SBR改性
乳化沥青粘层+6 cmAC-20C沥青混凝土(添加抗车辙剂)+SBS改性沥青粘结防水
层+4 cmAC-16C沥青混凝土(添加抗车辙剂)。

针对现场调查病害类型结果，采用局部单点病害处理的方法进行维修。

(1)反射裂缝。

本工程反射裂缝主要体现为两种形式：①出现反射裂缝，但裂缝间
距较小，裂缝处未发生沥青面层松散或剥落。

②裂缝间距较大，且存在明显裂缝，裂缝处存在局部或整体沥青混合料松散及剥落，甚至出现局部坑洞。

对于发生反射裂缝，但未发生沥青混合料剥落及松散的可采用普通70#热沥青或
乳化沥青进行灌缝，以起到封水作用；对发生反射裂缝，且存在严重沥青混合料剥落及松散的，需进行适当扩缝处理，并清除缝内粉尘，采用AC-13混合料进行填缝处理。

(2)本工程前期养护过程中沥青层与水泥混凝土路面之间设置了土工布，但是由于土工布与底部水泥混凝土路面粘结效果较差，且雨水浸入土工布后容易在土工布与水泥混凝土路面表面间形成滑动层，进而造成路面推移及车辙病害发生。

对于出现推移及车辙的路段，为根本解决底部层间粘结的问题，可根据推移程度对原沥青加铺层进行铣刨重铺。

(3)断板及局部沉陷。

断板及严重沉陷路段需进行换板处理，对于板角断裂后沉陷病害主要是由于该类病害路面板及基层已发生了一定破坏，部分开挖板块发生了松动，且面板底部存在自由水。

对发生局部断板及沉陷的面板，需进行挖除处理。

为节约工期，并提高工程质量，挖除部分采用碾压混凝土进行回填铺筑。

铺筑完成后，喷洒乳化沥青粘层，并恢复原沥青面层。

在对路面局部病害采取板底注浆加固及换板处治、刨铣处理等措施后，如何根据现有路面病害特点，拟定合理的加铺改造方案，消除路面内部结构矛盾及缺陷，改善并提高本工程路面服役性能及使用寿命，是本次大修改造设计的重点。

(1)第一段：K0+000～K15+600(上、下行线)段复合式路面，根据路面损坏分类进行恢复性处治方案设计，如表1所示。

(2)第二段：K15+600～K23+000(下行线)、第三段：K23+000～K48+000(上、下行线)素水泥混凝土路面。

①方案一：变刚性路面为柔性沥青路面，见表2；②方案二：增加路面结构层。

不处理原路面，标高整体升高54 cm；③方案三：原素水泥混凝土路面碎石化处理后：采用4 cmSMA-13+6 cmSBS改性沥青+8 cm 沥青混凝土+36 cm水稳层+玻纤格栅高整体提高18 cm。

结合以上技术分析及经济比较，考虑到第一段和第二段工期紧、任务重，在充分利用旧路面结构形式的基础上，采用单点病害处理方法对原路面进行修复，后采用4 cmAC-13C作为加铺层结构，既缩短工期又节约成本。

方案三虽结构性能方面较好，但造价较高。

综合各种因素，初步确定第三段结构方案为：4 cmSBSAC-13C 沥青混凝土+乳化沥青粘层(0.6 kg/m2)+6 cmAC-20C沥青混凝土(添加抗车辙剂)+乳化沥青粘层0.8 kg/m2+玻纤格栅+乳化沥青粘层(0.25 kg/m2)+1 cm胶
沥青应力吸收层+处治后原素混凝土路面。

本工程沿线多纵坡及弯道，且重车较多，沥青与水泥混凝土界面处理效果是本工程成功与否的关键问题。

原设计的铣刨原路面微表处，并在AC-20面层与水泥混凝土路面间设置橡胶沥青应力吸收层的方法，存在铣刨表面粉尘难以清洗，无法保证界面清洁度、橡胶沥青膜较厚、碎石撒布量过大等问题，根据实际情况提出如下优化方案：
原设计采用铣刨机对路面微表处层进行铣刨处理，存在如下技术问题：由于铣刨所产生的表面粉尘较厚，且滞留在铣刨沟槽中无法完全清除。

这不仅影响沥青碎石层的粘结状况，且铣刨所产生的纵向沟槽，容易导致层间滞留水分，影响路面结构稳定。

保留原微表处层，对路肩及新浇筑面板进行表面刻槽处理。

为消除旧路表面高度差，新浇筑混凝土面板厚度应增大1 cm以保持与微表处层齐平，且对原路肩或慢车道处水泥面板增加一道撒布工艺。

(1)保留原水泥混凝土表面微表处层，新浇筑换板水泥混凝土修至与微表处层齐平，对路测爬坡车道水泥混凝土面板表面进行刻槽处理。

(2)采用在水泥界面撒布0.3～0.5 kg/m2改性乳化沥青并铺装2 cmAC-5砂砾石
应力吸收层，提高对旧路面平整度的调整程度，增强沥青-水泥路面界面效果。

采用抗裂效果及对层间抗剪效果更好的橡胶沥青同步碎石应力吸收层，其不仅能够有效嵌入水泥路面刻槽中，增加层间抗剪力，同时自身材料性能稳定，不会因温度
变化而发生自身的滑移，且与上面层粘结状况良好。

经过多方论证，最后确定第三段路面结构方案为：4 cmSBSAC-13C沥青混凝土+乳化沥青粘层(0.35 kg/m2)+6 cmAC-20C沥青混凝土(添加抗车辙剂)+乳化沥青
粘层(0.45 kg/m2)+1 cm橡胶沥青应力吸收层+处治后原素混凝土路面。

本文结合曲胜高速公路路面加铺改造大修工程，在对旧路路面状况、结构强度、病害类型等分析的基础上，依据车道并道施工原则，确定出“白改黑”路面、“白加黑”路面及水泥混凝土路面不同病害处理措施，并通过对多种路面加铺方案进行综合论证，依据充分利用旧路面、节约投资成本、更有利于重载交通荷载作用的原则，确定出更为适宜的复合式路面加铺方案。