高等级水泥混凝土路面加铺工程的组织与管理

2013-01-09张海东

城市道桥与防洪 2013年9期

关键词：加铺面层沥青

张海东

（杭州市路桥有限公司，浙江杭州310011）

0 引言

高等级公路的路面加铺工程普遍存在质量要求高、施工周期短、交通组织要求高等特点，需要进行详细的调查、设计和施工等组织和管理技术与方法。同时，随着环境保护、可持续发展、低碳社会等理念的不断深化，对高等级公路的加铺工程提出了更高的要求。

本文以高等级水泥混凝土路面为切入点，详细分析该类公路路面加铺沥青混凝土的加铺对策、结构设计方法、施工工艺、施工组织与管理等技术，并依托沪青平公路的改扩建工程，对有关技术进行阐述。

1 加铺层结构设计

1.1 旧水泥路面的性能调查与评价

在高等级公路中，为了采取合理的加铺方案，并设计合理的加铺层结构，需要对旧混凝土路面进行详细的调查和评价，旧路面的调查一般包括：

（1）旧路面结构和材料组成、接缝构造及养护历史等公路修建和养护技术资料；

（2）旧路面的损坏类型、轻重程度、范围及修补措施等路面损坏状况；

（3）旧路面的路表弯沉、接缝传荷能力、板底脱空状况、面层厚度和混凝土强度等路面结构强度信息；

（4）旧路已经承受的交通荷载作用及预计的设计使用期内的交通需求；

（5）沿线气候条件、地下水位，以及路基和路面的排水状况等；

（6）沿线跨线桥及下穿道路的净空要求等。

各项内容的调查方法、评价方法和标准，可按照上海市的行业标准《公路路面养护技术规范》（DB31/T 489-2010）中的相关规定执行。其中，旧水泥混凝土路面各项指标的评价标准如表1所列。

表1 路面使用性能各项评价指标的评价等级一览表

1.2 旧路面加铺方案

1.2.1 旧路面的加铺对策

在旧水泥混凝土路面综合评定的基础之上，根据加铺后公路的使用要求，可选择分离式、结合式或钢纤维水泥混凝土加铺及沥青混凝土加铺方案，并经技术经济比较后确定。参照上海市的路面养护规范，路面加铺对策的选择可参照以下原则进行：

（1）高速公路及一级公路的PCI为中等及中等以下，或者二级公路的PCI为次等及次等以下时，应采取全路段修复或改建措施，包括板块翻修、加宽路面、补强、加铺为沥青混凝土路面等，可根据具体情况优先采用加铺沥青混合料的补强方案；

（2）高速公路及一级公路的RQI为中等及中等以下，或者二级公路的RQI为次等及次等以下时，应采取刻槽、沥青混合料罩面或加铺层等措施以改善路面的平整度；

（3）高速公路及一级公路的SRI为中等及中等以下，或者二级公路的SRI为次等及次等以下时，应采取刻槽、罩面等措施提高路表面的抗滑能力。

对上海市的高等级公路而言，若需要实施加铺工程，为了尽可能地减少加铺工程对现有交通、生活、生产和环境的影响，宜选择高性能的沥青混凝土作为加铺层材料。

1.2.2 旧路面的利用方案

在高等级水泥混凝土路面的加铺工程中，如何有效地利用旧混凝土路面，是加铺工程是否成功的关键技术之一。旧混凝土路面的利用应根据其使用性能状况、加铺后道路的使用需求和工程建设可持续、低碳化发展理念综合确定。旧混凝土路面利用方案包括：

（1）路面的损坏状况和接缝传荷能力良好，在对旧混凝土板进行相关的技术处理之后，直接在旧混凝土上加铺沥青混凝土面层；

（2）如果旧水泥混凝土面层损坏状况严重时，选用打裂压稳方案或碎石化方案处治旧混凝土路面，然后将处治后的旧路面用做改建路面的基层或底基层；

（3）当旧水泥混凝土路面板块强度达到石料二级及二级以上标准时，可回收加工作为水泥混凝土再生集料。

1.3 沥青加铺层结构设计

在旧水泥混凝土路面之上加铺沥青混凝土，根据原路面的评定等级、防止反射裂缝的要求和标高控制等因素，可设单层、双层或三层沥青面层，至少有一层采用密级配沥青混合料，可根据需要设置调平层，在路面边缘宜设置内部排水系统。

在沥青加铺层与原水泥混凝土面板之间宜撒布改性沥青或铺筑微表处、同步碎石封层，以加强层间结合，避免层间滑移。

旧水泥混凝土路面存在各类接缝和裂缝，应采取恰当的措施和设计防治反射裂缝的出现。目前可适用于大交通量道路加铺工程的防反射裂缝的措施主要有：

（1）增加沥青加铺层的厚度；

（2）在加铺层沥青混合料中掺加纤维及橡胶等改性剂；

（3）在旧混凝土板顶面或加铺层内设置应力吸收层、聚酯玻纤布或者土工织物夹层；

（4）沥青加铺层下层采用大粒径沥青碎石。

沥青加铺层下旧混凝土板的应力分析，以及沥青加铺层厚度的确定，可按照中华人民共和国现行的公路水泥混凝土路面设计规范进行。高速公路和一级公路的最小厚度宜为100 mm，其他等级公路的最小厚度宜为80 mm。旧水泥混凝土路面破碎稳固后作为底基层使用时，基层的厚度应不小于18 cm；旧水泥混凝土路面破碎稳固后作为基层使用，直接铺筑沥青混凝土面层时，沥青混凝土面层的厚度应不小于10 cm。

1.4 加铺层材料选择

加铺层材料包括混合料类型，以及沥青、集料、填料等原材料。鉴于大交通量条件对路面使用性能的高质量要求，沥青混凝土的加铺层材料（多层加铺时的磨耗层材料）宜选用SMA等高性能沥青混合料。SMA的最大公称粒径应根据加铺层的厚度按照3倍或4倍粒径原则确定。沥青混合料的组成设计应按照现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）进行。磨耗层宜采用玄武岩等具有较高抗磨耗性能的集料。沥青应采用高性能改性沥青，各性能要符合现行规范的要求。

2 施工组织与管理

2.1 路面加铺工程的特点

在大交通量公路的路面加铺工程中，其施工组织一般具有以下特点：

（1）施工工期较短；

（2）施工作业面窄；

（3）交通组织复杂；

（4）质量控制难度高；

（5）各个工序的衔接要求高。

2.2 施工工艺与质量控制

2.2.1 总体原则

为了适应大交通量公路加铺工程的特点与需求，其施工组织应该遵循对现有交通干扰小、对沿线居民生活干扰少、对沿线企业生产干扰少、对周围环境影响小、施工工艺快速有序、施工质量高并可控等总体原则。

2.2.2 施工标段划分

上海市高等级公路的加铺工程一般分年度有序实施，以缩短施工时间、减少对现有交通的干扰，因此单次加铺工程的施工长度一般都在××km以内。为了加快施工进度，在满足各个标段施工作业面需求的情况下，在段内可划分为1～××标段进行施工。

2.2.3 旧混凝土路面处理

在不同的损坏和结构状况的旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土时，需要根据实际状况对旧混凝土路面进行必要的技术处理。

（1）对直接加铺的旧混凝土路面，应更换破碎板，修补和填封裂缝，压浆填封板底脱空，磨平错台，清除旧混凝土面层表面的松散碎屑、油迹或轮胎擦痕，剔除接缝中失效的填缝料和杂物，并重新封缝，然后在上面加铺沥青混凝土面层。

（2）对原有水泥混凝土路面板的防水渗透，宜采用聚脂改性沥青油毡或聚脂玻纤布，切成50 cm宽的长条，清除水泥混凝土路面板表面杂物后，骑缝覆盖在接缝及其他裂缝上。

（3）当采用冲击破碎和振动破碎对旧混凝土路面进行破碎利用时，破碎工艺应符合设计要求。重要路段的旧水泥混凝土路面板块破碎应经过试验，确定适当的破碎工艺。旧水泥混凝土路面板块破碎前，应查明并标出涵洞、地下管线、排水管等的位置；破碎时，在涵洞、地下管线、排水管等位置不得而知进行冲击破碎。

旧水泥混凝土路面板块冲击破碎后的最大块度应不超过60 cm；振动破碎后的最大块度应不超过30 cm。破碎后的旧水泥混凝土路面应用振动压路机（25 t）或重型轮胎（15 t以上，轮胎最小充气压力为7 kg/cm2）进行振动碾压，碾压速度为2.5 km/h，往返碾压6次。

（4）若将旧水泥混凝土路面板块加工作为水泥混凝土再生集料使用时，在旧水泥混凝土路面板现场破碎后的最大块度应不超过80 cm。

2.2.4 层间结合处理

在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层，为防治反射裂缝，并增加沥青混凝土面层和旧路面之间的结合力，防止层间滑动，需要设置应力吸收层或封层，并可采取玻璃纤维格栅等措施。

为了缩短施工周期，提高粘结效果，层间结合处理可采用喷洒改性乳化沥青、改性热沥青、稀浆封层、微表处、同步碎石封层等。在同步碎石封层中还可添加纤维以提高封层的抗反射裂缝能力。层间处理宜在旧路面清理后立即进行，并采用沥青洒布车、稀浆封层机和同步碎石封层机等机械化施工装备，以提高施工质量和速度。若需要在旧水泥混凝土路面接缝及其他裂缝上铺设玻璃纤维格栅时，应遵循以下原则：

（1）根据纵横端面设计，用沥青混凝土调平旧水泥混凝土路面；

（2）根据裂缝和接缝位置图，把带背胶宽120 cm的玻璃纤维格栅居中覆盖在旧水泥混凝土路面的接缝及裂缝位置上，拉直并固定压实；

（3）格栅的纵、横向的搭接长度不小于20 cm。

2.2.5 加铺层的施工

沥青混凝土面层的施工宜在封层施工完成后，立即进行。沥青混凝土加铺层的施工应采用按照现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)进行，并符合设计的要求。从原材料输入、混合料拌合、混凝土摊铺与碾压等各个环节对施工质量进行控制。由于高等级公路的路面加铺工程的施工时间短，各个工序的之间的衔接紧，建议采用一些快速测试设备实时跟踪测试，及时反馈施工效果。若条件许可，可委托第三方专业单位进行施工过程跟踪与测试。

2.3 交通组织

对大交通量道路进行加铺，应尽可能地减少对现有交通的影响，包括机动车、非机动车和行人的通行。

高等级公路的加铺工程，一般不允许中断交通施工。在施工作业面许可的条件下，尽可能采用保持通车车道数量不变的交通组织方案。在施工现场应设置醒目、足够的交通标志和标线来引导交通。当施工需要占用、封闭已有车道时应安排在非高峰时段快速实施。如需要在夜间施工，其工序的安排不得影响沿线单位和居民的生产、生活。

若在施工时需要占用非机动车道或人行道，应开辟施工便道供非机动车或行人使用。

3 沪青平公路加铺工程实例

3.1 工程概况

沪青平公路是318国道中的一段，是上海通往外省市的一条主要干道，对上海市的发展具有重要作用。沪青平公路全线为一级公路，横断面为双向四快两慢共6车道布置（见图1）。随着社会经济的快速发展，沪青平公路的交通量增长迅速，重型车辆通行比例高。道路经过多年运营，路面出现不同程度的损坏，水泥混凝土板的沉陷或断裂严重，平整度和摩阻性能下降，严重影响了车辆行驶的安全和舒适。为了提高公路的使用性能，并进一步扩充公路的通行能力，上海市公路管理部门决定对沪青平公路分期实施加铺和拓宽工程。其中一期工程于2010年10月建成通车，其范围为K14+920～K17+670，以及 K19+300～K23+870。

3.2 旧混凝土路面的利用方案

根据旧混凝土路面的调查和评价结果，在沪青平一期工程中采用两种方案对旧混凝土路面进行利用：

（1）对损坏较严重的混凝土板块翻挖修复，对部分底部有脱空的旧水泥混凝土板实施注浆加固，在加固后的混凝土板作为底基层使用。

图1 沪青平公路的横断面图（单位：m）

（2）采用共振法破碎旧混凝土板的处治方案，将处治后的旧路面作为加铺层的基层使用。

3.3 加铺对策

针对不同的旧路面利用方案，沪青平一期工程采用两种加铺对策：

（1）将旧混凝土板处理后作为底基层使用，采用0.8 cm沥青碎石纤维封层作为结合层，在之上铺筑9 cm厚的水泥乳化沥青半柔性高强度基层，再加铺5 cm厚的AC-20沥青混凝土（0.4%抗车辙剂）和4 cm厚的SMA-13(SBS改性)。结构示意如图2所示。

图2 半柔性基层方案结构示意图

（2）将旧混凝土板采用共振破碎处理后作为基层使用，采用0.8 cm沥青碎石纤维封层作为结合层，在之上加铺8 cm厚的AC-25沥青混凝土，6 cm厚的AC-20沥青混凝土（0.4%抗车辙剂）和4 cm厚的SMA-13（SBS改性）。结构示意如图3所示。

图3 共振破碎方案结构示意图

在这两个加铺方案中，为防治反射裂缝和其它病害的过早出现，都做了充分的设计，并采用了一些新的工艺措施：采用共振法破碎水泥混凝土板，在保证旧水泥混凝土板强度的基础上，消除了原有的接缝和裂缝，减少了产生反射裂缝的应力来源；在同步碎石封层中添加了适量的纤维可进一步提高防反射裂缝的能力；在中面层中添加了抗车辙剂可提高中面层的抗车辙能力；高性能SMA-13具有良好的抗车辙性能和防水功能。

3.4 施工组织与质量控制

为了快速实施沪青平公路的改扩建工程，并减少对周边沿线单位和居民的影响。沪青平公路上海段的改扩建工程分三期进行实施。第一期工程分为4个标段组织实施。为了获得有效的加铺效果，4个标段中根据旧水泥混凝土路面的实际状况采用了两种加铺对策：水泥-乳化沥青半柔性基层和共振破碎方案。

水泥-乳化沥青半柔性基层方案的施工流程包括：先行施工混凝土板块翻修混凝土板的脱空注浆沥青碎石纤维封层摊铺水泥-乳化沥青半柔性混合料摊铺中粒式沥青混凝土及衬垫施工排砌侧平石摊铺SMA沥青混凝土面层标志、标线、绿化等工序。

共振破碎方案的施工流程包括：采用共振机械破碎就混凝板处理破碎后的表面铺设沥青碎石纤维封层摊铺粗粒式沥青混凝土摊铺中粒式沥青混凝土摊铺SMA沥青混凝土标志、标线、绿化等工序。

对施工质量的控制采取从各个工序入手，全方位、多单位控制的手段。在执行中采取材料供应商自检、材料购买方核查、施工单位自检、监理单位监控、行业管理单位检查、质检部门核查等多个部门联合的方法加以控制。质量标准严格按照国家有关规定和设计要求进行。其中为了提高SMA-13的施工质量，特别聘请了同济大学的有关专家作为施工的技术顾问，严格把关各施工工序中的质量问题。