大新高速公路路面维修处治设计

2015-01-11高源

山西交通科技 2015年2期

高源

（山西省交通规划勘察设计院，山西太原 030012）

1 概况

山西省作为以煤炭资源为主的能源大省，重型和特重型车的运输比例很高，局部路段在超负荷行车荷载的作用下，出现了不同程度的病害。路面病害的发生给公路的正常运行造成了较大的影响，车辆在公路上不能快速通过，堵车现象时有发生，行车存在安全隐患，公路的服务水平也随之降低。

大（同）新（广武）高速公路是大（同）运（城）高速公路的重要组成部分，全长97.009 km，其中水泥混凝土路面51.017 km，沥青路面45.992 km，于2002年12月建成，并正式投入运营。经过多年的运营，所属大新高速的水泥混凝土路面出现了破碎板、露骨、错台等病害；而沥青混凝土路面则出现了网裂、横向裂缝、纵向裂缝、车辙等病害；局部路段路面的基层也出现了不同程度的损坏。各相关单位对大新高速公路路面进行了全面调查、检测，并提出了相应的维修处治方案。

2 检测方案与评价方法

2.1 检测方案

根据现行《公路技术状况评定标准》（JTG H20—2007）[1]将公路技术状况分为优、良、中、次、差5个等级，按表1规定的标准确定。

表1 公路技术状况评定标准

根据大新高速公路的实际情况，为了能较为全面地掌握现有路面的破坏情况，制定了有针对性、人工调查与仪器检测相结合的方法对现有路面进行全面调查，具体方案详见表2。

表2 路面检测方案一览表

2.2 评价方法

2.2.1 路面状况指标（PCI）评价方法[1]

路面（PCI）计算方法：确定不同损坏类型、严重程度的权重；按公里分列计算路面破损率（DR），并按公式PCI=100-a0DRa1计算路面状况指数（PCI），再以公里为单位，分车道评定路面状况等级。

通过对路面破损状况调查数据分析，大新高速上行方向PCI总体平均值74.84，按现行规范评价为中；大新高速下行方向PCI总体平均值74.23，按现行规范评价为中。

2.2.2 路面车辙（RDI）评价方法[1]

路面车辙用路面车辙深度指数（RDI）评价按式（ 2）：

式中：RD为车辙深度；RDa为车辙深度参数，采用20 mm；RDb为车辙深度限值，采用35 mm；a0为模型参数，采用2.0；a1为模型参数，采用4.0。

通过对车辙数据分析，大新高速公路上行路面车辙深度指数（RDI）平均值为89.42，按现行规范评价为良；大新高速公路下行路面车辙深度指数（RDI）平均值为86.04，按现行规范评价为良。

2.2.3 路面结构强度（PSSI）评价方法[1]

路面结构强度指数（PSSI）按式（3）计算：

式中：SSI为路面结构强度系数，为路面设计弯沉与实测代表弯沉之比；ld为路面设计弯沉，mm；l0为实测代表弯沉，mm；a0为模型参数，采用 15.71；a1为模型参数，采用-5.19。

通过对路面结构强度调查数据分析，大新高速上行方向路面PSSI总体平均值90.88，按现行规范评价为优；大新高速下行方向路面PSSI总体平均值88.70，按现行规范评价为良。

2.2.4 路面行驶质量指数（RQI）评价方法[1]

路面平整度的评价标准采用路面行驶质量指数（ RQI）按式（ 4）评价：

式中：IRI为国际平整度指数；a0为标定系数，采用0.026；a1为标定系数，采用 0.65。

通过对平整度检测数据分析，大新高速上行方向路面RQI总平均值为92.41，按现行规范评价为优；大新高速下行方向路面RQI总平均值为92.85，按现行规范评价为优。

2.2.5 路面抗滑性能(SRI)评价方法[1]

路面抗滑性能用路面抗滑性能指数（SRI）评价，按式（ 5）计算：

式中：BPN为摆值；SFC为横向力系数；SRImin为标定参数，采用35.0；a0为模型参数，采用28.6；a1为模型参数，采用-0.105。

通过对路面抗滑性能调查数据分析，大新高速上行方向路面SRI总体平均值88.20，按现行规范评价为良；大新高速下行方向路面SRI总体平均值85.91，按现行规范评价为良。

2.2.6 地质雷达检测

地质雷达技术（Ground Penetrating Radar，简称GPR）利用主频为106～109Hz波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过发射天线发射器发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，被雷达天线接收器所接收并传输到主机，对所接收的雷达信号进行处理和图像解译，达到探测目的。

根据测线雷达成像剖面图，运用解译方法对所有剖面进行了分析解释。选择局部段的典型剖面解释如图1、图2。

图1 慢车道中央测线K517+370—K517+394段探测典型雷达剖面图

该典型剖面为慢车道中央测线K517+370—K517+394段探测典型雷达剖面图，从图中可以清楚地看出：K517+377—K517+379、K517+385—K517+387两处基层位置有较大空洞异常，整个剖面基层存在连续脱空异常。

图2 行车道中央测线K495+400—K495+424段探测典型雷达剖面图

该典型剖面为行车道中央测线K495+400—K495+424段探测典型雷达剖面图，从图中可以清楚地看出：K495+400—K495+421段面层下存在不连续间距约5 m的板缝下异常区，K495+412—K495+424段落基层存在连续脱空异常。

经过现场探测和数据分析解译工作，对各条剖面异常信息的解释结果进行汇总，得出以下结论，并进一步对基层内及基层下存在的雷达异常区布设必要的钻孔进行验证。

a）路面面层脱空主要集中在水泥面板板缝处，水泥面板下局部存在脱空现象。

b）路面下基层存在大量脱空及破碎带，甚至空洞。

c）面层脱空异常已进行钻芯取样，验证结果与异常特性一致。

2.2.7 钻芯取样

经取芯试验得出基本结论：在普通裂缝处大新高速公路超车道基层较好，面层破坏严重；在普通裂缝处行车道及慢车道基层和面层破坏严重。

3 维修处治方案

3.1 路面维修处治设计原则[2]

对现有路面的维修处治与新建公路的设计思路有较大的区别，因此路面维修处治方案应遵循以下原则：

a）减小社会影响，不中断交通，快速施工，快速开放交通。

b）不影响正常运营、并确保行车安全。

c）经济合理，综合经济效益好。

d）恢复路面使用功能及服务水平。

e）注重节约资源，坚持废物利用，对于沥青废料拟用厂拌热再生技术用于路面的中（下）面层，对基层采用现场冷再生技术。

f）技术标准不变，原路线平面不作变动。

3.2 沥青路面维修处治方案[3]

根据病害现状，决定从结构修复、路面封水和改善表面功能3个方面来着手解决：对已损坏基层的路面采用铣刨已经破坏的面层，对基层进行修复，恢复其结构功能；对损坏面层的路面，仅对沥青面层进行维修；对于强度满足要求，只是表面功能弱化的路段采用微表处达到路面封水和恢复功能的目的。

3.2.1 Ⅰ型方案用于路面需预防性养护路段

路面有轻微纵裂、横裂，平整度较好路段，灌缝后采用1.0 cm厚的MS-3型微表处罩面处理。

3.2.2 Ⅱ型方案用于上面层损坏路段

对于路面块裂、龟裂或车辙深度RD＜20 mm，上、中面层分离的路段，铣刨原路面厚度5 cm后，铺设5 cm AC-16中粒式密级配SBS改性沥青混凝土，维持原路面设计标高。

3.2.3 Ⅲ型方案用于上、中面层损坏路段

对于路面龟裂或车辙深度RD＞20 mm，上、中面层分离破坏的路段，铣刨原路面厚度11 cm后，面层由上至下分别为5 cm AC-16中粒式密级配SBS改性沥青混凝土、6 cm AC-20密级配SBS改性沥青混凝土（厂拌热再生），维持原路面设计标高。

3.2.4 Ⅳ型方案用于路面基层损坏的路段

对于路面龟裂严重或路面沉陷，路面面层分离破坏、基层松散路段，将沥青面层15 cm铣刨后，对原设计的基层17 cm进行现场冷再生后，重新铺筑沥青面层，沥青上面层为5 cm AC-16C中粒式密级配SBS改性沥青混凝土，下面层采用10 cm ATB-25密级配SBS改性沥青碎石（厂拌热再生），维持原路面设计标高。

对于沥青上面层材料的选择，提出了SBS改性沥青混凝土上面层与SMA沥青玛蹄脂碎石混合料上面层的比较；对于基层破损的路段，提出了中、下面层两层合并成一层粗粒式密级配沥青碎石（ATB）的方案和恢复原设计3层沥青面层的方案，并对两者进行了方案比较。

综合比较来看，推荐方案受力均衡、整体稳定性好、维修处治费用省、社会效益明显、当天开工路段当天就能开放交通，最能满足边通车边维修处治的功能及便于施工质量控制及节省造价等优点。

3.3 水泥混凝土路面维修处治方案[4]

根据病害现状，决定对局部破损水泥混凝土面板先按水泥路面破损类型分别进行修复维修处治。处治原水泥路面后，洒布SBS改性乳化沥青黏层油，并设应力吸收层；后采用“白加黑”方案对水泥混凝土路段加铺4 cm+6 cm的沥青面层，上面层采用细粒式改性沥青混凝土（AC-13），下面层采用半开级配大粒径沥青碎石，中间层采用SBS改性乳化沥青稀浆封层（ ES-3）。